Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento de Plantas. O Melhoramento visando a Biofortificação

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1 Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento de Plantas LGN SEMINÁRIOS EM GENÉTICA E MELHORAMENTO DE PLANTAS O Melhoramento visando a Biofortificação Aluno: Thiago F. Mezette Orientadora: Elizabeth Ann Veasey Departamento de Genética Avenida Pádua Dias, 11 - Caixa Postal 83, CEP: Piracicaba - São Paulo - Brasil Telefone: (0xx19) / 4125 / Fax: (0xx19)

2 SUMÁRIO Introdução Micronutrientes Combate as deficiências Biofortificação Exemplos Considerações finais

3 Introdução Produtos agrícolas fonte primária de nutrientes para a população DEMANDA POPULAÇÃO bilhão de habitantes 1,37% ao ano Atualmente 6,7 bilhões de habitantes ,4 bilhões de habitantes Brasil: 187 milhões Brasil: 260 milhões

4 Introdução REVOLUÇÃO VERDE Foi um importante marco no desenvolvimento da humanidade. Avanço na agricultura que conseguiu suprir a demanda por alimentos decorrentes do crescimento populacional. AUMENTO DE PROBLEMAS DE DEFICIÊNCIA NUTRICIONAL Afetando quase metade da população mundial. Especialmente: grávidas, adolescentes e crianças. Fonte: Welch, 1997; Welch, 2001; Graham et al., 2007.

5 Introdução Figura 1 Efeito do melhoramento vegetal na concentração de micronutrientes em grãos de trigo Fonte: Garvin et al., 2006.

6 Introdução Figura 2 - Estimativa do número de pessoas subnutridas em 2009, por região (milhões de pessoas). Fonte: Fao, 2009.

7 Mapa da subnutrição Fonte: Fao, 2009.

8 Micronutrientes Deficiência de micronutrientes: Mundial Micronutrientes: Fe Zn Vitamina A Causas: Falta de alimentos Alimentação desbalanceada Baixa concentração dos micronutrientes Baixo teor de nutrientes no solo Alta ingestão de alimentos básicos (arroz, milho e trigo) pobres em vitaminas e minerais Perdas na qualidade nutricional devido ao processo de industrialização Ex: Arroz Fatores anti-nutricionais reduzem a absorção de micronutrientes Ex: metais pesados tóxicos e fitato Fonte: Welch, 2001; Dibb et al., 2005.

9 Ferro Funções: Transporte e armazenamento de oxigênio Tecidos: músculos, cérebro e células vermelhas do sangue Co-fator de reações enzimáticas Anemia capacidade de trabalho e eficiência respiratória (músculos) OMS (2006): 2 bilhões de pessoas são anêmicas 1,5% morte no mundo 1,3% homens e 1,8% mulheres Brasil: Crianças < 2 anos: 41 a 77% Gestantes (adolescentes): 29 a 52% Fonte: Sandstead, 2000.

10 Ferro Representa 20% Absorção: < 30% Representa 32% Absorção: 1 a 7% Fitato: inibidor da absorção de Fe

11 Zinco Funções: Atividade de < 300 enzimas Mitose, síntese de DNA e proteínas, expressão e ativação gênica gestação Deficiência: Redução do crescimento e desenvolvimento do feto Sistema imunológico Retardo na maturação sexual Anorexia OMS (2006): 16% infecções respiratórias 18% índices de malária 10% diarréias Morte: 1,4% homens e 1,5% mulheres Fonte: Whittaker, 1998; Osendarp et al., 2003.

12 Zinco Principal fonte de zinco Fitato: inibidor de absorção do zinco Fonte: Lonnerdal, 2000.

13 Vitamina A Funções: Crescimento e desenvolvimento Diferenciação celular Manutenção de tecidos epiteliais Reprodução Sistema imunológico Visão: regeneração de fotorreceptores Deficiência: Cegueira noturna e cegueira completa OMS (2006): 127 milhões de crianças com carência e 20 milhões de mulheres grávidas 250 mil crianças por ano cegas Fonte: Zancul, 2004.

14 Vitamina A Origem animal: vitamina A Origem vegetal: carotenóides pró-vitamínicos A β-caroteno: atividade próvitamínica A de 100% α-caroteno: atividade próvitamínica A de 50%

15 Combate as deficiências Diversificação da dieta Suplementação: crianças e mulheres grávidas Fortificação: tecnologias pós-colheita Infraestrutura de mercado e sistema de saúde altamente funcional Acesso da população aos produtos gerados

16 Combate as deficiências BIOFORTIFICAÇÃO Obtenção de variedades melhoradas que apresentem maior conteúdo de minerais e vitaminas Melhoramento genético convencional Engenharia genética

17 Biofortificação Vantagens: Sustentável Baixo custo Grande alcance da população Benefícios contínuos Não mudança de hábitos alimentares Não requer alta tecnologia para o cultivo Ajuda a prevenir doenças Fonte: Graham & Welch, 1996; Welch, 2001; Graham et al., 2007; HarvestPlus, 2009.

18 Biofortificação Vitaminas e minerais variam: Idade da planta, maturação, espécie, variedade Meio ambiente: clima, solo, chuvas, estação do ano Processamento: tempo de armazenamento, temperatura, método de preservação, preparação Biodisponibilidade: níveis de nutrientes da quantidade nutriente disponível para absorção do organismo Melhoramento: de fatores antinutricionais (fitatos e metais pesados) compostos promotores (inulina e oligossacarídeos) Fonte: Moraes et al., 2009.

