Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento de Plantas. Algodão Colorido: novas perspectivas na cadeia produtiva brasileira

(1)

LGN 5799 - SEMINÁRIOS EM

GENÉTICA E MELHORAMENTO DE PLANTAS

Programa de Pós-Graduação em

Genética e Melhoramento de Plantas

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

Algodão Colorido: novas perspectivas na cadeia

produtiva brasileira

Algodão Colorido: novas perspectivas na cadeia

produtiva brasileira

Aluno: Carlos Eduardo de Araujo Batista Orientador: José Baldin Pinheiro

(2)

Introdução

Introdu

ç

ão

OrigemOrigem

O Gênero Gossypium possui 50 espécies; 44 diplóides;

06 alotetraplóides;

O algodão é a única planta cultiva em que 4 espécies foram domesticadas independentemente;

Gossypium barbadense L., G. hirsutum L. (tetraplóides); G. arboreum L., G. herbaceum L. (diplóides).

(3)

ConstituiConstituiçção do genoma das espão do genoma das espéécies de algodãocies de algodão Estão divididas em genoma A, B, C, D, E, F e G;

Diplóides

2n = 26

Os tetraplóides são formados pelos genomas A e D.

Genoma A do velho mundo; Genoma D do novo mundo.

4n =52

Introdução

Introdu

ç

ão

A dispersão do gênero é sugerida como trans-oceânica.

A dispersão do gênero

(4)

F A B D C

Grupos genômicos

Grupos

genômicos

G E E AD AD América do Norte América do Sul Europa Ásia África Austrália

(5)

Algodão naturalmente colorido

Cultivado a 4.500 anos

Povos das Américas (Incas e Astecas), Ásia, Austrália e

África;

No Brasil era usado por artesões dos Estados de Minas

Gerais e Bahia.

39 esp

é

cies que apresentam algodão naturalmente

colorido são identificadas;

Plumas marrom, creme e verde são as mais comuns;

Há plumas vermelha, amarela e cinza; sendo que estes

(6)

Início do melhoramento do

algodão colorido

In

í

_í

cio do melhoramento do

_{cio do melhoramento do}

algodão colorido

Hist

ó

ria

Sally Fox (Estados Unidos);

Em 1982 foi iniciado o melhoramento do algodão

colorido.

Empresa Brasileira Agropecuária - Embrapa;

Brasil teve inicio um ano após.

Dickerson

(7)

Algodão naturalmente colorido

In

í

cio do plantio agr

í

cola em escala comercial (2000)

9

9 cultivar BRS 200, (Bege, Semi

cultivar BRS 200, (Bege, Semi

-

perene)

Anos seguintes foram lan

ç

adas as cultivares:

9

9 BRS 201 (Marrom) BRS 201 (Marrom) -- 20012001

9

9 BRS VERDE BRS VERDE -- 20032003

9

9 BRS SAFIRA (Marrom avermelhado) BRS SAFIRA (Marrom avermelhado) -- 20052005

9

9 BRS RUBI (Marrom avermelhado) (anuais)BRS RUBI (Marrom avermelhado) (anuais)

Embrapa, 2007

(8)

Algodão naturalmente colorido

Algodão naturalmente

colorido

_colorido

Evolu

ç

ão da

á

rea plantada com algodão colorido

na Para

í

ba

SAFRA

SAFRA ÁÁREA (ha)REA (ha)

2000/2001 60 2001/2002 80 2002/2003 600 2003/2004 600 2004/2005 2000 2005/2006 2000 Embrapa, 2007 Embrapa, 2007

(9)

Produ

Produçção do ão do algodão algodão Cooperativa Cooperativa 70 franqueados 70 franqueados Pequenas f

Pequenas fáábricasbricas artesões

artesões

Consumidor/

(Exporta

(Exportaçção)ão)

Ind

Indúústria têxtilstria têxtil

MERCADO CONSUMIDOR

Ano 2000

Embrapa, 2007 Embrapa, 2007

(10)

MERCADO CONSUMIDOR

Os principais importadores de produtos fabricado com algodão

naturalmente colorido são Estados Unidos, Fran

naturalmente colorido são Estados Unidos, Françça, Ita, Itáália, lia, Austr

Austráália, Portugal, Alemanha e o Japão. lia, Portugal, Alemanha e o Japão.

