Melhoramento de plantas

UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA JÚLIO DE MESQUITA FILHO Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira Melhoramento de plantas Prof. Dr. João Antonio da Costa Andrade Departamento de Biologia e Zootecnia

MELHORAMENTO GENÉTICO DE PLANTAS O que é melhoramento de plantas? Melhoramento ambiental; Melhoramento genético: Arte e a ciência que visam a modificação genética das plantas para torná-las mais úteis ao homem Aumento na frequência de alelos e genótipos favoráveis Obtenção de bons genótipos

Embora os avanços tecnológicos e cientifícos tenham contribuído de maneira substancial para o melhoramento genético, é importante salientar que, qualquer que seja a tecnologia empregada, a participação da seleção sempre foi fundamental para o êxito desejado. Dr. Ernesto Paterniani

Poder da seleção??!!!!!

Domesticação: Mais arte do que ciência; Ocorrida em tempos remotos; Hoje o melhoramento genético praticamente é só ciência; Importante é a interação entre melhoramento ambiental e genético

Obtenção de bons genótipos Apenas um genótipo: Heterozigótico (híbrido de linhagens puras, clones de indivíduo heterozigoto); Homozigótico (linhagem pura). Vários genótipos Predominantemente heterozigóticos (híbrido triplo ou duplo); Predominantemente homozigóticos (Variedade sintética, mistura de linhagens puras).

Cultivar: VARIEDADES CULTIVARES Genótipo ou grupo de genótipos com alguma característica específica ou simplesmente reunidos em um grupo (população), utilizado (s) comercialmente pelos agricultores.

Tipos de cultivares: VARIEDADES CULTIVARES Linhagem pura; Mistura de linhagens puras; Clone; Híbrido (de linhagens puras, Intermediário, Intervarietal); Variedade; Variedade sintética;

Passos do melhoramento Identificação dos melhores genótipos; Provocação do aparecimento do(s) genótipo(s) (quando necessário); Multiplicação do(s) genótipo(s) desejado(s).

Dificuldades na procura e obtenção de bons genótipos Nem sempre é difícil; Espécies ainda não melhoradas (Apenas a coleta ou introdução de um genótipo novo já é uma grande contribuição, muitas vezes); Isolamento ou indução de mutantes que por si só resolvem algum problema sério (uva sem semente, melancia sem semente, arroz anão, sorgo anão); Tipo de herança do caráter (qualitativo ou quantitativo);

Dificuldades na procura e obtenção de bons genótipos Correlação não desejável entre caracteres; Base genética estreita (Fazer recombinações, introgressões, usar Bancos e origem); Frequência genotípica baixa (Trabalho com grande número de indivíduos); Efeitos ambientais F G + E + GE (O efeito G precisa ser separado). Genótipos diferentes fenótipos iguais (Repetições, progênies, controle ambiental). Interação gênica

Melhorista Precisa estabelecer uma estratégia de visão de futuro sobre seu trabalho; Nem sempre busca apenas rendimento; Qualidade; Atratividade; Adaptação ao manuseio; Diminuição nos custo de produção.

Melhorista Adaptação à comercialização; Adaptação a uma nova condição (Abelha sem ferrão); Inserção ideal na cadeia produtiva; Correção de alguma frescura ou preferência (Milho espiga fina, Feijão hilo amarelo, cenoura cilíndrica).

Perfil do melhorista (Pesquisa realizada) Paciência; Persistência (a mais lembrada); Habilidade interpessoal para estabelecer relacionamentos; Espírito de liderança e vontade de trabalhar com afinco; Conhecer as disciplinas Genética, Estatística, Entomologia, Fitopatologia, Fisiologia Vegetal;

Perfil do melhorista (Pesquisa realizada) Parceria (Dificilmente um apenas tem a condição de desempenhar com eficiência e profundidade todas as disciplinas consideradas prioritárias para o melhoramento); Familiarização com recursos genéticos (Não recebeu prioridade).

Perspectivas no Brasil Execução de programas Predominantemente pelo setor público. Exceções são soja, milho e algumas outras; Mudanças devido à Lei de Proteção de Cultivares; Biologia molecular e Biotecnologia Disponibilização de novas ferramentas, principalmente no caso de plantas perenes;

Perspectivas no Brasil Cadeias produtivas ainda com pouco sucesso, onde o melhoramento pode avançar; Olerícolas; Fruteiras; Forrageiras; Florestais; Medicinais.

Recursos Genéticos Vegetais Biodiversidade Totalidade de genes, espécies e ecossistemas do mundo ou de uma região; Conservação da biodiversidade Manutenção de um sistema de apoio à vida humana, fornecido pela natureza e os recursos vivos essenciais para o desenvolvimento.

