Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento de Plantas. Algodão Colorido: novas perspectivas na cadeia produtiva brasileira

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1 Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento de Plantas LGN SEMINÁRIOS EM GENÉTICA E MELHORAMENTO DE PLANTAS Algodão Colorido: novas perspectivas na cadeia produtiva brasileira Aluno: Carlos Eduardo de Araujo Batista Orientador: José Baldin Pinheiro Departamento de Genética Avenida Pádua Dias, 11 - Caixa Postal 83, CEP: Piracicaba - São Paulo - Brasil Telefone: (0xx19) / 4125 / Fax: (0xx19)

2 Introdução Origem O Gênero Gossypium possui 50 espécies; 44 diplóides; 06 alotetraplóides; O algodão é a única planta cultiva em que 4 espécies foram domesticadas independentemente; Gossypium barbadense L., G. hirsutum L. (tetraplóides); G. arboreum L., G. herbaceum L. (diplóides).

3 Introdução Constituição do genoma das espécies de algodão Estão divididas em genoma A, B, C, D, E, F e G; Diplóides 2n = 26 Os tetraplóides são formados pelos genomas A e D. Genoma A do velho mundo; Genoma D do novo mundo. 4n =52 A dispersão do gênero é sugerida como trans-oceânica.

4 Grupos genômicos D E AD AD G América do Norte América do Sul F A B E C Europa Ásia África Austrália

5 Algodão naturalmente colorido Cultivado a anos Povos das Américas (Incas e Astecas), Ásia, Austrália e África; No Brasil era usado por artesões dos Estados de Minas Gerais e Bahia. 39 espécies que apresentam algodão naturalmente colorido são identificadas; Plumas marrom, creme e verde são as mais comuns; Há plumas vermelha, amarela e cinza; sendo que estes algodoeiros são diplóides.

6 História Início do melhoramento do algodão colorido Sally Fox (Estados Unidos); Em 1982 foi iniciado o melhoramento do algodão colorido. Empresa Brasileira Agropecuária - Embrapa; Brasil teve inicio um ano após. Dickerson,, 1999

7 Algodão naturalmente colorido Início do plantio agrícola em escala comercial (2000) cultivar BRS 200, (Bege, Semi-perene) Anos seguintes foram lançadas adas as cultivares: BRS 201 (Marrom) BRS VERDE BRS SAFIRA (Marrom avermelhado) BRS RUBI (Marrom avermelhado) (anuais) Embrapa, 2007

8 Algodão naturalmente colorido Evolução da área plantada com algodão colorido na Paraíba SAFRA ÁREA (ha) 2000/ / / / / / Embrapa, 2007

9 MERCADO CONSUMIDOR Produção do algodão Ano 2000 Cooperativa 70 franqueados Pequenas fábricasf artesões Indústria têxtil Consumidor/ (Exportação) Embrapa, 2007

10 MERCADO CONSUMIDOR Os principais importadores de produtos fabricado com algodão naturalmente colorido são Estados Unidos, França, a, Itália, Austrália, Portugal, Alemanha e o Japão. O Brasil exporta para estes países: Tecidos; Artesanato (redes e tapetes, mantas, brinquedos e etc); Roupas (40.000) peças ano (malhas, jeans e tecidos). Preço o da fibra 30 a 40% maior que o algodão branco. Embrapa, 2007

11 Algodão naturalmente colorido Produtores mundiais de algodão colorido Brasil; Estados Unidos; Peru; China. A China maior produtor mundial de algodão O algodão é pequenos produtores na china; 20% da população mundial; essencial produto agrícola para os Tecnologia para o algodão naturalmente colorido.

12 Genes que conferem coloração verde e marrom a pluma do algodão Genes de caráter qualitativo O Gene para a coloração verde da pluma LgLg verde Lg lglg branca Lglg verde-claro verde branco G. hirsutum Ware, 1932

13 Genes que conferem coloração verde e marrom a pluma do algodão Genes para coloração Marrom Locos independentes Harland (1935) Lc1 Lc2 Locos adicionais Kohel (1985) Lc3 Lc4 Lc5 Lc6 Alelos dominantes para a cor marrom; Variação da coloração; A coloração branca da pluma é exceção (recessiva).

