A BIOTECNOLOGIA APLICADA À AGRICULTURA E FLORESTAS. Célia Miguel Nelson Saibo

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1 A BIOTECNOLOGIA APLICADA À AGRICULTURA E FLORESTAS Célia Miguel Nelson Saibo

2 Neste momento enfrentamos o maior dos desafios População Global CO 2 atmosférico Como é que alimentamos mais pessoas sem danificar mais o nosso planeta? Photo courtesy Earth Observatory NASA

3 Como é que alimentamos mais pessoas com menos recursos disponíveis? Photo courtesy Earth Observatory NASA Fess et al. (2011) Crop breeding for low input agriculture: a sustainable response to feed a growing world population. Sustainability 3:

4 Qual é o papel da biotecnologia de plantas na resposta aos desafios globais? Photo credits: Xochiquetzal Fonseca/CIMMYT and IRRI

5 As modificações genéticas apareceram como consequência da domesticação Semear as sementes de boas plantas aumenta a sua representatividade nas gerações seguintes Variação natural dentro de uma população Image courtesy of University of California Museum of Paleontology, Understanding Evolution -

6 Durante a domesticação do milho o tamanho das maçarocas aumentou Maçarocas de locais arqueológicos no vale Tehuacan, Mexico 7000 Anos atrás 500 Anos atrás Photo Robert S. Peabody Museum of Archaeology, Phillips Academy, Andover, Massachusetts. All Rights Reserved.

7 O mito da alimentação natural A comida que consumimos tem origem em plantas altamente modificadas em relação à sua forma original. Credit: Nicolle Rager Fuller, National Science Foundation

8 Os melhoradores podem usar várias tecnologias para responder aos desafios Melhoramento assistido Gene pyramiding SOLUÇÃO Tecnologia OGM Melhoria nas práticas agronómicas PROBLEMA Propagação clonal in vitro Seleção genómica

9 Seleção assistida por marcadores moleculares Seleção utilizando marcadores no ADN é mais rápida do que selecionar pelo fenótipo Fenótipo: expressão das características moleculares Genótipo: sequência de todos os genes no genoma Photo credit LemnaTec; Anderson, L.K., Lai, A., Stack, S.M., Rizzon, C. and Gaut, B.S. (2006). Uneven distribution of expressed sequence tag loci on maize pachytene chromosomes. Genome Research. 16:

10 Exemplo: introdução de um gene que confere resistência a uma doença Queremos introduzir a resistência a uma doença numa variedade de tomate de elite. Tomate (variedade de elite) Planta de tomate com características indesejáveis, mas com resistência à doença (gene de resistência indicado)

11 Exemplo: introdução de um gene que confere resistência a uma doença Photo by Stephen Ausmus USDA Cruzamos as duas plantas. Alguns dos descendentes herdam o gene de resistência à doença e outros não como é que podemos identificar as plantas resistentes?

12 Exemplo: introdução de um gene que confere resistência a uma doença Podemos utilizar marcadores moleculares para analisar o ADN das plantas e assim identificar as que contêm o gene de resistência. É mais rápido e fácil do que infectar as plantas.

13 Exemplo: introdução de um gene que confere resistência a uma doença É esta uma variedade de tomate de elite com resistência a doença? Não, metade dos genes são da planta má

14 Exemplo: introdução de um gene que confere resistência a uma doença Temos que cruzar repetidamente com a variedade de tomate de elite, utilizando marcadores para identificar as plantas com o gene de resistência

15 Exemplo: introdução de um gene que confere resistência a uma doença Os marcadores moleculares aceleram muito os programas de melhoramento Após várias gerações, obtemos o tomate de elite e com resistência à doença

16 Transformação genética é outro método que pode ser utilizado no melhoramento A transformação genética permite que um único gene seja introduzido no genoma. Este método é mais rápido do que o melhoramento tradicional. Tomate de elite Planta resistente à doença (não é necessário ser da mesma espécie) Tomate de elite e resistente à doença

17 Exemplo de transformação: bananeira resistente a doença com um gene de pimenteiro Resistente A bactéria (Xanthomonas campestris pv. musacearum) que ataca as bananeiras destrói completamente estas plantas. As bananeiras transgénicas com um gene de resistência do pimenteiro são resistentes à doença. Tripathi, L., Mwaka, H., Tripathi, J.N., and Tushemereirwe, W.K. (2010). Expression of sweet pepper Hrap gene in banana enhances resistance to Xanthomonas campestris pv. musacearum. Molecular Plant Pathology 11: Suscetivel

18 Por que é que umas vezes se utiliza a transformação genética e outras o melhoramento convencional? Melhoramento convencional 1. A característica de interesse deve estar presente na população 2. Recursos genéticos devem estar disponíveis Transformação genética 3. Plantas devem ser propagadas sexualmente 1. Genes podem ter origem em qualquer fonte 2. Recursos genéticos não são necessários 3. Plantas podem ser propagadas vegetativamente Photo credits: Gramene.org ETH Life International

19 Melhorar uma árvore florestal demora muito tempo! X sementes cruzamento sementes selecção teste As ferramentas da biotecnologia podem acelerar o melhoramento

20 Exemplo: propagação in vitro do pinheiro bravo

21 Propagação clonal in vitro do pinheiro bravo multiplicação axilar Regeneração de rebentos adventícios Embriogénese somática

22 Links úteis History of Agricultural Biotechnology: How Crop Development has Evolved (Nature Education) Engineer a crop Weed to wonder (DNA Learning Centre Cold Spring Harbor) Biotechnology Frequently Asked Questions (US Department of Agriculture) nologyfaqs.xml Agricultural Biotechnology (A Lot More than Just GM Crops) ural_biotechnology.pdf