Genética E Melhoramento de Plantas

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1 Genética E Melhoramento de Plantas 25/11/2005 Por: Augusto Peixe

2 Novas ferramentas para apoio ao melhoramento -Cultura in vitro -Melhoramento Assistido por Marcadores (MAS) -Transformação genética

3 Cultura in vitro e suas aplicações ao Melhoramento de Plantas -Micropropagação: Multiplicação comercial, limpeza sanitária, selecção -Haploidização in vitro: Produção de haploides -Cultura de embriões: Hibridação inter-específica, partenogénese -Cultura de protoplastos: Produção de híbridos somáticos e sementes artificiais -Conservação de germoplasma: Uma questão de espaço -Variação somaclonal: Outra ferramenta em mutagénese

4 Interesse da Técnica Micropropagação in vitro Multiplicação conforme -Limpeza sanitária -Clonagem Aumento da variabilidade -Variação somaclonal -Não transmissível sexualmente -Sexualmente transmissível Selecção in vitro

5 Limpeza Sanitária Porque estão os ápices meristemáticos livres de vírus? Tecido livre de vírus Partículas virais encontradas aqui Os vírus difundem-se na planta através do sistema vascular, que não se encontra desenvolvido nos ápices meristemáticos Os processos de mitoses e duplicação de cromossomas competem com a replicação dos vírus Os conteúdos elevados de auxinas inibem a difusão dos vírus Os sistemas naturais de inactivação de vírus tem a sua máxima expressão nas zonas meristemáticas Note Bem: A cultura de meristemas só por si não garante 100% de eliminação de vírus, toda a descendência tem que ser testada O material vegetal sanitariamente limpo, pode ser rapidamente reinfectado. A única solução de longa duração é a obtenção de resistência genética

6 Micropropagação conforme por evolução de gomos axilares. A- O explante pode conter um meristema isolado, um gomo terminal ou axilar, uma extremidade de um ramo, um fragmento de ramo que possua pelo menos 1 gomo axilar B- Num meio pobre em citocininas o meristema apical desenvolve-se sob a forma de um eixo caulinar, sem ramificações C- Este eixo pode ser cortado em fragmentos que permanecem sobre o mesmo meio dando novos ramos folhosos D- Se o explant inicial é depositado num meio rico em citocininas, ou se a dominância apical não é intensa, os axilares gomos desenvolvem-se, dando um eixo com ramificações secundárias, terciárias e assim sucessivamente. E- Os tufos de rebentos são então fragmentados e individualizados. F- Os rebentos são transferidos se necessário para meio de alongamento afim de os preparar para a fase de enraizamento G- Os ramos podem ser agora transferidos para um meio neutro (S/hormonas) ou com auxinas para enraizarem.

7 A Taxas de Multiplicação in Vitro B

8 Micropropagação por Formação de Rebentos Adventícios cios. A- O explant é constituído por um fragmento de órgão, por uma porção de tecido ou mesmo por células isoladas (grãos de pólen, protoplastos, etc.) B- Os rebentos são neoformados (formados de novo) a partir de células do explant inicial. C- Estes rebentos desenvolvemse em caules, geralmente sobre um meio de alongamento D- Pode acontecer no entanto que as células do explant inicial se dividam rapidamente e formem, de maneira desorganizada, um calo primário ligado ao explant de partida E- O calo primário pode ser subcultivado para promover o seu crescimento e diferenciação celular F- O calo forma rebentos sob um meio de indução apropriado G- Todos os ramos obtidos são transferidos para um meio neutro ou enriquecido em auxinas que provocam o posterior enraizamento. A conformidade das plantas obtidas por este método, não pode ser garantida.

9 Embriogénese somática APLICAÇÕES Estudos básicos de: Bioquímica Histologia Anatomia Citologia Desenvolvimento e germinação Produção clonal Biorreactores Semente s artificiais Transferência de genes Conservação de germoplasma Crio-conservação Plantas no campo

10 Micropropagação por Embriogénese Somática. A- O explant de partida pode ser um fragmento de órgão, de tecido, ou células isoladas. B- Forma-se um calo primário (em órgãos) ou um micro-calo (em células isoladas). C- Subcultura de calo primário ou de micro-calos D- O calo pode dissociar-se e multiplicar-se sob a forma de suspensão celular E- Em certas condições, as culturas celulares em meio líquido ou sólido organizam-se em pequenos maciços de estruturas bipolares chamados embrióides, ou embriões somáticos F- Os embriões somáticos se desenvolvem directamente em plântulas com raiz como as derivadas de uma semente. Também neste caso, a conformidade das plantas obtidas, não pode ser garantida.

