Um dos principais objetivos dos programas de melhoramento de milho é a introgressão em linhagem elites de um ou mais alelos de interesse de um genitor doador. Esta estratégia permite a manutenção do genótipo de uma boa linhagem enquanto incorporam-se características de interesse para as quais esta é deficiente. A utilização de retrocruzamentos sucessivos constitui-se no método clássico utilizado para conversão de linhagens. O valor deste método de melhoramento de plantas foi sugerido por Harlan e Pope desde 1922 (Fehr, 1991).
Basicamente, o procedimento consiste no cruzamento de um genitor doador (GD), o qual possui a característica de interesse, com o genitor recorrente (GR), uma linhagem elite que não possui esta característica. A geração F1 é
cruzada com o GR para produzir a geração RC1F1. Na geração RC1F1 e nas
subseqüentes gerações de retrocruzamento, os indivíduos selecionados, possuindo o alelo sendo transferido, são retrocruzados ao GR. A proporção esperada do genótipo do GD é reduzida pela metade em cada geração de retrocruzamento. Ignorando-se os efeitos de “linkage drag” ou arraste devido à ligação no alelo do GD sendo transferido, a porcentagem do genótipo do GR
(%GR) em cada geração de retrocruzamento é calculada como: %GR = 100 [1- (0.5)n+1], sendo n o número de retrocruzamentos (Fehr, 1991). De acordo com
esta fórmula, após seis gerações de retrocruzamentos, a proporção média esperada de recuperação do genótipo do GR é maior que 99%.
Até recentemente, discussões a respeito da recuperação do genótipo do GR durante o processo de retrocruzamento enfatizavam os valores esperados para %GR de acordo com esta fórmula, e ignoravam largamente a variação genética para %GR que existe ao redor da média esperada. Com o desenvolvimento de marcadores genéticos capazes de fornecer boa cobertura do genoma, o interesse em aproveitar esta variação para aumentar a eficiência do método tem aumentado. O emprego de marcadores moleculares em programas de conversão de linhagens é discutido posteriormente.
O melhoramento por retrocruzamentos tem sido usado amplamente para transferir características de herança simples para linhagens elites. Geralmente, a característica a ser transferida é controlada por um único gene, embora características de herança mais complexa, mas que apresentam uma alta herdabilidade, têm sido transferidas com sucesso por retrocruzamento, como, por exemplo, precocidade em milho (Shaver, 1976). Para estas características com herança mais complexa, geralmente modificações do método são necessárias visando à sua transferência mais efetivamente.
Atualmente, o método de retrocruzamento tem sido muito utilizado em programas de melhoramento para conversão de linhagens elites para eventos transgênicos de interesse, haja vista que métodos de transformação são amplamente disponíveis, mas a eficiência do processo de transformação é ainda germoplasma dependente (Ribaut & Hoisington, 1998). De forma que este método de melhoramento convencional constitui-se no procedimento técnica e economicamente mais viável para transferência desses eventos para um conjunto amplo de linhagens.
Nos programas de melhoramento de milho QPM, a estratégia de conversão de populações e linhagens de milho normal tem sido utilizada visando aproveitar as características desejáveis presentes neste germoplasma, de forma a se obter versões QPM de variedades e híbridos superiores. Este processo de conversão torna-se complexo porque requer a manipulação simultânea de três sistemas genéticos: o gene opaco-2, os genes modificadores do endosperma e os genes que controlam o conteúdo de lisina (Moro, 1996).
O método originalmente utilizado para conversão de milho normal em QPM foi proposto por Vasal et al. (1980), que desenvolveram uma combinação de retrocruzamento seguido por seleção recorrente em populações segregantes para converter populações de milho normal em QPM. Neste procedimento, a próxima geração de retrocruzamento inicia-se quando um nível desejável de modificação do endosperma o2 é obtido. A conversão das populações
usualmente requer o avanço da geração F2 para F3, ou mesmo F4, para encontrar
sementes QPM desejáveis. Este procedimento é eficiente e permitiu o desenvolvimento de um grande número de populações QPM, mas necessita muitas gerações para recuperação do genótipo do genitor recorrente e oferece a oportunidade para seleção de características QPM somente nas gerações de autofecundação que são obtidas após cada geração de retrocruzamento.