O Brasil exporta para estes pa

O Brasil exporta para estes paííses:ses: Tecidos;

Tecidos;

Artesanato (redes e tapetes, mantas, brinquedos e

Artesanato (redes e tapetes, mantas, brinquedos e etcetc); ); Roupas (40.000) pe

Roupas (40.000) peçças ano (malhas, jeans e tecidos).as ano (malhas, jeans e tecidos).

Pre

Preçço da fibra 30 a 40% maior que o algodão branco.o da fibra 30 a 40% maior que o algodão branco.

Embrapa, 2007

(11)

Algodão naturalmente colorido

Algodão naturalmente

colorido

_colorido

Produtores mundiais de algodão colorido

Brasil; Brasil; Estados Unidos; Estados Unidos; Peru; Peru; China. China.

A China maior produtor mundial de algodão

O algodão é essencial produto agrícola para os pequenos produtores na china;

20% da população mundial;

(12)

Genes que conferem coloração verde e marrom

a pluma do algodão

Genes que conferem coloração verde e marrom

a pluma do algodão

Genes de car

á

ter qualitativo

O Gene para a colora

O Gene para a coloraçção verde da pluma ão verde da pluma

Ware, 1932

G. hirsutum

lglg lglg branca branca Lglg Lglg verde

verde--claroclaro verde verde branco branco LgLg LgLg verde verde Lg Lg

(13)

Genes que conferem coloração verde e marrom

a pluma do algodão

Genes que conferem coloração verde e marrom

a pluma do algodão

Genes para colora

ç

ão Marrom

Lc1

Lc2

Locos independentes

Locos independentes – Harland (1935)–

Locos adicionais

Locos adicionais – Kohel (1985)–

Lc6

Lc5

Lc4

Lc3

Alelos dominantes para a cor marrom;

Variação da coloração;

(14)

Melhoramento do algodão colorido

Caracter

í

sticas h

á

serem melhoradas

Produtividade;

Percentual da fibra;

Comprimento da fibra;

Resistência da fibra;

Finura (micronaire);

Uniformidade;

Alongamento.

(15)

ARTIGO

Carvalho e Santos, 2003. Resposta

correlacionadas do algodoeiro

com a seleção para a coloração da

fibra. PAB, v.38, p.79-83.

(16)

Carvalho e Santos, 2003. Resposta correlacionadas do algodoeiro com a seleção para a coloração da fibra. PAB, v.38, p.79-83.

ARTIG

O

ARTIG

O

9

9 Os algodões de fibra colorida normalmente

Os algodões de fibra colorida normalmente

possuem qualidades tecnol

ó

gicas inferiores;

9

9 Caracter

Caracter

í

sticas tecnol

ó

gicas da fibra x

intensifica

ç

ão da colora

ç

ão.

Avaliou o efeito da seleção na coloração da fibra sobre

as características tecnológicas.

(17)

ARTIG O ARTIG O

Características avaliadas:

Percentual da fibra; Peso do capulho; Finura (micronaire); Resistência (gf/tex); Comprimento 2,5% (mm); Uniformidade (%); Alongamento (%); Rendimento (kg/ha).

(18)

ARTIG

O

ARTIG

O

Com exceção do alongamento e finura para coloração marrom, os demais caracteres se correlacionaram negativamente com a cor de fibra.

FIBRA (%) P CAPULHO (g) FINURA (MICRONAIRE) RESISTÊNCIA (gf/tex) COMPRIMENTO 2,5% (mm) UNIFORMIDADE (%) ALONGAMENTO (%) RENDIMENTO (kg/ha)

LINHAGENS DERIVADAS DE CNPA 7H (MARROM)

-0,28ns -0,47 0,02ns -0,78** -0,79** -0,56** 0,14ns -LINHAGENS DERIVADAS DE CNPA PRECOCE 3 (MARROM)

-0,58* -0,67** -0,12ns -0,91** -0,92** -0,44ns 0,32ns -0,48ns LINHAGENS DERIVADAS DE CNPA PRECOCE 2 (VERDE)

-0,90** -0,47** -0,65* -0,54* -0,40ns -0,49* 0,22ns ns Não-significativo, * e ** Significativo a 5% e a 1% pelo teste de t, respectivamente

Dificuldades para intensificar cor da fibra e melhorar as características tecnológicas

(19)

ARTIG

O

ARTIG

O

Pleiotropia e herdabilidade alta;

Ganhos indiretos: resistência, comprimento e peso do capulho; Cores mais claras (marrom).