14 Melhoramento do algodão colorido Características háh serem melhoradas Produtividade; Percentual da fibra; Comprimento da fibra; Resistência da fibra; Finura (micronaire); Uniformidade; Alongamento.

15 Carvalho e Santos, Resposta correlacionadas do algodoeiro com a seleção para a coloração da fibra. PAB, v.38, p

16 Carvalho e Santos, Resposta correlacionadas do algodoeiro com a seleção para a coloração da fibra. PAB, v.38, p Os algodões de fibra colorida normalmente possuem qualidades tecnológicas inferiores; Características tecnológicas da fibra x intensificação da coloração. Avaliou o efeito da seleção na coloração da fibra sobre as características tecnológicas.

17 Carvalho e Santos, Resposta correlacionadas do algodoeiro com a seleção para a coloração da fibra. PAB, v.38, p Características avaliadas: Percentual da fibra; Peso do capulho; Finura (micronaire); Resistência (gf/tex); Comprimento 2,5% (mm); Uniformidade (%); Alongamento (%); Rendimento (kg/ha).

18 Carvalho e Santos, Resposta correlacionadas do algodoeiro com a seleção para a coloração da fibra. PAB, v.38, p Com exceção do alongamento e finura para coloração marrom, os demais caracteres se correlacionaram negativamente com a cor de fibra. FIBRA (%) P CAPULHO (g) FINURA (MICRONAIRE) RESISTÊNCIA (gf/tex) COMPRIMENTO 2,5% (mm) UNIFORMIDADE (%) ALONGAMENTO (%) RENDIMENTO (kg/ha) LINHAGENS DERIVADAS DE CNPA 7H (MARROM) -0,28ns -0,47 0,02ns -0,78** -0,79** -0,56** 0,14ns - LINHAGENS DERIVADAS DE CNPA PRECOCE 3 (MARROM) -0,58* -0,67** -0,12ns -0,91** -0,92** -0,44ns 0,32ns -0,48ns LINHAGENS DERIVADAS DE CNPA PRECOCE 2 (VERDE) -0,90** -0,47** -0,65* -0,54* -0,40ns -0,49* 0,22ns ns Não-significativo, * e ** Significativo a 5% e a 1% pelo teste de t, respectivamente Dificuldades para intensificar cor da fibra e melhorar as características tecnológicas

19 Carvalho e Santos, Resposta correlacionadas do algodoeiro com a seleção para a coloração da fibra. PAB, v.38, p Pleiotropia e herdabilidade alta; Ganhos indiretos: resistência, comprimento e peso do capulho; Cores mais claras (marrom).

20 Carvalho e Santos, Resposta correlacionadas do algodoeiro com a seleção para a coloração da fibra. PAB, v.38, p Apesar das correlações negativas entre a cor e os caracteres da fibra, existem progênies na geração F5 dos cruzamentos com fibra escura e com característica tecnológicas com médias maiores. Isso evidencia que houve recombinação entre os genes controlados desses dois caracteres, sugerindo a ligação gênica como causa dessas correlações. Então, os métodos de melhoramento dessas características devem maximizar a quebra de tais ligações (seleção recorrente).

21 Carvalho e Santos, Resposta correlacionadas do algodoeiro com a seleção para a coloração da fibra. PAB, v.38, p Conclusões 1. Os Caracteres da fibra e o rendimento do algodoeiro herbáceo correlaciona-se negativamente com a coloração da fibra, ou seja, quanto maior é o grau de coloração, menores são as médias nos vários caracteres. 2. As respostas correlacionadas nas características da fibra diminuem, isto é, passam de valores positivos para negativos quando se intensifica a seleção com relação à fibra mais colorida.

22 Carvalho et al Seleção massal e porcentagem de fibra em cultivar de algodoeiro colorido. PAB, v40,

23 Carvalho et al Seleção massal e porcentagem de fibra em cultivar de algodoeiro colorido. PAB, v.40, p Baixo percentual de fibra; Variabilidade genética; Melhoramento (fibra com alto rendimento e de boa qualidade). Avaliou o efeito da seleção para porcentagem de fibra alta, média e baixa na cultivar de algodão verde.

