LGN 5799 - SEMINÁRIOS EM
GENÉTICA E MELHORAMENTO DE PLANTAS
Programa de Pós-Graduação em
Genética e Melhoramento de Plantas
Departamento de Genética
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Genética e Melhoramento para Isoflavonóides em soja Pós-Graduando: Walter Fernando Bernardi
Roteiro
Introdução
Estrutura da molécula Influência do Ambiente
Estudos de Parâmetros Genéticos Correlações com óleo e proteína
Análise de Isoflavonas em Soja tipo Hortaliça Estudos de QTLs
Perspectivas Futuras Considerações Finais
Introdução
Pertencem a família dos polifenois, poderosos antioxidantes.
Importante papel na prevenção de doenças: câncer mama,
prostata, osteoporose, cardiovasculares;
Compostos químicos reconhecidos como estrógenos.
Existe evidencia, que as isoflavonas (genisteina), afeta o nível
total de colesterol.
Introdução
São compostos bioativos e não nutricionais, e apresentam estrutura química similar ao estradiol, por isso se encaixam nos receptores de estrógenos
Estudo clínicos e epidemiológicos mostram que as populações asiáticas, apresentam menos sintomas de síndrome do climatério, menos problemas cardiovasculares, osteoporose e certos tipo de câncer (colo, mama e prostata).
Introdução
Tipos de Isoflavonóides:
Aglicones: daidzeina, genisteina e gliciteina;
Glucosídeos: daidzina, genistina e glicitina
Acetilglucosídeos: 6’’-O-acetildaidzina, 6’’-O-acetilgenistina e 6’’-O-acetilglicitina;
Malonilglucosídeos: 6’’-O-malonildaidzina, 6’’-O-malonilgenistina e 6’’-O-malonilglicitina
Estrutura da Molécula
Daidzeina
Gliciteina
Estrutura da Molécula
Daidzina
6”-O-acetildaidzina 6”-O-malonildaidzina
Introdução
Distribuição das Isoflavonas nas Sementes de soja:
Cotilédone 80 – 90%
Tegumento
10 – 20% Eixo Embrionário
Efeito Significante do ambiente sobre os isoflavonóides
Temperatura afeta a concentração nas sementes
cotilédones Altera
Tegumento constante Eixo Embrionário constante
Influência do Genótipo e Ambiente no Conteúdo de Isoflavonas em Soja.
Joseph A. Hocck, Walter R. Fehr, Patricia A. Murphy and Grace A. Welke Crop Science, 40:48-51, 2000.
• O ambiente tem influênciado significativamente o conteudo de isoflavonas
• Tsukamoto (1995) - influência da Tº
• Variação entre anos de uma cultivar: 1176 a 3309 µg/g
• Variação entre Locais no mesmo ano: 1176 a 1749 µg/g
Influência do Ambiente
Objetivo
Avaliar a relativa importância do genótipo,
anos, locais e suas interações com o conteúdo de
isoflavonóides, testando vários cultivares no mesmo
local durante diferentes anos.