(20)

Apesar das correlações negativas entre a cor e os

caracteres da fibra, existem progênies na geração F5

dos cruzamentos com fibra escura e com característica

tecnológicas com médias maiores.

Isso evidencia que houve recombinação entre os

genes controlados desses dois caracteres, sugerindo a

ligação gênica como causa dessas correlações.

Então, os métodos de melhoramento dessas

características devem maximizar a quebra de tais

ligações (seleção recorrente).

ARTIG

O

ARTIG

(21)

Conclusões

1. Os Caracteres da fibra e o rendimento do

algodoeiro herbáceo correlaciona-se

negativamente com a coloração da fibra, ou seja,

quanto maior é o grau de coloração, menores são

as médias nos vários caracteres.

2. As respostas correlacionadas nas características

da fibra diminuem, isto é, passam de valores

positivos para negativos quando se intensifica a

seleção com relação à fibra mais colorida.

1. Os Caracteres da fibra e o rendimento do

algodoeiro herbáceo correlaciona-se

negativamente com a coloração da fibra, ou seja,

quanto maior é o grau de coloração, menores são

as médias nos vários caracteres.

2. As respostas correlacionadas nas características

da fibra diminuem, isto é, passam de valores

positivos para negativos quando se intensifica a

seleção com relação à fibra mais colorida.

(22)

ARTIGO

Carvalho et al. 2005. Seleção

massal e porcentagem de fibra em

cultivar de algodoeiro colorido.

PAB

, v40, 79-83.

(23)

Carvalho et al. 2005. Seleção massal e porcentagem de fibra em cultivar de algodoeiro colorido. PAB, v.40, p.79-83.

ARTIG

O

ARTIG

O

9

9 Baixo percentual de fibra;

Baixo percentual de fibra;

9

9 Variabilidade gen

Variabilidade gen

é

tica;

9

9 Melhoramento (fibra com alto rendimento e de boa

Melhoramento (fibra com alto rendimento e de boa

qualidade).

Avaliou o efeito da seleção para porcentagem de fibra

alta, média e baixa na cultivar de algodão verde.

Avaliou o efeito da seleção para porcentagem de fibra

(24)

ARTIG

O

ARTIG

O

Os componentes da produ

ç

ão de pluma do

algodoeiro são:

Número de capulhos por planta;

Tamanho de capulhos;

Porcentagem de fibra.

A porcentagem da fibra é fundamental para o

produtor, porque é a parte da produção

comercializada com maior valor.

A porcentagem da fibra é fundamental para o

produtor, porque é a parte da produção

(25)

ARTIG

O

ARTIG

O

Foram marcadas 500 plantas ao acaso, antes do

florescimento e posteriormente, colhidas individualmente.

CLASSE Nº DE PLANTAS % PLANTAS % FIBRA

I 49 9,8 ≤25

II 379 75,8 25,1 a 29,1 III 65 13,0 29,2 a 34,9

(26)

ARTIG

O

ARTIG

O

Eficiência da sele

ç

ão

massal

em alterar a m

é

dia

de cada popula

ç

ão selecionada

POPULAÇÃO % FIBRA % ORIGINAL

I 28,02 94,00

II 29,35 97,67

III 31,75 105,65

IV 32,70 108,81

(27)

Conclusões:

A cultivar apresentou variabilidade

genética quanto à

característica

porcentagem da fibra.

A seleção massal de plantas com maior

porcentagem de fibras é eficiente no

aumento da média dessa característica.

(28)

ARTIGO

Wang et al., 2004.