11 Embriogénese Somática e Sementes Artificiais Sementes sintéticas ou artificiais, não são mais do que embriões somáticos encapsulados. Frequentemente o alginato de sódio é utilizado para encapsular os embriões. No entanto, mais recentemente, têm sido desenvolvidos novos géis, capazes de auto-fractura. Até agora, a qualidade e uniformidade dos embriões têm sido os principais constrangimentos da técnica. O Alginato de Sódio é utilizado para a produção das cápsulas onde se incluem os embriões Alguns exemplos de sementes artificiais e da germinação do embrião

12 Haploidização in vitro Define-se como haplóide, todo o organismo tecido ou célula, que possui o número gamético de cromossomas característico da espécie considerada. De acordo com o grau de ploidia da planta mãe, podemos distinguir: -Monohaploides: são originados a partir de uma planta diploide, possuem apenas um número (n) de cromossomas e são por isso estéreis. - Polihaploides: são originados a partir de plantas poliploides. Possuem (xn) cromossomas e podem ser estéreis ou férteis.

13 Potencialidades de Utilização -Simplifica os estudos genéticos, quando se pretende conhecer tanto o valor próprio de um gene como as interacções e as recombinações entre alelos : De acordo com as leis de Mendel, quando do cruzamento de duas linhas parentais diferindo em (n) pares de genes alelicos, o modelo de segregação de uma população F2 será (2 n ) 2. O modelo de segregação no caso dos haploides será unicamente (2 n ). A haplodiploidização, permite estudar directamente os efeitos de aditividade e epistasia cis. -Obter rápidamente o estado homozigotico por duplicação espontânea ou induzida do nº de cromossomas: Ainda que através das técnicas de melhoramento clássicas, recorrendo a auto-polinização seja possível no caso das plantas auto-compativeis, obter linhas puras, este processo revela-se bastante lento. Através da cultura de anteras, haplóides podem ser obtidos num espaço de semanas e através da duplicação de cromossomas, diplóides homozigóticos podem ser obtidos em apenas uma geração. Isto é possivel mesmo em casos de autoincompatibildade -Colocar em evidência mutações recessivas desde a primeira geração, após o tratamento mutagénico: Em muitos casos as mutações afectam genes alelicos recessivos e não se expressam fenotipicamente. A utilização de haplóides permite a expressão destas mutações logo na primeira geração após aplicação do tratamento mutagénico.

14 Exemplo do Espargo Trata-se de uma planta dioica com um gene M que codifica para o sexo. As plantas fem. são todas (mm) e as masc. (Mm), sabendo-se que as plantas macho são mais produtivas e mais precoces que as plantas fêmeas. Pelos métodos de hibridação clássica, apenas se conseguiam obter 50% de machos na F1. Através da haploidização podemos obter 100%. Mm Haplodiplodização MM x mm 100% Mm

15 Vias De Obtenção de Haplóides In Vitro -Androgénese A androgénese in vitro, resulta de uma alteração do processo normal de evolução do gametófito masculino da via gametofitica para a via esporofitica, conduzindo à formação de um embrião ou de um calo organogénico Adaptado de Auge,R et Gibod,J. (1989)

16 -Ginogénese A ginogénese, que constitui do ponto de vista prático uma alternativa ao processo de androgénese, não conhece uma expansão tão grande como a desta última, devido ao fracos resultados que se têm obtido. De facto, só em 1976 San Noeum conseguiu obter haplóides de cevada a partir da cultura in vitro de óvulos não fecundados e desde então o nº de espécies onde a técnica foi utilizada com sucesso é bastante limitada e não atinge as taxas de sucesso, também conseguidas com a cultura de anteras. De entre estas espécies saliente-se o trigo, a beterraba e o girassol. A técnica consiste em colocar in vitro óvulos isolados promovendo a regeneração de novas plantas a plantas a partir de células (n) do saco embrionário como a ooesfera, as sinergideas ou as antipodas.

17 Cultura de protoplastos e Produção de híbridos somáticos Os protoplastos têm sido descritos como células nuas pelo facto da sua parede celular ter sido removida, seja por processos mecânicos ou enzimáticos. Nos protoplastos isolados a membrana plasmática encontra-se totalmente exposta. Potencialidade de utilização dos híbridos somáticos no melhoramento Produção de novos cruzamentos intrerespecificos e intergenéricos, entre plantas difíceis ou impossíveis de híbridar convencionalmente. Transferência de genes. Estudos da actividade dos genes citoplasmáticos e suas funções. Produção de combinações de genes nucleares e citoplasmáticos únicas.

18 Alguns resultados possíveis da fusão entre protoplastos de duas espécies geneticamente diferentes = cloroplastos Fusão = mitocondrias = núcleo Heterocrionte cíbrido híbrido hibrido cíbrido

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