Durante a década de 1970/1980, houve um grande esforço para coletar e conservar germoplasma das principais espécies cultivadas, resultando no estabelecimento de grandes coleções de germoplasma. O tamanho das coleções e a limitação de recursos financeiros contribuiram para estabelecer a defasagen entre o crescimento e o uso das coleções. De modo a contornar esse problema, a formação de coleções nucleares para as grandes coleções de germoplasma surge como uma estratégia de se concentrar recursos, esforços, se aprofundar conhecimentos e cruzar informações para promover o uso eficiente da coleção de germoplasma (CORDEIRO e ABADIE, 2007).
O plano global de ação para a conservação e utilização sustentável dos recursos fitogenéticos para agricultura e alimentação recomenda o desenvolvimento de coleção núclear como uma das atividades necessárias para melhorar o uso dos recursos genéticos vegetais (VAN HINTUM et al, 2000).
O estabelecimento de coleção nuclear sugerido por FRANKEL (1984) e FRANKEL e BROWN (1984) consiste na organização de coleções de germoplasma com um número limitado de acessos de forma a representar a variabilidade genética da coleção base ou ativa, mantendo o máximo da divergência genética com o mínimo de repetitividade e redundância. Portanto, uma coleção nuclear pode ser uma fonte primária de distribuição de germoplasma para os melhoristas de plantas e outros programas nacionais, bem como para
29 avaliação em vários ambientes (FRANKEL, 1984), com o intuito de auxiliar no conhecimento sobre a diversidade e o uso potencial do germoplasma. Além disso, ao estabelecer a coleção nuclear é possível reduzir o custo dos experimentos de avaliação, principalmente aqueles de caracterização agronômica que demandam grande área de avaliação com repetições e em diferentes locais para os estudos de interação genótipo x ambiente.
A coleção nuclear não tem como objetivo a substituição de uma coleção base ou coleção ativa, nem mesmo de uma coleção de trabalho muito especializada (FALEIRO, 2007). A coleção nuclear é uma estratégia que possibilita priorizar e concentrar as atividades de caracterização e avaliação dessa coleção, de modo a formar uma base de informação mais completa sobre esse conjunto de acessos e assim permitir o uso do germoplasma (CORDEIRO e ABADIE, 2007). Os resultados desses estudos poderão ser utilizados para verificar a necessidade ou não de introduzir mais materiais na coleção e selecionar os de interesse para o melhoramento genético (ENGLES e VISSER, 2003).
De acordo com BROWN e SPILLANE (1999) o conceito de uma coleção nuclear deve compreender os quatros elementos básicos: a coleção de germoplasma é uma grande coleção (do ponto de vista de manejo e uso) com integridade taxonômica; a coleção nuclear dessa grande coleção tem um tamanho restrito; a coleção nuclear é uma amostra representativa dessa coleção; e a coleção nuclear é diversa.
O desenvolvimento de uma coleção nuclear não é um processo simples e rápido, por levar em consideração uma série de informações referentes ao germoplasma armazenado. Existe muita discussão sobre quais são os descritores adequados para serem usados no desenvolvimento de uma coleção nuclear: morfológicos, genéticos, moleculares e ecogeográficos.
Segundo FERREIRA et al. (2007), as coleções de germoplasma atuais deveriam ser caracterizadas molecularmente em um primeiro momento, utilizando os procedimentos de análise automatizada em escala e oferecidos por marcadores moleculares, como a genotipagem de locos microssatélites em sequenciador automáticos de DNA. Com base na análise de dados, coleções nucleares poderiam ser estabelecidas e avaliadas com outros descritores agronômicos e morfológicos, incluindo bioensaios bioquímicos e fisiológicos.
Existem muitas abordagens para estabelecer uma coleção núclear. Em geral, estas abordagens têm três etapas. O primeiro passo é descrever a diversidade genética de toda a
30 coleção. Vários descritores podem ser utilizado eventualmente em combinação (por exemplo, dados do passaporte, origem geográfica, características morfológicas e fenotípicas e bioquímicas e marcadores moleculares). O segundo passo consiste em analisar a estrutura da diversidade genética expressa pelos descritores diferentes e calcular a distância genética entre os acessos utilizando métodos de agrupamento. Desse modo, a coleção inicial é estratificada em grupo geneticamente homogêneos. E o último passo, as amostras de acessos individuais são selecionado a partir de toda a coleção de modo a formar a coleção núclear (BALFOURIER et al., 2007).
Na composição da coleção nuclear, cada acesso vai representar a variabilidade genética de outros acessos que ficaram no mesmo grupo de similaridade. Feita a caracterização detalhada da coleção nuclear, caso seja verificado o potencial de determinado acesso, esse potencial pode ser extraoplado para todos os acessos do mesmo grupo de similaridade, o que pode ser confirmado por meio de caracterização detalhada desses acesssos (FALEIRO, 2007).
O desenvolvimento de uma coleção nuclear é um exercício de amostragem, que tenta assegurar a conservação dos alelos presentes na coleção base (CORDEIRO e ABADIE, 2007). Diferentes tipos de características e estratégias de amostragem têm sido desenvolvidos para o estabelecimento de coleções nucleares. Procedimentos de estabelecimento e amostragens são disponíveis em VAN HINTUM et al. (2000), BROWN e SPILLANE (1999), VASCONCELOS et al. ( 2007).