Over

-

expression

of

gastrodia

anti

-

fungal

protein

enhances

Verticillium

Wilt

resistance

in

coloured

cotton. Plant

cotton

(29)

Introdução da proteína anti-fungo gastrodia (GAFP =

gastrodianin) para super expressar a proteína em

três cultivares de algodão colorido usando a

técnica transformação via tudo polínico.

Gene originário da Gastrodia elata, planta medicinal chinesa, a qual exibe simbiose com o fungo Armillariella mellea;

GAFP – apresenta ampla atividade fúngica;

Murcha de Verticillium causa perda de produção e redução na qualidade da fibra.

Wang, et al. 2004. Over-Over-expressionexpression of of gastrodiagastrodia anti-anti-fungalfungal proteinprotein enhancesenhances Verticillium

Verticillium WiltWilt resistanceresistancein in colouredcoloured cotton. Plant Breeding, v.123, p.454-459.cotton

ARTIG

O

ARTIG

(30)

Verticillium WiltWilt resistanceresistance in colouredin coloured cotton. Plant Breeding, v.123, p.454-459.cotton

ARTIG O ARTIG O 35S gafp Nos3’ Amp+ Bar pB135S-gafp-bar 4.1 KB

Foi inserido um vetor pBI35S-GAFP-BAR

Promotor 35S;

GAFP (Proteína Gastrodia antifungo); Terminador NOS;

Gene ampicilina resistente Ampr;

(31)

18.645 plantas 9 121 resistência ao Basta (0,648%); 82 pluma marrom (ZB); 39 pluma verde (LB). 18.645 plantas 18.645 plantas 9 121 resistência ao Basta (0,648%); 82 pluma marrom (ZB); 39 pluma verde (LB).

Apenas 15 plantas apresentavam uma contagem da doença < 2

variando em moderado e alto nível de resistência a murcha Apenas 15 plantas apresentavam

uma contagem da doença < 2 variando em moderado e alto nível de resistência a murcha

Número de semanas após germinação

N. plantas 8 (15 de junho) gr da doença 12 (16 de julho) gr da doença 16 (14 agosto) gr da doença 2001ZB-1-20 1 2 2 2001ZB-1-22 0 1 1 2001ZB-1-31 0 1 2 2001ZB-1-32 1 2 2 2001ZB-1-38 0 1 1 2001ZB-1-47 0 0 1 2001ZB-1-48 0 1 2 2001ZB-1-49 0 0 0 2001ZB-1-53 0 1 1 2001ZB-1-67 0 1 1 2001ZB-2-7 1 1 2 2001LB-5-7 0 1 1 2001LB-5-8 0 0 0 2001LB-6-3 0 1 1 2001LB-6-5 0 1 2 2001LB-6-11 1 2 2 Jun-mian 1#’* 2 3 4 ‘Xin-Cai 1#’* 1 2 4 ‘Lv-9902’* 1 2 3 ‘Lv-9903’* 1 2 3

A R TIGO A R TIGO

(32)

Wang, et al. 2004. OverOver--expressionexpressionof of gastrodiagastrodiaantianti--fungalfungal proteinprotein enhancesenhances Verticillium

Verticillium WiltWilt resistanceresistance in in colouredcoloured cotton, Plant Breeding. 454-459.cotton

ARTIG

O

ARTIG

O

Das quinze plantas estudadas somente 2 (LB5-8 e ZB-1-49) tiveram resultado positivo. Vistas na análise Dot blot.

(33)

Analise de RT-PCR detectou uma transcrição

correta do transgene GAFP;

Sugerindo que o GAFP está integrado estavelmente no

genoma.

ARTIG

O

ARTIG

(34)

ARTIG

O

ARTIG

O

Em R3 o índice da doença foi <20, indicando alto nível de resistência.

Geração R3 _observadasN. Plantas Padraõ de infecção _(%) Índice da doença Resistente(R), tolerante(T), _{susceptível (S)} 2001ZB-1-49 2003ZB-1 58 46,55 13,79 R 2003ZB-2 60 31,67 13,75 R 2003ZB-3 55 43,64 13,64 R 2003ZB-4 41 39,02 15,85 R 2003ZB-4 48 27,08 8,85 MR 2001LB-5-8 2003LB-1 60 25,00 12,50 R 2003LB-2 57 35,09 13,60 MR 2003LB-3 64 23,44 11,72 R 2003LB-4 57 22,80 9,65 MR CONTROLE ´jun-mian 1#´ 86 80,64 51,08 S ´Xin-Cai 1#´ 80 62,21 30,88 T Resistência a murcha

(35)

Conclusões

Houve sucesso na obtenção de algodão

transgênico para coloração marrom e verde;

Porém a obtenção de algodão colorido

transgênico com características agronômicas

favoráveis ainda depende do melhoramento de

plantas.