Material e Método
6 cultivares avaliadas Anos 1995 e 1996 8 locais 3 repetições Concentração de Isoflavonas: HPLCResultados e Discussão
Existe diferença significativa entre locais em um ou mais anos
Houve diferença entre locais em um ou mais anos para conteúdo
GxAxL 96 95 GxA 96 95 AxL 96 95 Isoflavona ** NS ** ** ** ** ** ** ** ** Total Isoflavonas NS NS ** * ** ** ** ** ** NS Genisteina ** ** NS ** ** ** NS * NS NS Giciteina NS NS ** ** ** ** ** ** ** NS Daidzeina ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** Malonilgenistina * NS NS NS ** ** ** ** NS ** Malonilglicitina ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** Malonildaidzina ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** Genistina ** ** * ** ** ** ** ** ** ** Glicitina * ** NS ** ** ** ** ** ** ** Daidzina GxL Genotipo Locais Anos
Tab. 1 Significância do efeito e suas interações para conteudo de isoflavona individual e total de seis cultivares em oito locais e dois anos
Resultados e Discussão
2498 2128 2441 2953 2689 2059 2717 1996 1484 1392 1341 1474 1452 1322 1924 1995 8 2282 2085 2169 2547 2520 1971 2397 1996 1458 1338 1402 1430 1479 1382 1719 1995 7 1994 1830 1880 2354 2153 1762 1986 1996 1064 794 1162 1266 939 844 1377 1995 6 2452 2100 2216 2550 2451 2842 2551 1996 1828 1763 1770 1555 1888 1636 2358 1995 5 2601 2595 2415 2649 2671 2205 3070 1996 1277 1143 1025 1273 1485 1181 1555 1995 4 2147 1854 2055 2514 2311 1664 2483 1996 1040 813 1096 1147 939 883 1365 1995 3 2423 2198 2189 2639 2756 2160 2598 1996 1751 1621 1678 1735 1790 1568 2115 1995 2 1963 1803 1887 2172 2004 1608 2305 1996 1071 848 1182 1326 949 879 1241 1995 1 µg/g µg/g µg/g µg/g µg/g µg/g µg/g Média IA2016 IA2013 IA2012 IA2011 Vinton Kenwood Anos Locais Cultivar
Tab. 2 Média do Conteúdo Total de Isoflavonas de seis cultivares em oito locais nos anos de 1995 e 1996.
Conclusões
A significância da interação entre Locais x Anos reflete o impacto da variabilidade da condição climática na concentração de isoflavonas;
Dificultdade em se prever o conteudo a ser obtido em diferente anos;
Essa dificuldade dificulta o contrato antes do plantio;
Sementes que maturam no campo a baixas temperaturas, tem maiores concentrações de isoflavonas;
A diferença de genótipos para conteúdo total e individual de isoflavonas, indica ser possível selecionar genótipos para desenvolvimento de um programa de melhoramento.
Parâmetros Genéticos Relacionados com Conteúdo de Isoflavonas e Proteínas em Sementes de Soja.
Luciana Chiari; Newton D. Piovesan; Lucas K. Naoe; Inês C. José; José M.S Viana; Murilo A. Moreira and Everaldo G. de Barros
Objetivo
Determinar a herdabilidade de sentido amplo do
conteúdo de isoflavonóides em sementes soja e estimar a
correlação entre várias formas de isoflavonas e entre
Material e Método
Híbrido F1 – confirmado por análise não destrutiva das sementes
F1 F2 F3 derteminação de proteina e isoflavona Isoflavona µg/g Proteína %
BARC-8 428 (Baixo) 45 (Alto) IAC-100 966 (Alto) 35 (Baixo)
Resultados e Discussão
Seis formas de isoflavonas foram Avaliadas: Daidzina Genistina Glicitina Malonildaidzina Malonilgenistina Malonilglicitina
De acordo com Griffith & Collison (2001) sementes de soja “in natura” contem as formas malonil.
-0,47
-ISOF
-0,44
0,92
-MGEN
-0,37
0,88
0,80
-MDAID
-0,51
0,89
0,94
0,82
-GEN
-0,40
0,89
0,83
0,98
0,87
DAID
Prot
ISOF
Mgen
Mdaid
MGen
Coeficiente de Correlação
Tab. 1 Estimativa do coeficiente de correlação fenotípica entre as formas de isoflavonas e proteína
Tab. 2 Estimativa do coeficiente de correlação fenotípica entre as formas de isoflavonas e proteína
0.37 0.99 0.96 0.90 0.98 0.96 h2 b Prot Isof Mgen MDaid Gen Daid Herdabil. Características
Resultados e Discussão
Estudos mostram que sementes de soja com alto conteúdo de
proteína tende a acumular baixa soma de isoflavonóides.
