LGN 0313 Melhoramento Genético MELHORAMENTO GENÉTICO DE FUMO (Nicotiana tabacum L.) Eng. Agr. MSc. Guilherme José Farias Departamento de Genética Avenida Pádua Dias, 11 - Caixa Postal 83, CEP: 13400-970 - Piracicaba - São Paulo - Brasil Telefone: (0xx19) 3429-4250 / 4125 / 4126 - Fax: (0xx19) 3433-6706 - http://www.genetica.esalq.usp.br/semina.php
Sumário Importância da cultura e panorama atual Botânica, grupos varietais e manejo Melhoramento Genético Objetivos Técnicas Etapas Fotos
Melhoramento de FUMO... POR QUÊ???
Maiores Produtores e Exportadores (mil toneladas de fumo) China 2410 Brasil 928 Índia 598 Brasil 466 EUA 399 China 184 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 EUA 157 Produção Zimbábue 135 Total mundial: 6.496,4 mil t Índia 121 0 100 200 300 400 500 Exportação Fonte: Atlas do Tabaco, 2006
Consumo China Consumo 2410 (bilhões de cigarros) Brasil China 928 1800 Índia EUA 598 402 Brasil 466 EUA 399 Rússia 362 China 184 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Japão Indonésia Produção 173 312 Total mundial: 6.496,4 mil t EUA Zimbábue Índia 135 121 157 0 100 200 300 400 500 0 500 1000 1500 2000 Exportação Fonte: Atlas do Tabaco, 2006
Exportações Agropecuárias Brasileiras (valor em milhões de dólares) 6000 10000 5000 9000 8000 4000 7000 7 Lugar 4 Lugar 3000 6000 5000 2000 4000 1000 3000 Açúcar Soja grão 2000 0 1000 0 Café Farelo de Soja Carne Avícola Fumo Soja Cana Café Fumo Algodão Carne Bovina Suco de Frutas Óleo de Soja Carne Suína Fonte: MAPA, 2006
Introdução Consumo mundial de cigarros: 5 trilhões / ano BRASIL: Maior exportador e 2º maior produtor Indústria: US$ 5 bilhões Impostos: US$ 4 bilhões 2,4 milhões de empregos diretos e indiretos 200 mil famílias de produtores 360 mil hectares cultivados
Realidade do Produtor Preço médio recebido = R$ 4,30 / kg de folhas Produtividade média = 1.844 kg / ha Rendimento médio = R$ 8.000 / ha plantado Tamanho médio das propriedades : 16,4 ha Área média com fumo : 2,7 ha Fonte: Afubra, 2006
Market Share Mundial CNTC 33,7% JTC 6,4% ITL 3,6% GLH 3,1% Altadis 2,0% Outros 18,5% BAT Souza Cruz 15,1% Altria Phillip Morris 17,6% Fonte: Atlas do Tabaco, 2006
Sistema Integrado de Produção EMPRESA Assistência técnica Assistência financeira Sementes Seguro Insumos agrícolas PRODUTOR Produção das mudas Plantio Colheita Cura / Secagem Separação Enfardamento Contrato anual Compra integral da produção Venda integral da produção
Planta Modelo Transformação genética Facilmente transformável Cultivo in vitro Fisiologia de solanáceas Testes iniciais em N. tabacum Expressão de proteínas recombinantes Fábricas de moléculas Genética Quantitativa Pesquisas com delineamentos básicos Luciferase de vaga-lume Science (1986) 234: 856-859
Botânica Família Solanaceae Gênero Nicotiana (67 espécies) Espécie Nicotiana tabacum L. 1560: Jean Nicot fumo na Europa 2n = 4x = 48 (anfidiplóide) Autógama Cleistogamia Monóica Flores completas
Detalhes da Flor
Origem e Adaptação 60ºN Região dos Andes e Noroeste da Argentina 38ºS (Akehurst, 1981)
Frutos e Sementes 10 mil sementes por grama! PELETIZAÇÃO
Grupos Varietais Principais Regionais Nordeste Virginia Comum Oriental Burley Maryland Outros Amarelinho Fumo Aromático Tibagi Dark
Capação e Desbrotas Eliminação do meristema apical da planta quando começa a emitir os botões florais. Objetivo: direcionar produção de fotoassimilados para as folhas
Fumo Oriental
Virginia x Burley
Secagem das Folhas : Cura ESTUFA GALPÃO
Secagem das Folhas - Cura Secagem em ESTUFA Fumo Virginia e Amarelinho Amadurecimento desuniforme Colheita em etapas Tipos: Estufa convencional Estufa de ar-forçado Estufa L.L. = Loose Leaf = Folha Solta
Secagem das Folhas - Cura Secagem em GALPÃO Fumos Burley, Maryland, Comum, Oriental Amadurecimento uniforme Colheita = planta inteira Tipos: Galpão convencional GB1 GB2 Chapecó
Tabela 1. Desempenho dos estados da região sul do Brasil na safra de fumo 2004/05, nos aspectos de número de produtores, área plantada (em hectares), produção de folhas curadas (em toneladas) e produtividade (em quilogramas por hectare), para os fumos do tipo Virgínia, Burley e Comum. Estado Tipo de fumo Virgínia Burley Comum Total Nº de Produtores Rio Grande do Sul 77.405 21.097 751 99.253 Santa Catarina 39.348 21.009 698 61.055 Paraná 20.201 13.551 2.507 36.259 Total 136.954 55.657 3.956 196.567 Área (ha) Rio Grande do Sul 185.663 29.554 670 215.887 Santa Catarina 112.390 29.340 768 142.498 Paraná 52.288 19.151 3.139 74.578 Total 350.341 78.045 4.577 432.963 Produção (t) Rio Grande do Sul 367.470 53.179 952 421.601 Santa Catarina 83% 227.923 49.749 1.124 278.796 Paraná 98.865 34.512 5.352 138.729 Total 694.258 137.440 7.428 839.126 Produtividade (kg/ha) Rio Grande do Sul 1.979 1.799 1.421 1.953 Santa Catarina 2.028 1.696 1.464 1.956 Paraná 1.891 1.802 1.705 1.860 Total 1.982 1.761 1.623 1.938 Fonte: Anuário Brasileiro do Fumo 2005.
Classificação das Folhas Classes: } T: Ponteiras } } } B: Meeiras C: Semi-meeiras X: Baixeiras
Classificação das Folhas Subclasses (Virginia) O (alaranjadas) L (verde limão) R (castanhas) Tipo 1 : Primeira 2 : Segunda 3 : Terceira Ideal (Virginia): BO1 Cotação (2008) = R$6,25 / kg
Alcalóides do Fumo Nicotina (90 a 95%) Substância alcalóide básica Princípio ativo do tabaco Proteção contra herbivoria Outros alcalóides (5 a 10%) Nornicotina Anabasina Anatabina Nitrosaminas (TSNA s): cancerígenas
J. Agric. Food Chem. 2006, 54, 9071-9078 Genetic Engineering on Nicotiana tabacum for Reduced Nornicotine Content Lily B. Gavilano, Nicholas P. Coleman, Leigh-Emma Burnley, Melissa L. Bowman, Newton E. Kalengamaliro, Alec Hayes, Lowell Bush, and Balazs Siminszky Conversão: Nicotina - Nornicotina Nornicotina: precursora de TSNA Gene da N-Demetilase: CYP82E4 Silenciamento com RNAi A estratégia se mostrou eficaz
Formação de TSNA NICOTINA Senescência e Cura N - Demetilase GENE CYP82E4 NORNICOTINA RNAi Cura e Processamento GAVILANO et al., 2006 Nitrosação NNN (TSNA)
PROGRAMAS DE MELHORAMENTO
Principais Empresas
Objetivos do Melhoramento Principais linhas de pesquisa: Melhora da qualidade; Aumento da produtividade; Resistência às principais viroses (TMV, PVY, TSWV); Resistência à murcha bacteriana; Resistência aos nematóides de galhas; Tolerância a amarelão; Cultivares com baixos níveis de alcalóides.