19 Biofortificação Programas: HARVESTPLUS Breeding Crops of Better Nutrition AgroSalud

20 Biofortificação HARVESTPLUS Aliança global Apoio: Fundação Bill e Melinda Gates e Banco Mundial Atua na África, Ásia e América Latina Melhoria dos níveis de ferro, zinco e pró-vitamina A ª Fase: Conclusão do melhoramento genético Lançamento da primeira série de culturas biofortificadas Conclusão dos testes de eficácia Fonte: harvestplus.org, 2009.

21 Biofortificação Fonte: Moraes et al., 2009.

22 Biofortificação Brasil: EMBRAPA Arroz Feijão (500 acessos) Batata doce Mandioca (1800 acessos) Milho (1400 acessos) Feijão-caupi Trigo Abóbora Fonte: Moraes et al., 2009.

23 Biofortificação Fonte: Moraes et al., 2009.

24 Biofortificação Fonte: Moraes et al., 2009.

25 Biofortificação Exemplos

26 Biofortificação Exemplos Narcissus pseudonarcissus gene psy Erwinia uredovara gene crtl Milho gene psy Erwinia uredovara gene crtl concentração de próvitamina A: 1,6 µg/g do total de carotenóides Fonte: Beyer et al., concentração de β- caroteno: 80 90% Pró-vitamina A: 30 µg/g do total de carotenóides

27 Biofortificação Exemplos Objetivo: Verificar o valor da vitamina A do Golden Rice na dieta dos seres humanos Conclusão: Fator de conversão: β-caroteno Golden Rice em vitamina A: 3,8 para 1 Logo o arroz dourado é uma fonte efetiva de vitamina A para os seres humanos

28 Biofortificação Exemplos Mandioca grande importância sócio-econômica Países subdesenvolvidos Subsistência: 500 milhões de pessoas

29 Biofortificação Exemplos Objetivo: Selecionar variedades para mesa Alta produtividade Alto teor de carotenóides pró-vitamínico A Altos teores de Fe e Zn Baixo conteúdo de compostos cianogênicos Bom tempo de cozimento

30 Biofortificação Exemplos Resultados: Tabela 4 Caracterização dos clones com relação a produção total de raízes (PTR), produção de raízes comerciais (PRC), peso total da planta (PeTP), peso das raízes comerciais (PeRC), índice de colheita (IC), altura da primeira ramificação (APR), tempo de cozimento (TC), matéria seca (MS), carotenóides totais, β- caroteno e vitamina A; Ferro (Fe) e zinco (Zn) em mandiocas já cozidas. Engenheiro Coelho-SP, Clone PTR PRC PeTP PeRC IC APR TC Glicosídeos cianogênicos MS Carotenóides totais β-caroteno Vitamina A Fe Zn (t ha -1 ) (g raiz -1 ) (%) (cm) (min.) (mg kg -1 ) (%) (µg 100g -1 ) (UI ) (mg kg -1 ) IAC ,52 23,83 52,15 482,4 53, ,8 30,9 43,58 360,0 286, ,9 12,2 265/97 17,90 14,65 31,65 279,4 2 56, ,7 27,8 38,58 953, , ,3 14,6 290/97 27,53 23,00 49,25 472,8 56, ,6 38,7 44,25 380,5 266, ,9 12,8 66/99 15,32 12,22 30,72 361,7 49, ,4 160,1 40,56 428,7 412, ,6 8,6 16/00 27,10 22,10 54,55 428,6 50, ,4 40,6 37,87 848,1 798, ,5 16,9 27/00 22,62 17,77 46,98 423,1 48, ,6 42,4 41,83 973,8 814, ,9 10,9 113/00 21,22 17,90 36,25 490,4 58, ,9 57,0 42,40 411,0 290, ,2 10,0 108/00 28,47 24,27 57,63 523,0 49, ,0 33,5 38, ,1 940, ,0 9,4 33/00 15,59 12,07 29,98 351,1 51, ,5 32,2 39,72 759,7 425, ,1 12,5 28/00 28,00 20,95 47,23 449,5 60, ,4 70,7 40,72 329,5 130,2 73 6,2 6,2 109/00 20,29 16,42 42,19 368,5 47, ,3 45,7 37,92 420,9 412, ,8 17,6 56/99 22,42 19,25 35,27 459,1 63, ,0 55,2 43,34 891,3 413, ,9 9,0 105/00 25,90 20,65 52,37 475,0 49, ,7 46,4 42,17 349,2 303, ,3 9,3 1 Valores em azul foram os de melhor destaque em cada característica 2 Valores em vermelho foram os de pior destaque em cada característica

31 Biofortificação Exemplos Conclusão: É possível selecionar variedades de mandioca com alto potencial produtivo, alto teor de carotenóides próvitamínicos A e com altos teores de Fe e Zn. CLONE 265/97 SERÁ LANÇADO COMO VARIEDADE PARA O ESTADO DE SÃO PAULO EM 2010.

32 Biofortificação Exemplos Objetivo: Obter transgênico com maiores níveis de β-caroteno, ácido ascórbico e folato.

33 Biofortificação Exemplos Resultados: Transformação por bombardeamento ZmPsy1 e PaCrtl: β-caroteno OSdhar: ácido ascórbico EcfolE: folato

34 Biofortificação Exemplos

35 Biofortificação Exemplos Resultados: 169 vezes a quantidade de β-caroteno 6 vezes a quantidade de ácido ascórbico 2 vezes a quantidade de folato

36 Considerações finais Entre a maioria das plantas cultivadas existe variabilidade para os principais micronutrientes essenciais para uma boa nutrição da população humana É possível através dos métodos clássicos de melhoramento, obter variedades ricas em β-caroteno, Zn e Fe A engenharia genética também é uma importante ferramenta para obtenção de variedades biofortificadas A Biofortificação é uma estratégia sustentável e efetiva que pode diminuir a dimensão do problema da desnutrição no mundo

37 Obrigado! Thiago: