THANK YOU! Novas ferramentas para a produção de variedades de cana-de-açúcar três dígitos

THANK YOU! Novas ferramentas para a produção de variedades de cana-de-açúcar três dígitos Monalisa S Carneiro BIOEN-Renovabio SP, 09/08/2018

Cana-de-Açúcar: matéria-prima multifuncional Cana em destaque: Brasil principal produtor mundial ~ 2x mais que Índia, segundo colocado (FAO, 2016) Empregos: ~ 800 mil (CEPEA, 2018) Divisas ao país e ao Estado de SP: R$ 156 bilhões em 2017 (CEPEA, 2018) Vários fatores contribuíram para este cenário, entre eles, os Programas de Melhoramento

Década de 90: apenas variedades nacionais foram adotadas. Dal-Bianco et al. (2012)

Expansão para áreas não tradicionais 1975 Fonte: https://www.ibge.gov.br/apps/dinamica_agropecuaria/

Controle genético: as principais doenças foram controladas por resistência genética. Ferrugem marrom, 80 s Ferrugem alaranjada, 2000 s

Novas tecnologias de plantio e colheita Colheita de cana crua >90% Sudeste e Centro-Oeste Plantio mecanizado >60% Sudeste e Centro-Oeste

1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 est. Produtividade (t/ha) Fontes: MAPA, 2009; CONAB, 2015 Produtividade de cana no Brasil 1975 a 2015 90 80 70 60 50 81,6 67,1 72,2 40 30 20 46,8 Introdução de novas doenças; colheita mecânica; migração para ambientes restritivos

Uma percepção profunda TCH t cana/ha TSH t açúcar/ha 46,8 76,9 4,9 +64% +106% > 2x 10,1 1975 2015 1975 2015 A característica AÇÚCAR por área: Açúcar de recuperação total por hectare (TSH), aumentou muito mais se comparado com o TCH.

Cana com três dígitos: como chegar lá? Variedades (matéria-prima) Programas de Melhoramento

Cana com três dígitos: como chegar lá? Mudas sadias e de qualidade Variedades (matéria-prima) Programas de Melhoramento

Cana com três dígitos: como chegar lá? Racionalização das práticas agrícolas: - Nutrição mineral adequada - Agricultura de precisão - Uso racional de insumos - Irrigação - Ferramentas para assertividade de controle de pragas Mudas sadias e de qualidade Variedades (matéria-prima) Programas de Melhoramento

Variabilidade Genética Máxima Melhoramento da cana-de-açúcar em 3 passos Germoplasma Cruzamentos Fase T1 Fase T2 Fase T3 Fase Experimental e Validação Lançamento de Variedades PM Cana Demorado e Caro (10-14 anos) Grande número de indivíduos Características de importância muitos genes envolvidos TCH: número de colmos, altura e diametro de colmos, teor de fibra Teor de sacarose: POL Interação GxE (Genótipo x Local x Corte) Seleção baseada no fenótipo Técnicas de NGS permitem a obtenção de marcadores SNPs em larga escala que acessam variação alélica diretamente no genoma

Como incorporar informações genotípicas (SNPs) em PM Cana? Recursos Genéticos (Germoplasma) Painel de Diversidade Cruzamentos Específicos Fenotipagem Genotipagem

Fenotipagem Dados Fenotípicos

Data Set Estratégias de Sequenciamento Genotipagem Genoma (conhecimento) Estratégia de sequenciamento de genoma completo: S. spontaneum (R. Ming)* Ancestrais SP80-3280 (G. Souza)** - SUCEST FUN PROJECT Estratégia de sequenciamento de genoma monoplóide Gasmeur et al., 2018 - Monoploid reference genome Estratégia de sequenciamento funcional Vettore et al., 2003 SUCEST (EST PROJECT) Cardoso-Silva et al., 2014 - Variedades comerciais Grativol et al., 2014 - Sequencing by methylation filtration Singh et al., 2018 Variedades ancestrais Mancini et al., 2018 - Targeted Sequencing by Gene Synteny Marcadores moleculares - SNPs * Fonte: https://pag.confex.com/pag/xxvi/meetingapp.cgi/paper/31685 ** Fonte: http://sucestfun.iq.usp.br/index.php/projects/sucest-fun/sucest-fun-database#