(36)

ARTIGO

ZHU et al. (2006) Genetic

transformation of green-colored

cotton, In Vitro Cell. Dev. Biol., v.42,

(37)

ZHU et al. (2006) Genetic transformation of green-colored cotton, In Vitro Cell. Dev. Biol., v.42, p.439-444. ARTIG O ARTIG O

Otimizou um método de cultura de tecidos que possibilitou a

transformação genética com o gene GhExp1 em algodão

colorido usando Agrobacterium tumefaciens.

Otimizou um método de cultura de tecidos que possibilitou a

transformação genética com o gene GhExp1 em algodão

colorido usando Agrobacterium tumefaciens.

O gene GhExp1 é expresso especificamente no estádio de elongação do desenvolvimento da fibra.

(38)

Forma

ç

ão de calos

•

Algodão verde requer

• 2,4diclorofenoxy acetico (~90%)

Algodão de fibra branca

• 2,4D (ausência)

+ 2,4D (0,1mg1-1₎ _-2,4D

Acessos f. Calos (%) Embriogenese (%) Morfologia dos calos f. Calos (%) Embriogenese (%) Morfologia dos calos G9803 94,8 ± 1,0 19,1 ± 0,8 Amarelo claro 17,4 ± 0,5 0 Verde, sólido G9804 95,2 ± 1,3 0 Amarelo claro 21,6 ± 1,1 0 Verde, peludo G9901 89,3 ±1,5 0 Cinza 6,7 ± 1,3 0 Branco, peludo G9903 92,8 ± 3,0 0 Amarelo claro 28,4 ± 0,7 0 Branco, sólido

(39)

Regeneração de plântulas

Regenera

ç

ão de plântulas

Acessos Indução de calos _(%) embriogeneseIndução da (%)

Germinação dos

embriões (%) Embriões anormais (%)

Plantas sobreviventes depois da enxertia (%) G9803 94,8 ± 1,0 19,1 ± 0,8 74,4 ± 1,7 61,2 ± 2,3 91,4 G9804 95,2 ± 1,3 0 0 0 0 G9901 89,3 ±1,5 0 0 0 0 G9903 92,8 ± 3,0 0 0 0 0

(40)

Transforma

Transformaçção e anão e anáálise molecularlise molecular Transforma

Transformaçção mediada por ão mediada por AgrobacteriumAgrobacterium

ZHU et al. (2006) Genetic transformation of green-colored cotton, In Vitro Cell.

Dev. Biol., v.42, p.439-444. ARTIG O ARTIG O Experimento

Experimento n. de n. de _com_comexplantesexplantes_A_A_._._tumerfacies_tumerfaciesincoluladosincolulados n. de n. de _resistentes_resistenteskanamicinakanamicina n. de plantas n. de plantas _positivas_positivasPCRPCR-- _Southern_Southernn. de plantas n. de plantas _-_-_positivas_positivas

1 53 9 9 9

2 52 11 9 9

3 58 12 11 11

(41)

ZHU et al. (2006) Genetic transformation of green-colored cotton, In Vitro Cell. Dev. Biol., v.42, p.439-444 ARTIG O ARTIG O

Conclusões

É viável a produção de transgênicos de algodão verde

por Agrobacterium, mas o sucesso da transformação

(42)

ARTIGO

Hustvedt e Crews (2005). TEXTILE

TECHOLOGY, The ultraviolet

protection factor of

naturally-pigmented cotton. The Journal of

(43)

Hustvedt e Crews (2005). TEXTILE TECHOLOGY, The ultraviolet protection

factor of naturally-pigmented cotton. The Journal of Cotton Science, v.9, p.47-55. ARTIG

O

ARTIG

O

ARTIG

O

Determinou o valor de Transmissão de UVR e o fator de

proteção de raios ultravioleta nos algodões naturalmente

coloridos.