24 Carvalho et al Seleção massal e porcentagem de fibra em cultivar de algodoeiro colorido. PAB, v.40, p Os componentes da produção de pluma do algodoeiro são: Número de capulhos por planta; Tamanho de capulhos; Porcentagem de fibra. A porcentagem da fibra é fundamental para o produtor, porque é a parte da produção comercializada com maior valor.

25 Carvalho et al Seleção massal e porcentagem de fibra em cultivar de algodoeiro colorido. PAB, v.40, p Foram marcadas 500 plantas ao acaso, antes do florescimento e posteriormente, colhidas individualmente. CLASSE Nº DE PLANTAS % PLANTAS % FIBRA I 49 9,8 25 II ,8 25,1 a 29,1 III 65 13,0 29,2 a 34,9 IV 7 1,4 35

26 Carvalho et al Seleção massal e porcentagem de fibra em cultivar de algodoeiro colorido. PAB, v.40, p Eficiência da seleção massal em alterar a média m de cada população selecionada POPULAÇÃO % FIBRA % ORIGINAL I 28,02 94,00 II 29,35 97,67 III 31,75 105,65 IV 32,70 108,81 População original 30,05 100,00

27 Carvalho et al Seleção massal e porcentagem de fibra em cultivar de algodoeiro colorido. PAB, v.40, p Conclusões: A cultivar apresentou variabilidade genética quanto à característica porcentagem da fibra. A seleção massal de plantas com maior porcentagem de fibras é eficiente no aumento da média dessa característica.

28 Wang et al., Over-expression expression of gastrodia anti-fungal protein enhances Verticillium Wilt resistance in coloured cotton. Plant Breeding, v.123, p

29 Wang, et al Over-expression expression of gastrodia anti-fungal protein enhances Verticillium Wilt resistance in coloured cotton. Plant Breeding, v.123, p Introdução da proteína anti-fungo gastrodia (GAFP = gastrodianin) para super expressar a proteína em três cultivares de algodão colorido usando a técnica transformação via tudo polínico. Gene originário da Gastrodia elata, planta medicinal chinesa, a qual exibe simbiose com o fungo Armillariella mellea; GAFP apresenta ampla atividade fúngica; Murcha de Verticillium causa perda de produção e redução na qualidade da fibra.

30 Wang, et al Over-expression expression of gastrodia anti-fungal protein enhances Verticillium Wilt resistance in coloured cotton. Plant Breeding, v.123, p Foi inserido um vetor pbi35s-gafp-bar Promotor 35S; GAFP (Proteína Gastrodia antifungo); Terminador NOS; Gene ampicilina resistente Ampr; Gene de resistência a herbicida BAR. 35S gafp pb135s-gafp-bar 4.1 KB Bar Nos3 Amp+

31 Wang, et al Over-expression expression of gastrodia anti-fungal protein enhances Verticillium Wilt resistance in coloured cotton. Plant Breeding, v.123, p plantas 121 resistência ao Basta (0,648%); 82 pluma marrom (ZB); 39 pluma verde (LB). N. plantas 8 (15 de junho) gr da doença Número de semanas após germinação 12 (16 de julho) gr da doença 16 (14 agosto) gr da doença 2001ZB ZB ZB ZB ZB ZB ZB ZB ZB ZB ZB LB Apenas 15 plantas apresentavam uma contagem da doença < 2 variando em moderado e alto nível de resistência a murcha 2001LB LB LB LB Jun-mian 1# * Xin-Cai 1# * Lv-9902 * Lv-9903 * 1 2 3

32 Wang, et al Over-expression expression of gastrodia anti-fungal protein enhances Verticillium Verticillium Wilt Wilt resistance resistance in coloured in coloured cotton. cotton, Plant Plant Breeding, Breeding. v.123, p Das quinze plantas estudadas somente 2 (LB5-8 e ZB-1-49) tiveram resultado positivo. Vistas na análise Dot blot.

33 Wang, et al Over-expression expression of gastrodia anti-fungal protein enhances Verticillium Wilt resistance in coloured cotton. Plant Breeding, v.123, p Analise de RT-PCR detectou uma transcrição correta do transgene GAFP; Sugerindo que o GAFP está integrado estavelmente no genoma.