Como incorporar informações genotípicas (SNPs) em PM Cana? Recursos Genéticos (Germoplasma) Painel de Diversidade Cruzamento Específico Fenotipagem Genotipagem GWAS Bi-parental QTL mapping Association mapping Marcas associadas: POL, BRIX (teor de sacarose) Número de colmos Toneladas de cana por hectare (TCH) Resistência a doenças Etc. Seleção Assistida em Cana

GBS em cana-de-açúcar Bi-parental QTL mapping Primeiro trabalho publicado para construção de mapa genético em cana-de-açúcar com utilização de ferramentas de NGS para Genotipagem por Sequenciamento (GBS) Possibilitou identificação de SNPs em larga escala em cana-de-açúcar Marcadores SNPs foram associados regiões genômicas relacionadas características de interesse

Cruzamento Específico SP80-3280 x RB835486 População F1 153 indivíduos GBS em cana-de-açúcar Bi-parental QTL mapping 2 Locais distintos Fenotipagem Araras-SP + Ipaussu-SP ~ 3 hectares 11 características fenotípicas avaliadas 3 anos de avaliações Análise por modelos mistos (Balsalobre et al., 2016)

Cruzamento Específico SP80-3280 x RB835486 População F1 153 indivíduos GBS em cana-de-açúcar Bi-parental QTL mapping 2 Locais distintos Fenotipagem Genotipagem SNPs (GBS) Sequenciamento Illumna Araras-SP + Ipaussu-SP ~ 3 hectares Alinhamento com referências 11 características fenotípicas avaliadas 3 anos de avaliações Identificação de SNPs (GBS) Análise de ploidia e dosagem alélica (Garcia et al., 2013) Análise por modelos mistos (Balsalobre et al., 2016) Análise de redundância Construção de Mapa Genético

Cruzamento Específico SP80-3280 x RB835486 População F1 153 indivíduos GBS em cana-de-açúcar Bi-parental QTL mapping 2 Locais distintos Fenotipagem Genotipagem SNPs (GBS) Sequenciamento Illumna Araras-SP + Ipaussu-SP ~ 3 hectares 11 características fenotípicas avaliadas 3 anos de avaliações Análise por modelos mistos (Balsalobre et al., 2016) QTL mapping Marcas associadas: POL%C (teor de sacarose) BRIX (teor de sólidos solúveis) Diâmetro do colmo (SD) Teor de fibra (FIB) Alinhamento com referências Identificação de SNPs (GBS) Análise de ploidia e dosagem alélica (Garcia et al., 2013) Análise de redundância Construção de Mapa Genético

GBS em cana-de-açúcar Bi-parental QTL mapping QTLs para POL%C (P1 e P2) e BRIX (B1, B2 e B3) P1 P2 B3 B1 B2

GBS em cana-de-açúcar Bi-parental QTL mapping QTLs para FIB (FIB1) e SD (SD1) SD1 FIB1

GBS em cana-de-açúcar Bi-parental QTL mapping Marcadores com potencial para validação em outras populações Marcadores identificados em 3 das 4 referências utilizadas foram associados a QTLs

Association mapping Próximos Passos Painel de Diversidade: 277 acessos Validação de SNPs associados aos QTLs de brix, pol %, fibra e diâmetro Genotipagem de novos marcadores SNPs Fenotipagem das características A combinação dos resultados obtidos em bi-parental e association mapping poderá gerar marcadores SNPs úteis para orientação de cruzamentos nos programas de melhoramento, visando eficiência no processo de obtenção de novas variedades

Agradecimentos Centro de Ciências Agrárias - UFSCAR Dr. Monalisa Carneiro Dr. Hermann Hoffmann Dr. Thiago Balsalobre Dr. Rodrigo Gazaffi Ms. Fernanda Z. Barreto UNICAMP Dra. Anete P. Souza ESALQ USP Dr. Antonio Augusto Garcia Dr. Gabriel Margarido