Recursos Genéticos Vegetais Erosão genética - Redução na biodiversidade genética de espécies; 300.000 espécies de plantas superiores descritas; Homem já utilizou aproximadamente 3.000 na alimentação;

Recursos Genéticos Vegetais Atualmente usa aproximadamente 300; Apenas 15 são responsáveis por 90% de toda a alimentação humana; Trigo, arroz, milho e batata 80% do total produzido.

Recursos Genéticos Vegetais Nikolai Vavilov (início do século XX) Primeiro a reconhecer a importância da coleta de sementes e organização de coleções; RGV representa: Reservatório genético; Soluções para diversas alterações ambientais; Matéria prima para o desenvolvimento da agricultura;

Recursos Genéticos Vegetais Possível solução para a vulnerabilidade genética; Risco que existe devido à base genética estreita (risco mais a curto prazo); Mangueira 80% da cultura implantada no país pertence a Tomy Atkins e Haden; Resolve-se com a diversificação de cultivares, introdução de novos genótipos e recombinação genética.

Recursos Genéticos Vegetais Germoplasma Germo (princípio rudimentar de um novo ser orgânico) + plasma (matéria não definida); Matéria onde se encontra um princípio que pode crescer e se desenvolver; Soma total dos materiais hereditários de uma espécie.

Recursos Genéticos Vegetais Categorias de germoplasma (HOYT, 1992); Parentes silvestres; Populações locais (Landraces) (Cultivo primitivo); Cultivares que foram substituídas; Linhagens experimentais; Mutações e outros produtos do melhoramento; Cultivares modernas;

Recursos Genéticos Vegetais Banco de Germoplasma (Formação); Introdução (Espécie, cultivar - variedade, híbrido, etc, Citoplasma, Gene); Intercâmbio (aquisição recíproca) Regulamentos específicos, Quarentena; Coleta (Lavouras, roças, hortas e pomares caseiros, mercados e feiras, habitats silvestres);

Recursos Genéticos Vegetais Caracterização e avaliação de Bancos de germoplasma; Detecção de duplicações; Determinação de descritores que auxiliam a escolha pelo melhorista;

Conservação; Recursos Genéticos Vegetais In situ Dentro do ecossistema, mantendo o habitat natural; Ex situ Fora do ambiente original ou natural; Coleção de base (longo prazo); Coleção ativa (Médio prazo Banco ativo de germoplasma); Coleção nuclear (Menores, representam a variabilidade genética da espécie);

Recursos Genéticos Vegetais Coleção in vivo (a campo) Recalcitrantes, propagação vegetativa; Coleção in vitro (Geralmente propágulos em laboratório); Coleção genômica (Fragmentos de DNA que representam o genoma); Criopreservação ( in vitro em longo prazo, com utilização de N líquido).

MANGABA EMEPA - PB

ARROZ - FILIPINAS

Foto: Dra. Ana Cristina Juhász/EPAMIG

BANCO MUNDIAL - NORUEGA

Recursos Genéticos Vegetais Acessos mantidos em coleções; + de 2,5 milhões; 1.200.000 cereais; 369.000 leguminosas; 215.000 forrageiras; 137.000 hortaliças 74.000 tubérculos.

Recursos Genéticos Vegetais RGV e Melhoramento Há uma lacuna; Melhoristas resistem em utilizar os Bancos de Germoplasma, utilizando sua própria coleção de trabalho (evitam trabalhar com genótipos selvagens);

Recursos Genéticos Vegetais Causas da baixa utilização: Documentação e descrição inadequadas; Falta de avaliação das coleções; Pouca disponibilidade de sementes; Adaptação restrita dos acessos; Falta de informações desejadas

Recursos Genéticos Vegetais Causas da baixa utilização: Números insuficiente de melhoristas; Dificuldade para identificar genes potencialmente úteis; Ausência de programas de prémelhoramento.

Recursos Genéticos Vegetais Constata-se um esforço concentrado nos materiais elites adaptados para o desenvolvimento de novas cultivares; Muitos melhoristas apontam a necessidade de resultados em curto prazo como o principal impedimento para utilização dos acessos, principalmente em instituições privadas.

Recursos Genéticos Vegetais Pré-melhoramento; Intensificação na obtenção de informações sobre os acessos e criação de populações direcionando-as ao melhoramento; Identificação de caracteres ou genes de interesse e incorporação nos materiais adaptados (elites); Pode identificar acessos melhores que cultivares locais (Ex: LAMP).