Melhoristas tomam decisão de seleção baseados nas previsões
Devido a correlação negativa é difícil reunir em uma única cultivar alto teor de Isoflavonas e proteína;
Vário programas tendem a diminuir a quantidade de isoflavonas nas variedades, pois sua presença está associada ao sabor amargo e
adstringente.
O estudo indicou influência do ambiente no conteúdo de isoflavonas.
Conclusão
Correlação de Óleo e Proteína com Concentração de Isoflavonas em Soja.
Craig S. Charron, Fred, L. Allen, Richard D. Johnson, Vicente R. Pantalone and Carl E. Sams. Journal Agricultural and Food Chemistry, 53: 7128-7135, 2005.
Objetivo
Determinar se o conteúdo de óleo e proteína em soja está correlacionado com conteúdo total e individual de isoflavonas.
Material e Método
17 cultivares avaliadas do grupo de maturação 4 e 5
11 RR
6 convencionais
Análise de proteína – Espectofotometro (infravermelho)
Análise de Isoflavona – Grifftith & Collison modificado
7188 0 0 52 464 2783 2833 108 283 180 3 15 10 43.0 18.2 17RR 6932 4 2 82 345 2654 2936 92 207 169 1 8 10 40.8 19.3 16RR 6321 0 2 43 280 2205 2834 73 206 205 1 13 18 43.2 17.6 15RR 5239 0 1 35 332 2165 1866 105 136 119 1 15 10 38.7 19.3 14RR 3474 0 0 21 231 1254 1420 83 122 99 1 5 8 43.0 19.0 13RR 3150 0 4 26 307 1225 1043 97 122 79 2 10 6 41.6 19.8 12RR 3983 0 1 42 342 1637 1331 104 162 95 3 7 6 40.1 20.8 11RR 5869 0 1 36 306 2073 2555 93 219 159 0 19 23 40.6 19.2 10RR 3696 0 4 37 368 1358 1279 105 160 117 5 9 9 42.1 19.7 9 RR 5261 0 4 47 600 1815 1948 170 199 151 2 9 10 38.8 21.5 8 RR 4451 0 1 48 457 1804 1358 137 222 107 3 19 10 40.7 21.1 7 RR 7020 0 2 59 282 2579 3034 97 248 235 5 19 18 39.8 19.7 6 7941 0 0 59 342 2979 3339 105 304 235 1 22 21 38.0 20.0 5 6411 0 1 75 355 2504 2444 108 271 188 2 32 20 40.2 19.8 4 4345 0 0 42 286 1836 1491 88 162 95 2 21 14 41.2 19.6 3 7882 0 1 48 379 2663 3857 126 271 243 0 14 15 41.6 18.5 2 6781 0 1 67 346 2755 2593 103 289 184 2 19 14 40.3 18.9 1 TIso Agt i Agt i Adi d Mgt i Mgti Mdzi gliciti genis ti daid zina Glic tei geni ste daid ze Prot. Óleo Cult Concentração de isoflavona (µg/g)
NS NS NS Acetilglicitina NS NS NS Acetilgenistina NS * ** Acetildaidzina NS ** ** Malonilglicitina NS ** ** Malonilgenistina ** ** ** Malonildaidzina NS * ** Glicitina * ** ** Genistina * ** ** Daidzina NS NS NS Gliciteina ** ** ** Genisteina * ** ** Daidzeina * ** ** Isoflavona Total ** ** ** Produção ** ** ** Proteína ** ** ** Óleo Cultivares x Locais Locais Cultivares Caracteres
Tab. 2 Interações entre cultivares e locais para óleo, proteína e
Proteína, Iso 0,31 -0,45 Todas Cultivares 0,85 -0,34 17 RR 0,36 -0,13 16 RR -0,14 0,27 15 RR 0,56 -0,67 14 RR 0,30 -0,73 13 RR 0,68 -0,73 12 RR 0,78 -0,82 11 RR -0,59 0,29 10 RR 0,67 -0,79 9 RR 0,77 -0,62 8 RR 0,37 -0,47 7 RR -0,27 0,25 6 0,09 -0,50 5 0,04 -0,48 4 0,75 -0,92 3 0,07 -0,35 2 0,04 -0,55 1 Óleo, Iso
Tab. 3 Coeficiente de correlação para conteúdo de isoflavona com óleo e Proteína
Conclusões
É possíveL selecionar cultivares com alto e baixo conteúdo de
isoflavonas para o programa de melhoramento
É possível se fazer seleção indireta para o carater
Predominou as formas Malonildaidzina e Malonilgenistina
Genisteina e formas acetil representam menos de 1%, mas
após processamento chegam a 25%.