Impacto dos Cultivares (i.a. kg/ha) 30 25 20 26,8 Sistema Float + Cultivares Resistentes 15 10 6,6 5 2,1 1,1 0 1980 1991 1998 2005 Fonte: Souza Cruz, 2006
Geração de Variabilidade Métodos Convencionais Cruzamentos Biparentais, multiparentais, retrocruzamentos, dialélicos Método da População (Bulk) e Genealógico (Pedigree), Seleção Recorrente Biotecnologia Obtenção de somaclones Cultura de tecidos Cultura de células Hibridação somática (fusão de protoplastos) Produção de haplóides e duplo-haplóides Indução de mutação T Não há cultivares comerciais transgênicos
Suporte ao Melhoramento Banco de Germoplasma Marcadores Casas de Vegetação M E L H O R A M E N T O D O F U M O Análises Químicas Cultura de Tecidos
Germoplasma Fontes de resistências N. repanda: nematóides, TMV, fogo selvagem, mancha angular; N. lagsdorfii: fogo selvagem, mofo azul, antracnose, PVY, TMV; N. suaveolens: mofo azul, PVY, TMV, fogo selvagem, mancha angular N. repanda
Técnicas Auxiliares Seleção assistida por marcadores Fusão de Protoplastos: Superação de incompatibilidade
Técnicas Auxiliares Cultura de Tecidos e de Células
Caracteres Avaliados Resistência a nematóides e viroses Dias do plantio ao florescimento Número de folhas emitidas até florescimento Altura da planta no florescimento Data para capação Valor agronômico Produtividade de fumo curado
Desenvolvimento do Germoplasma Tipos de seleções: Nematóides Murcha bacteriana Viroses Amarelão DOENÇAS Qualidade Produtividade Florescimento Maturação AGRONÔMICAS Alcalóides totais / individuais QUÍMICA Nitrato Açúcar Éster de sacarose Cloretos FUMAÇA Química da fumaça Flavour Degustação
Características de Interesse VIRGINIA M. incognita M. javanica TMV, PVY, TSWV Murcha bacteriana Nitrato no talo BURLEY M. incognita TMV, PVY, TSWV Murcha bacteriana Amarelão Nitrato na lâmina
Geração de Variabilidade por Cruzamentos Método da População (Bulk) Linhagem A x Linhagem B 15 plantas x 5 frutos (bulk) 100 plantas no campo Sementes colhidas em bulk F 1 Auto-Fecundação F 2 3000 plantas
Geração de Variabilidade por Cruzamentos F 2 3000 plantas (bulk) Auto-Fecundação F 3 3000 plantas (bulk) Auto-Fecundação F 4 3000 plantas (bulk)
Geração de Variabilidade por Cruzamentos F 4 SELEÇÕES Testes de Progênies
Avaliação do Germoplasma Testes de Progênies Avaliações Preliminares Esterilização de linhagens Retrocruzamentos Avaliações Intermediárias Avaliação Final Competição de Cultivares CULTIVAR COMERCIAL
Difusão e Transferência de Tecnologia Macroparcelas Produção de cigarros Lavoura Teste Análise de fumaça Lavoura Demonstrativa Dias de Campo Orientadores de Produtores PRODUTOR
Produção de Sementes Sementes Genéticas Sementes Experimentais Sementes Básicas Sementes Semi Comerciais Sementes Comerciais
Industrialização de Sementes U P S Sementes Nuas Registro Proteção Certificação Semi Comerciais Comerciais Controle de Qualidade: Laboratório de Análise de Sementes Exportação Sementes peletizadas U I S Sementes envelopadas Beneficiamento Peletização Envase / Envelopamento Armazenamento Produtor Unidades de faturamento
FOTOS: Etapas do Melhoramento
CMF Souza Cruz Rio Negro - PR
Unidade Rio Negro - PR
Unidades do CMF Centro de Melhoramento de Fumo UMF Unidade de Melhoramento de Fumo UPS Unidade de Produção de Sementes UIS Unidade de Industrialização de Sementes
Bandejas no Float
Etapas realizadas com produtores
Casas de Vegetação
Colheita de Frutos Planejamento Polinizações Coleta de Dados Escolha e Preparo das áreas Semeação Replante Tratos Culturais ANO AGRÍCOLA Croquis Repicagem Transplante. Adubação Estaqueamento Podas Seleções Inoculações
Envelopes com Sementes
Semeação
Caixas com Tratamentos
Caixas com tratamentos
Tamanho ideal para Repicagem
Plântulas recém repicadas Após 1 semana
Estufa
Desenvolvimento das Mudas
Desenvolvimento das Mudas
Irrigação e Float
Inoculação de Nematóides
Avaliação de Nematóides
Avaliação de Nematóides
Inoculação de Viroses
Avaliação de Viroses
Muda de Fumo
Distribuição das Bandejas
Transplante
Planta em Desenvolvimento
Seleção Fenotípica
Campo em Florescimento
Flores Encapadas
Colheita de Flores
Colheita de Anteras
Secagem e Armazenamento do Pólen
Cruzamentos
Cruzamentos Etiquetados
Frutos Maduros
Lavoura Demonstrativa CSC 416
Dias de Campo
Polinização em Grande Escala (Produção de Sementes)
Beneficiamento das Sementes
Sementes Comerciais
OBRIGADO! Guilherme José Farias Engenheiro Agrônomo MSc. Doutorando Contato: gjfarias@esalq.usp.br