34 Wang, et al Over-expression expression of gastrodia anti-fungal protein enhances Verticillium Wilt resistance in coloured cotton. Plant Breeding, v.123, p Em R3 o índice da doença foi <20, indicando alto nível de resistência. Geração R3 N. Plantas observadas Padraõ de infecção (%) Índice da doença Resistente(R), tolerante(t), susceptível (S) 2001ZB ZB ,55 13,79 R 2003ZB ,67 13,75 R 2003ZB ,64 13,64 R 2003ZB ,02 15,85 R 2003ZB ,08 8,85 MR 2001LB LB ,00 12,50 R 2003LB ,09 13,60 MR 2003LB ,44 11,72 R 2003LB ,80 9,65 MR CONTROLE jun-mian 1# 86 80,64 51,08 S Xin-Cai 1# 80 62,21 30,88 T Resistência a murcha Verticillium na R3, geração de algodão colorido transgênico.

35 Wang, et al Over-expression expression of gastrodia anti-fungal protein enhances Verticillium Wilt resistance in coloured cotton. Plant Breeding, v.123, p Conclusões Houve sucesso na obtenção de algodão transgênico para coloração marrom e verde; Porém a obtenção de algodão colorido transgênico com características agronômicas favoráveis ainda depende do melhoramento de plantas.

36 ZHU et al. (2006) Genetic transformation of green-colored cotton, In Vitro Cell. Dev. Biol., v.42, p

37 ZHU et al. (2006) Genetic transformation of green-colored cotton, In Vitro Cell. Dev. Biol., v.42, p Otimizou um método de cultura de tecidos que possibilitou a transformação genética com o gene GhExp1 em algodão colorido usando Agrobacterium tumefaciens. O gene GhExp1 é expresso especificamente no estádio de elongação do desenvolvimento da fibra.

38 ZHU et al. (2006) Genetic transformation of green-colored cotton, In Vitro Cell. Dev. Biol., v.42, p Algodão verde requer Formação de calos 2,4diclorofenoxy acetico (~90%) Algodão de fibra branca 2,4D (ausência) + 2,4D (0,1mg1-1 ) -2,4D Acessos f. Calos (%) Embriogenese (%) Morfologia dos calos f. Calos (%) Embriogenese (%) Morfologia dos calos G ,8 ± 1,0 19,1 ± 0,8 Amarelo claro 17,4 ± 0,5 0 Verde, sólido G ,2 ± 1,3 0 Amarelo claro 21,6 ± 1,1 0 Verde, peludo G ,3 ±1,5 0 Cinza 6,7 ± 1,3 0 Branco, peludo G ,8 ± 3,0 0 Amarelo claro 28,4 ± 0,7 0 Branco, sólido

39 ZHU et al. (2006) Genetic transformation of green-colored cotton, In Vitro Cell. Dev. Biol., v.42, p Regeneração de plântulas Acessos Indução de calos (%) Indução da embriogenese (%) Germinação dos embriões (%) Embriões anormais (%) Plantas sobreviventes depois da enxertia (%) G ,8 ± 1,0 19,1 ± 0,8 74,4 ± 1,7 61,2 ± 2,3 91,4 G ,2 ± 1, G ,3 ±1, G ,8 ± 3,

40 ZHU et al. (2006) Genetic transformation of green-colored cotton, In Vitro Cell. Dev. Biol., v.42, p Transformação e análise molecular Transformação mediada por Agrobacterium Experimento n. de explantes incolulados com A. tumerfacies n. de kanamicina resistentes n. de plantas PCR- positivas n. de plantas Southern-positivas Total

41 ZHU et al. (2006) Genetic transformation of green-colored cotton, In Vitro Cell. Dev. Biol., v.42, p Conclusões É viável a produção de transgênicos de algodão verde por Agrobacterium, mas o sucesso da transformação parece ser genótipo dependente.

42 Hustvedt e Crews (2005). TEXTILE TECHOLOGY, The ultraviolet protection factor of naturallypigmented cotton. The Journal of Cotton Science, v.9, p

43 Hustvedt e Crews (2005). TEXTILE TECHOLOGY, The ultraviolet protection factor of naturally-pigmented cotton. The Journal of Cotton Science, v.9, p Determinou o valor de Transmissão de UVR e o fator de proteção de raios ultravioleta nos algodões naturalmente coloridos. Foram testados: Algodões branco sem e com alvejante; Algodão verde; Algodão marrom. Proteção contra o câncer de pele

44 Hustvedt e Crews (2005). TEXTILE TECHOLOGY, The ultraviolet protection factor of naturally-pigmented cotton. The Journal of Cotton Science, v.9, p Os desenhos experimentais foram: Tratamento lavagens: Sem lavagem; Lavagem sem detergente; Lavagem com detergente. Exposição aos raios solares: Sem exposição; 16 horas de exposição; 32 horas de exposição. Medir Transmissão UVA e UVB e o Fator de proteção de raios ultravioleta.