Foram testados:

Algodões branco sem e com alvejante;

Algodão verde;

Algodão marrom.

ProteProteçção con

tra o

ão con_{tra o}

câncer

de pele

câncer

(44)

factor of naturally-pigmented cotton. The Journal of Cotton Science, v.9, p.47-55ARTIG .

O

ARTIG

O

ARTIG

O

Os desenhos experimentais foram:

Tratamento lavagens:

Sem lavagem;

Lavagem sem detergente; Lavagem com detergente.

Exposição aos raios solares: Sem exposição;

16 horas de exposição; 32 horas de exposição.

Medir Transmissão UVA e UVB e o Fator de prote

Medir Transmissão UVA e UVB e o Fator de proteçção de ão de raios ultravioleta.

(45)

factor of naturally-pigmented cotton. The Journal of Cotton Science, v.9, p.47-55.ARTIG

O ARTIG O ARTIG O

Resultados

Algodão Branco

Exposi

Exposiçção a ão a luz solar (h)

luz solar (h) LavagensLavagens UPFUPF UVA (%)UVA (%) UVB(%)UVB(%) ∆∆EE

0 Nada 4,0 27,2 21,1 0,1 0 Sem sabão 3,8 27,9 22,7 0,5 0 Com sabão 3,8 27,8 22,3 0,6 16 Nada 3,8 27,6 22,3 0,4 16 Sem sabão 3,7 28,2 23,3 0,7 16 Com sabão 4,0 23,6 21,7 0,6 32 Nada 3,8 27,8 22,6 0,6 32 Sem sabão 3,7 28,2 23,6 0,6 32 Com sabão 3,6 28,3 24,1 0,7 Error 0,2 1,5 0,8 0,1

Foi observado que o algodão branco possui um fator de proteção de ≤4.

O índice UPF de 15 ou superior é requerido para o tecido poder ser qualificado como possuidor da proteção solar de acordo com a ASTM.

(46)

O

ARTIG

O

ARTIG

O

Algodão naturalmente verde

Exposi

luz solar (h) LavagensLavagens UPFUPF UVA (%)UVA (%) UVB (%)UVB (%) ∆∆EE

0 nada 64 2,4 0,8 0,2 0 Sem sabão 216 1,5 0,3 0,8 0 Com sabão 140 1,7 0,4 5,4 16 Nada 47 3,8 1,3 7,4 16 Sem sabão 101 2,6 0,6 7,0 16 Com sabão 77 3,1 0,9 6,8 32 Nada 32 4,8 2,1 9,9 32 Sem sabão 46 3,7 1,2 9,5 32 Com sabão 43 3,9 1,4 9,6 Error 21 0,2 0,3 1,5

Foi observado fator de proteção inicial de 64.

Foi notado um aumento no fator de proteção em até 16 lavagens e exposição solar .

Houve diminuição no fator de proteção 32 lavagens, mesmo assim ficou com uma média superior a 30 considerada muito boa, que pode ser usado como bloqueador para os raios UVA e UVB.

(47)

Algodão marrom

Fator inicial de proteção de 47.

Exposi

luz solar (h) LavagensLavagens UPFUPF UVA (%)UVA (%) UVB(%)UVB(%) ∆∆EE

0 nada 47 2,9 1,4 0,2 0 Sem sabão 222 1,4 0,2 0,5 0 Com sabão 170 1,6 0,4 0,9 16 Nada 60 3,2 1,1 4,5 16 Sem sabão 132 2,2 0,6 4,6 16 Com sabão 100 2,6 0,8 4,3 32 Nada 43 3,7 1,7 5,2 32 Sem sabão 89 2,6 0,8 5,3 32 Com sabão 60 3,0 1,1 5,7 Error 26 0,2 0,2 0,4 UPF = 40 (ótimo)

(48)

factor of naturally-pigmented cotton. The Journal of Cotton Science, v.9, p.47-55. ARTIG

Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento de Plantas. Algodão Colorido: novas perspectivas na cadeia produtiva brasileira