Melhoramento de plantas

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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

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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”

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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.

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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”

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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).

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“VARIEDADES – CULTIVARES” Cultivar:

Genótipo ou grupo de genótipos com alguma

característica específica ou simplesmente reunidos em um grupo (população), utilizado (s) comercialmente pelos agricultores.

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“VARIEDADES – CULTIVARES” Tipos de cultivares:

Linhagem pura;

Mistura de linhagens puras; Clone;

Híbrido (de linhagens puras,

Intermediário, Intervarietal);

Variedade;

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Passos do melhoramento

Identificação dos melhores genótipos;

Provocação do aparecimento do(s) genótipo(s)

(quando necessário);

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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);

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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).

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Melhorista

Precisa estabelecer uma estratégia de

visão de futuro sobre seu trabalho;

Nem sempre busca apenas rendimento; Qualidade;

Atratividade;

Adaptação ao manuseio;

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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).

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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;

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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

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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

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Perspectivas no Brasil

Cadeias produtivas ainda com pouco

sucesso, onde o melhoramento pode avançar;

Olerícolas; Fruteiras; Forrageiras;

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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.

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Erosão genética - Redução na

biodiversidade genética de espécies;

300.000 espécies de plantas superiores

descritas;

Homem já utilizou aproximadamente

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Atualmente usa aproximadamente 300; Apenas 15 são responsáveis por 90% de

toda a alimentação humana;

Trigo, arroz, milho e batata – 80% do total

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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

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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

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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

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Categorias de germoplasma (HOYT, 1992); Parentes silvestres;

Populações locais (Landraces)

(Cultivo primitivo);

Cultivares que foram substituídas; Linhagens experimentais;

Mutações e outros produtos do

melhoramento;

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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);

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Caracterização e avaliação de Bancos de

germoplasma;

Detecção de duplicações;

Determinação de descritores que

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Conservação;

“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

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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

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

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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);

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• Recursos Genéticos Vegetais

Causas da baixa utilização:

Documentação e descrição

inadequadas;

Falta de avaliação das coleções;

Pouca disponibilidade de sementes; Adaptação restrita dos acessos;

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• Recursos Genéticos Vegetais

Causas da baixa utilização:

Números insuficiente de

melhoristas;

Dificuldade para identificar genes

potencialmente úteis;

Ausência de programas de

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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,

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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

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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

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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

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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;

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Seleção;

Previsível;

Direcional, estabilizadora, disruptiva; Oscilação ou deriva genética – Também

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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);

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Domesticação científica;

Manipulação dos mecanismos de

evolução das plantas;

Perigo do rompimento do equilíbrio; Consciência do perigo – Campanha de

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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

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Progênies para servir de base para

seleção;

Eliminação de alelos indesejáveis na

seleção recorrente;

Pode ocorrer devido ao pequeno tamanho

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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;

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Valor genotípico Frequência genotípica Genótipo S 0 S1 S2 .... 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

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CUL

TIV

ARE

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CUL

TIV

ARE

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 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;

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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”;

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Heterobeltiose – Superioridade (?) do

híbrido em relação ao pai superior;

Heterose padrão – Desempenho do

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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;

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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;

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Hibridação em autógamas;

Seleção continuada leva à fixação

de linhas puras;

Hibridação para aparecimento de

variabilidade (segregação transgressiva);

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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

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Causas da autofertilização;

Morfologia floral que força a liberação do

pólen dentro da própria flor (Cleistogamia)

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