Análise de Conteúdo de Isoflavonas em Soja Tipo Hortaliça.
T. Mebrahtu, A. Mohamed, C.Y. Wang & T. Andebrhan
Material e Método
31 genótipos avaliados
GM: III – VI
3 repetições
3 anos
Genótipos foram avaliados em R6 – R7 com 80-90% vagem cheia
Resultados e Discussão
As condições climáticas foram diferentes nos 3 anos.
1996 e 1998 – estresse
112.45b 27.67 59.30b 25.49b VI 134.75ab 27.74 74.28ab 32.73ab V 138.65ab 27.87 71.72b 39.06ª IV 159.83ª 34.42 88.87ª 36.55ª III Isof. Total Gliciteina Daidzeina Genisteina GM µg/g
Resultados e Discussão
Genisteina Gliciteina Cultivar µg/g Cultivar µg/g Aoda 80.80 Aoda 61.92 Pella 54.00 Pella 56.98 D71-9806 10.59 Verde 07.29Daidzeina Isoflavona Total
Cultivar µg/g Cultivar µg/g
PI 248.511 127.62 Aoda 257.69
Aoda 115.01 Pella 219.01
Conclusões
Especial atenção deve ser dada as cultivares nos programas de melhoramento para isoflavonóides: Aoda, Pella, Houjaku, Kenrich e Shangroa;
Conteúdo individual de isoflavonas pode ser considerado como característica quantitativa;
Forte associação entre conteúdo total de isoflavona com genisteina e daidzeina, sugere que a seleção para um pode incrementar o outro;
GM precoces tende a ter mais isoflavonóides do que os tardios; Herdabilidade para genisteina (54%), daidzeina (45%), gliciteina (58%) e isoflavona total (64%), são influênciadas pelo ambiente e variação genética
Mapeamento de QTL para Conteúdo Individual e Total de Isoflavonas em Sementes de Soja.
Valerio S. Primoto, Vaino Poysa, Gary R. Ablett, Chung-Já Jackson, Mark Gijzen e Istvan Rajcan. Crop Science, 45: 2454-2464, 2005.
QTLs tem sido reportados nos GL A1, B1, B2, D1a, H, K e N O Uso de QTL pode ser vantajoso no desenvolvimento de uma estratégia eficiente de melhoramento para seleção de alto ou baixo conteúdo de isoflavona em soja.
Epistasia tem contribuindo para variação quantitativa.
Não há informações precisas de interações epistáticas associadas com o conteúdo de isoflavonas em soja.
Muitos estudos têm tido pouco sucesso de mapeamento devido ao tamanho da população, tipo da população, análise limitada de
software, além de um nível de significância pouco confiável.
Objetivo
O objetivo deste estudo foi identificar e caracterizar QTL que afeta daidzeina, genisteina, gliciteina e conteúdo total de isoflavonas por meio de recombinação de uma população derivada do cruzamento AC756 x RCAT, cultivadas em 2 ambientes. A possibilidade de interação epistática foi investigada.