O processo evolutivo e o melhoramento Domesticação (utilização de certas plantas pelo homem) originou uma coevolução tornando-as dependentes de um ambiente artificial (menor competição); Seleção artificial Na maioria das vezes contraria as tendências evolutivas;

O processo evolutivo e o melhoramento Mecanismos capazes de alterar a constituição genética no melhoramento São os mesmos atuantes na natureza ao longo dos processos evolutivos. Portanto os mecanismos evolutivos são ferramentas do melhorista;

O processo evolutivo e o melhoramento Teoria Sintética da evolução; Criação de variabilidade genética (mutações de ponto, mutações cromossômicas); Amplificação da variabilidade genética (Recombinação, hibridação, migração); Processos que orientam para maior adaptabilidade; Seleção e ação do acaso; Isolamento reprodutivo; Divergência genética;

Seleção; Previsível; Direcional, estabilizadora, disruptiva; Oscilação ou deriva genética Também possui uma direção que não é constante;

Domesticação: Acidental Relação inconsciente com a planta que utiliza na alimentação e passa a proteger; Especializada A planta é levada para junto da habitação (menor competição); Agrícola Mudança de ambiente para que a planta possa maximizar o seu potencial de produção (criação de ambiente artificial);

Domesticação científica; Manipulação dos mecanismos de evolução das plantas; Perigo do rompimento do equilíbrio; Consciência do perigo Campanha de conservação dos recursos genéticos;

Endogamia no melhoramento Cruzamento entre indivíduos aparentados (primos, meios irmãos, irmãos completos, retrocruzamentos, autofecundação); Indesejável em muitos casos e auxiliar em muitos esquemas de melhoramento; Linhagens puras em autógamas; Linhagens puras para obtenção de híbridos em alógamas;

Endogamia no melhoramento Progênies para servir de base para seleção; Eliminação de alelos indesejáveis na seleção recorrente; Pode ocorrer devido ao pequeno tamanho da população;

Endogamia no melhoramento Consequências; Aumento da homozigose; Alteração na frequência genotípica e não na frequência gênica; Aparecimento de fenótipos indesejáveis (Deficiência de clorofila, nanismo, esterilidade, etc...); Depressão por endogamia Perda de vigor generalizada, diminuição na expressão de caracteres quantitativos em decorrência do aumento na homozigose;

Valor genotípico Frequência genotípica Genótipo S 0 S 1 S 2... S BB 10 1/4 3/8 7/16... 1/2 Bb 10 1/2 1/4 1/8... 0 bb 2 1/4 3/8 7/16... 1/2 Média 8,0 7,0 6,5... 6,0 Não pode aumentar ao invés de diminuir?

CULTIVARES

Endogamia no melhoramento Alfafa, cenoura, milho, cana, eucalipto plantas que mais sofrem perda de vigor com endogamia; Cebola, girassol, centeio nem sempre sofrem depressão; Cucurbitáceas e autógamas pouca ou nenhuma depressão; Coeficiente de endogamia nível de homozigosidade em uma geração específica;

Hibridação no melhoramento Importante tanto no sentido da exploração do vigor híbrido quanto para promover variabilidade e obter progênies para servir de base para processos de seleção; Heterose (SHULL, 1912) Superioridade do híbrido em relação à média dos pais ; Expressão dos efeitos benéficos da hibridação ; Aumento do vigor, da expressão de determinados fenótipos e da intensidade de outros fenômenos fisiológicos, decorrentes do cruzamento entre indivíduos contrastantes ;

Hibridação no melhoramento Heterobeltiose Superioridade (?) do híbrido em relação ao pai superior; Heterose padrão Desempenho do híbrido em relação a uma cultivar padrão;

Hibridação no melhoramento Manifestação da heterose; Área foliar; Desenvolvimento do sistema radicular; Altura da planta; Rendimento; Taxa fotossintética; Metabolismo celular; Tamanho da célula; Tamanho do fruto; Número de frutos; Cor do fruto; Precocidade;

Hibridação no melhoramento Base genética da heterose; Dominância O número médio de locos homozigotos desfavoráveis no híbrido é menor que em cada um dos parentais; Sobredominância Cada alelo de um loco possui função distinta, mas há um estímulo fisiológico em indivíduos heterozigotos; Epistasia Combinações específicas envolvendo alelos de diferentes locos fornecem um estímulo fisiológico;

Hibridação no melhoramento Hibridação em autógamas; Seleção continuada leva à fixação de linhas puras; Hibridação para aparecimento de variabilidade (segregação transgressiva); Heterose em autógamas?

Hibridação no melhoramento Hibridação em alógamas; Uso em híbridos; Manutenção da variabilidade ou promoção de variabilidade; Cruzamentos controlados para obtenção de progênies ou famílias; Progênies ou famílias de meios-irmãos (intra e interpopulacionais); Progênies ou famílias de irmãos germanos (intra e interpopulacionais); Progênies ou famílias top cross vários genótipos cruzados com um testador comum;

PLANTAS AUTÓGAMAS Causas da autofertilização; Morfologia floral que força a liberação do pólen dentro da própria flor (Cleistogamia)