Comumente é estabelecido que uma amostragem de 10% dos acessos fornece um tamanho básico para uma coleção nuclear, para captar entre eles o máximo da diversidade disponível da coleção inteira. Esta generalização é proposta por BROWN (1989), que estimou uma amostragem de 10% para reter no mínimo 70% dos alelos presentes na coleção inteira.
A utilização de amostragens menores, em apenas 1% dos acessos da coleção inicial, nomeadas mini coleções nucleares, tem sido empregada para algumas culturas como: grão de bico (211 acessos; UPADHYAYA e ORTIZ, 2001); sorgo (242 acessos; UPADHYAYA et al., 2009). O tamanho reduzido dessas coleções tem fornecido oportunidades para a sua avaliação eficiente e econômica em vários ambientes e à identificação de novas fontes para variação morfoagronômica, qualidade, tolerância ao estresse abiotico e biótico em várias culturas (UPADHYAYA et al., 2010).
31 A amostragem de uma coleção de germoplasma para estabelecer uma coleção nuclear requer um esforço integrado envolvendo curadores, melhoristas, geneticista e estatisticos. Definição sobre o tamanho da coleção nuclear de modo a facilitar o seu uso e a escolha de critérios de classificação para os quais os acessos da coleção base tenham informação, são essenciais (ABADIE et al., 2005).
Em relação à validação de coleções nucleares, FALEIRO (2007) relata que o princípio é analisar a variabilidade da coleção base e da coleção nuclear e verificar a porcentagem da variabilidade presente na coleção nuclear. Os cálculos das distâncias entre os acessos da coleção base e a coleção nuclear podem ser realizados com base no polimorfismo do DNA, cálculo da riqueza e frequência alélica baseados em marcadores multialélicos e co-dominantes.
A formação de coleção nuclear tem sido desenvolvida em BAG mundiais para várias espécies vegetais como: arroz (LI et al., 2002), ervilha (LÁZARO et al., 2006), cana- de-açúcar (AMALRAJ et al., 2006), trigo (BALFOURIER et al., 2007), milheto (BHATTACHARJEE et al., 2007), sorgo (UPADHYAYA et al., 2009), incluindo Capsicum (ZEWDIE et al., 2004; NICOLAI et al., 2013). No Brasil, alguns esforços foram efetuados para a estruturação das coleções nucleares de mandioca (CORDEIRO et al., 1995), milho (NETTO et al., 2004), arroz (ABADIE et al., 2005), soja (OLIVEIRA, 2007) e abóbora (RAMOS, 2003).
Em Capsicum, apenas um estabelecimento de coleção nuclear tinha sido publicado (ZEWDIE et al., 2004) até 2013. Essa proposta foi realizada para estabelecer coleções nucleares das espécies de C. annuum, C. baccatum e C. chinense representativas da coleção mantida pela Unidade de Conservação de Recursos Genéticos de Plantas do Sul, Griffin, GA, USA, com base em informações fenotípicas e análise de cluster.
Recentemente, NICOLAI et al. (2013) estabeleceram várias coleções nucleares de C. annuum a partir da coleção mantida pelo Instituto Nacional de Pesquisa Agropecuária (INRA), na França, utilizando 28 marcadores moleculares microssatélites a fim de maximizar a diversidade genética, mas incluindo também 6 características fenotípicos de flores e frutos para otimizar a análise com características hortícolas. As coleções nucleares variaram de 8,16, 32, 64 e 128 acessos representando 37 a 90% da diversidade genética de C. annuum e seus parentes selvagens (var. glabriusculum). A utilização da estratégica algoritmo M (Maximização) em que marcadores genéticos são usados maximizando a
32 riqueza de alelos em cada locus, permitiram a seleção dessas amostras nucleares menores e ao mesmo tempo maximizaram a diversidade genética. As coleções nucleares menores favorecem a análise para o seqüenciamento do genoma e análises de marcadores SNPs, uma vez que Capsicum possui um genoma grande de 3.3 Gb, o que encarece o seqüenciamento completo. Uma coleção nuclear grande com 332 acessos de C. annuum, capturando 97 % da diversidade genética e fenotípica também foi estabelecida para estudos de associação genética.
A organização da coleção de germoplasma em torno de coleções nucleares tem sido tópico de interesse recente para o programa de melhoramento de Capsicum da Embrapa, como estratégia para melhorar a conservação e o uso desses recursos genéticos. Nesse contexto, o trabalho de tese de doutorado concluído por SILVA (2013) selecionou descritores mínimos para caracterização de acessos do BAG Capsicum spp. da Embrapa Hortaliças, caracterizado principalmente com base em dados de natureza qualitativa. Desta coleção, foram considerados 893 acessos (420 C. annuum, 106 C. baccatum, 307 C. chinense e 60 C. frutescens), que estavam caracterizados segundo 56 descritores morfológicos. Foram propostas listas de descritores mínimos para a coleção completa e para as subcoleções relacionadas às quatro espécies, que possibilitam reduções de quase 50% no número de descritores. A lista dos 30 descritores mínimos de C. frutescens propostos por esse autor foi validada no presente estudo para avaliar a variabilidade genética dos 115 acessos que compõem a coleção de germoplasma de C. frutescens da Embrapa Hortaliças.