45 Hustvedt e Crews (2005). TEXTILE TECHOLOGY, The ultraviolet protection factor of naturally-pigmented cotton. The Journal of Cotton Science, v.9, p Resultados Algodão Branco Foi observado que o algodão branco possui um fator de proteção de 4. Exposição a luz solar (h) Lavagens UPF UVA (%) UVB(%) 0 Nada 4,0 27,2 21,1 0,1 0 Sem sabão 3,8 27,9 22,7 0,5 0 Com sabão 3,8 27,8 22,3 0,6 16 Nada 3,8 27,6 22,3 0,4 16 Sem sabão 3,7 28,2 23,3 0,7 16 Com sabão 4,0 23,6 21,7 0,6 32 Nada 3,8 27,8 22,6 0,6 32 Sem sabão 3,7 28,2 23,6 0,6 32 Com sabão 3,6 28,3 24,1 0,7 Error 0,2 1,5 0,8 0,1 O índice UPF de 15 ou superior é requerido para o tecido poder ser qualificado como possuidor da proteção solar de acordo com a ASTM. E

46 Hustvedt e Crews (2005). TEXTILE TECHOLOGY, The ultraviolet protection factor of naturally-pigmented cotton. The Journal of Cotton Science, v.9, p Algodão naturalmente verde Foi observado fator de proteção inicial de 64. Exposição a luz solar (h) Lavagens UPF UVA (%) UVB (%) 0 nada 64 2,4 0,8 0,2 0 Sem sabão 216 1,5 0,3 0,8 0 Com sabão 140 1,7 0,4 5,4 16 Nada 47 3,8 1,3 7,4 16 Sem sabão 101 2,6 0,6 7,0 16 Com sabão 77 3,1 0,9 6,8 32 Nada 32 4,8 2,1 9,9 32 Sem sabão 46 3,7 1,2 9,5 32 Com sabão 43 3,9 1,4 9,6 Error 21 0,2 0,3 1,5 Foi notado um aumento no fator de proteção em até 16 lavagens e exposição solar. Houve diminuição no fator de proteção 32 lavagens, mesmo assim ficou com uma média superior a 30 considerada muito boa, que pode ser usado como bloqueador para os raios UVA e UVB. E

47 Hustvedt e Crews (2005). TEXTILE TECHOLOGY, The ultraviolet protection factor of naturally-pigmented cotton. The Journal of Cotton Science, v.9, p Algodão marrom Fator inicial de proteção de 47. Exposição a luz solar (h) Lavagens UPF UVA (%) UVB(%) 0 nada 47 2,9 1,4 0,2 0 Sem sabão 222 1,4 0,2 0,5 0 Com sabão 170 1,6 0,4 0,9 16 Nada 60 3,2 1,1 4,5 16 Sem sabão 132 2,2 0,6 4,6 16 Com sabão 100 2,6 0,8 4,3 32 Nada 43 3,7 1,7 5,2 32 Sem sabão 89 2,6 0,8 5,3 32 Com sabão 60 3,0 1,1 5,7 Error 26 0,2 0,2 0,4 UPF = 40 (ótimo) E

48 Hustvedt e Crews (2005). TEXTILE TECHOLOGY, The ultraviolet protection factor of naturally-pigmented cotton. The Journal of Cotton Science, v.9, p Conclusão O algodão naturalmente colorido oferece melhor proteção UV que o algodão branco.

49 Perspectivas para a produção Brasileira Estados como Paraná,, Tocantins e Mato Grosso: Já estão iniciando plantios com algodão colorido visando atender ao consumo de plumas e o mercado internacional; Industrias brasileiras já estão em teste com a fibra colorida e já fabricam roupas que estão à venda em lojas para formar clientela.

50 OBRIGADO!!!