Material e Método
AC756 ~ 1417 µg.g-1
RCAT ~ 2246 µg.g-1
F1 F2 F4 (SSD)
F5 foram utilizados para extração de DNA genômico das 207 RILs Coleta dos dados agronômicos
Resultados
0.50 857-3472 1669 2125 1337 Talbotville 0.40 1061-3365 2090 3206 1495 Harrow Total 0.45 15-137 69 78 70 Talbotville 0.35 52-130 88 129 82 Harrow Gliciteina 0.50 418-1605 837 1118 612 Talbotville 0.39 500-1893 1027 1709 664 Harrow Genisteina 0.48 345-1715 756 929 655 Talbotville 0.40 465-1640 975 1368 748 Harrow Daidzeina µg.g-1 Herdabilidade Variação Média Pop. RCAT AC756 Ambiente TratamentoResultados
Mapa de Ligação
458 SSR primers utilizados
86 SSR foram designados em 19 grupos de ligação
Diferenças encontradas
1ª Distância entre Satt 387 e Satt 521 no GL N foi de ~ 50cm, enquanto que no mapa público de soja a distância é ~ 12cm; 2ª Marcas Satt 512 e AT 21 no GL E, o que não está incluído no
Resultados
Os QTLs estão locados nos 11 GL, e não foi identificado
um único QTL para conteúdo total de isoflavonas.
Identificou-se grande número de QTLs com poucos efeitos.
Somente um loco significativo foi detectado para gliciteina
Resultados
Os dois métodos identificaram 2 distintos picos no GL M
Sugerindo que 2 diferentes QTLs podem estar locados no GL M
O método CIM identificou QTL nos GL A1, C2, D1a, F e G, que
não foram identificados por IM.
O método IM identificou QTL no GL K, que não foi identificado
Resultados
Interações Epistáticas
Interações epistáticas foram testadas entre todos os locos;
23 interações significativas foram detectadas;
Interações detectadas em Harrow foram diferentes das de Talbotville;
Algumas interações foram comuns entre daidzeina, genisteina e isoflavona total para os dois ambientes;
Conclusões
O mapa para AC756 x RCAT cobriu aprox. 39% do genoma da soja; Foi suficiente para descobrir novos QTLs associados com isoflavonas; Somente 17 marcadores mostraram-se eficiente para isoflavonas; Eles explicam de 3,5 a 10,5% da variação fenotípica;
O baixo nível de variação explicado pelos QTLs é um indicativo de herança quantitativa;
Especial atenção devem ser dadas aos GL J, K e M, foram detectados nos diferente ambiente e permaneceram siginificativos no modelos de múltiplos locos com e sem epistasia;
Conclusões
5 QTLs do LG A1, D1a, H, K e N foram identificados em diferentes populações e ambientes;
Sat_135 não significativo, mas se tornou quando incluído no modelo com epistasia;
Com epistaisa pode-se explicar de 15,8 a 35,8% da variação fenotípica;
Perspectivas Futuras
Estudo envolvendo resistência das plantas – Plantas inoculadas com
fusarium solani f.sp. glycines aumentaram o nível de fenilpropanoide, precursor de isoflavonóides;
Plantas inoculadas com fusarium solani f.sp. glycines aumentam o nível
Perspectivas Futuras
A inoculação de Phytophthora sojae aumentou o nível de daidzeina, precursor do pterocarpo fitoalexina gliciolina, suportanto o hipotético
papel das isoflavonas na resposta de defesa a doenças
Isoflavonas são essenciais para nodulação de Bradyhizobium –
quando a expressão de isoflavona sintetase é inibida, há uma redução
Perspectivas Futuras
Isoflavonas não trás somente benefícios a saúde humana. Estudos
mostram que daidzeina e genisteina induzem mutagnese em glândulas
mamárias de ratos transgênicos;
Estudos apontam que genisteina tem um beneficio para uso em
Considerações Finais
Os estudos indicam ser um carater quantitativo;
O ambiente, especialmente a temperatura, afeta significativamente o
conteúdo de isoflavonas;
Trabalhos adicionais são necessários para elucidar a herdabilidade do