Guimarães et al. (2000) propuseram um método modificado de retrocruzamento que diminui o tempo necessário à recuperação do genótipo do genitor recorrente, fornece a oportunidade para seleção para características QPM em todas gerações MRC (retrocruzamento modificado) e pode ser usado por programas de melhoramento com diferentes facilidades (tradicional ou com análises de marcadores moleculares) para identificar os genótipos e fenótipos desejáveis.
O procedimento consiste da obtenção dos pais heterozigotos (O2o2)
selecionados como machos com uma sequência de fêmeas homozigotas (o2o2)
para obter as gerações MRC. A geração MRC1F1 é obtida pela seleção de
sementes o2 com características QPM desejáveis no cruzamento F2 (o2o2) x
RC1F1 (O2o2). MRC2F1 é obtida selecionando-se sementes o2 com características
QPM desejáveis no cruzamento MRC1F1 (o2o2) x RC2F1 (O2o2). MRC3F1 é obtido
selecionando-se sementes com características QPM desejáveis no cruzamento MRC2F1 (o2o2) x RC3F1 (O2o2). Seguindo este procedimento, as gerações
MRC4F1, MRC5F1, e MRC6F1 são obtidas. Em cada geração MRC é possível
selecionar sementes o2 com características QPM desejáveis (modificação do
endosperma).
O método dos retrocruzamentos modificados tem potencial para facilitar o desenvolvimento e lançamento de cultivares e híbridos QPM e pode também ser usado em outros programas para incorporar múltiplas características da semente governadas por um alelo recessivo e modificadores (Guimarães et al., 2000).
Meyer (2002) apresentou uma nova proposta de conversão de linhagens elites em QPM, a qual vem sendo utilizada pelo CIMMYT. Na metodologia proposta, a geração F2 é cruzada com o genitor recorrente para obtenção da
geração RC1F1. Esta população é autofecundada, dando origem à população
RC1F2. Nesta geração RC1F2, grãos o2 modificados são selecionados e estes são
retrocruzados com o genitor recorrente para obtenção sucessiva das gerações RC2F1 e RC3F1. A geração RC3F1 é autofecundada, dando origem à geração
RC3F2, na qual grãos o2 modificados são selecionados, originando uma nova
linhagem QPM. Esta metodologia foi utilizada para obtenção das linhagens CML264Q e CML273Q.
Comparando-se os três processos de conversão apresentados, considerando-se o mesmo número de gerações (sete ciclos), as estimativas teóricas para proporção de recuperação do genótipo do genitor recorrente são de
87,50% (geração RC2F1) para a metodologia utilizada por Vasal et al. (1980),
94,53% (geração MRC5F1) para a metodologia dos retrocruzamentos
modificados proposta por Guimarães et al. (2000) e 93,75% para a metodologia proposta pelo CIMMYT (Meyer, 2002).
Em relação à metodologia proposta por Guimarães et al. (2000), a metodologia do CIMMYT apresenta vantagem em relação à facilidade da condução das populações e cruzamentos no campo. A desvantagem é um menor número de gerações segregantes que permitam seleção para modificação do endosperma, necessitando ainda de um grande número de plantas para obtenção das gerações RC2F1 e RC3F1, visando à garantia da transferência do alelo o2 e
modificadores para a geração RC3F2.
Em todos as metodologias apresentadas, dependendo do nível de conversão desejado e da qualidade do doador utilizado, o melhorista pode tomar a decisão de finalizar o processo de conversão em gerações anteriores ao originalmente proposto. Populações de retrocruzamento com diferentes proporções de recuperação do genótipo do genitor recorrente também representam fontes importantes de germoplasma que podem ser utilizadas para extração de linhagens com características agronômicas e qualidade do grão QPM superiores. Esta combinação de retrocruzamentos com reciclagem constitui-se em um procedimento bastante promissor para obtenção de linhagens QPM.
O desenvolvimento de linhagens convertidas pode permitir a síntese de três tipos de híbridos: formados somente com linhagens QPM tradicionais (extraídas dos materiais QPM), formados com linhagens tradicionais e convertidas e formados apenas com linhagens convertidas.
Visando um monitoramento da qualidade protéica dos grãos selecionados, análises regulares de laboratório para determinação dos conteúdos de lisina, triptofano e proteína garantem a manutenção da qualidade protéica do doador original.
Em todos os processos propostos, os marcadores moleculares podem ser um instrumento de auxílio ao processo seletivo.
2.5 Utilização de marcadores moleculares em programas de conversão de