LGN 313 Melhoramento Genético

(1)

U S P , E S A LQ , L G N 31 3 -M E LH O R A M E N T O G E N É T IC O , P R O F . N A T A L A . V E LL O

Prof. Natal Vello

www.genetica.esalq.usp.br/lgn313/nav [email protected]

LGN 313 Melhoramento Genético

Tema 13 Métodos de melhoramento de espécies autógamas: retrocruzamentos, híbridos comerciais, multilinhas

(2)

P

₁

x P

₂

F

₁

x P

₁

( ou P

₂

)

F

₂

RC

₁

x P

₁

( ou P

₂

)

RC

_{2 ...}

RC

₃

RC

₄

RC

₅

RC

₆

Método dos retrocruzamentos

Híbridos comerciais

Multilinhas e blends

Melhoramento de espécies autógamas:

métodos que envolvem hibridação

(3)

• Método eficiente para melhorar um ou poucos caracteres(defeitos) de uma cultivar elite. A cultivar elite participa de todas as gerações de retrocruzamentos, sendo denominada genitor recorrente. O

genitor que contém o alelo desejável é denominado genitor doador

e participa apenas do cruzamento inicial.

• Requisitos do genitor doador: expressão máxima do caráter de interesse e, se possível, bons caracteres agronômicos e

adaptativos.

• Em geral, são realizadas várias gerações de retrocruzamentos

com seleção para manter o(s) caracter(es) de interesse em todas as gerações.

• O resultado final é uma nova cultivar com o fenótipo muito

semelhante ao genitor recorrente, porém com o(s) defeito(s) corrigido(s).

• Atualmente, o método é muito usado para transferências de genes

exógenos (transgenes) entre as cultivares de uma espécie (p.ex. gene R de resistência ao herbicida glifosato em soja).

(4)

U S P , E S A LQ , L G N 31 3 -M E LH O R A M E N T O G E N É T IC O , P R O F . N A T A L A . V E LL O RETROCRUZAMENTOS ( RC ) P₁ x P₂

R : Recorrente D : Doador (genes importantes) F₁ x P₁ (1/2) R : (1/2) D RC₁ x P₁ (3/4) R : (1/4) D RC₂ x P₁ (7/8) R : (1/8) D RC₃ x P₁ (15/16) R : (1/16) D RC₄ x P₁ (31/32) R : (1/32) D RC₅ x P₁ (63/64) R : (1/64) D RC₆ (127/128) R : (1/128) D RC₆ = 99,22 % R : 0,78 % D + genes importantes

(5)

RETROCRUZAMENTOS (RC) : TRANSFERÊNCIA DE UM GENE DOMINANTE (A)

Genitor recorrente ( GR ) x Genitor doador ( GD )

aa ( suscetível ) AA ( resistente ) F₁ x GR Aa aa RC₁ x GR (1/2)Aa : (1/2) aa aa RC₂ x GR (1/2)Aa : (1/2)aa aa RC₃ x GR (1/2)Aa : (1/2) aa aa RC₄ x GR (1/2)Aa : (1/2)aa aa RC₅ x GR (1/2)Aa : (1/2)aa aa RC₆ (1/2)Aa : (1/2)aa (1/4) AA : (1/2)Aa : (1/4) aa x (1/4) AA : (1/2)Aa : (1/4) aa x PROGÊNIE ELIMINADA AA PROGÊNIE SELECIONADA

(6)

RETROCRUZAMENTOS ( RC ) : TRANSFERÊNCIA DE UM GENE RECESSIVO ( b )

GR (BB) x GD(bb)

F₁ (Bb) x GR(BB)

RC₁ [ (1/2)BB : (1/2)Bb ]

Genitor recorrente ( GR ) = BB ( planta alta ) e Genitor doador ( GD ) = bb ( planta baixa )

RC₁ F₂[BB e (1/4)BB : (1/2)Bb : (1/4)bb] x GR(BB) RC₂ (Bb) x GR (BB) RC₃ [(1/2)BB : (1/2)Bb] RC₃ F₂[BB e (1/4)BB : (1/2)Bb : (1/4)bb] x GR(BB) RC₄ (Bb) x GR(BB) RC₅ [(1/2)BB : (1/2)Bb] RC₅F₂[BB e (1/4)BB : (1/2)Bb : (1/4)bb] x GR(BB) continua

(7)

RETROCRUZAMENTOS ( RC ) : TRANSFERÊNCIA DE UM GENE RECESSIVO ( b ) (continuação)

99,22% genes GR : 0,78 % genes GD + bb para planta baixa

RC₆ F₃(bb) Ξ Nova cultivar

RC₅ F₂[BB e (1/4)BB : (1/2)Bb : (1/4)bb] x GR (BB)

RC₆ Bb

(8)

• A “nova” cultivar já é conhecida e consagrada pelos

agricultores.

• Confere caracteres de excelência a genótipos já

excepcionais.

• É um método com alto nível de previsibilidade de

resultado, pois apenas o caráter em transferência

precisa ter herdabilidade alta.

• O programa de retrocruzamentos pode ser conduzido

fora da região e ou época de semeadura em que a

“nova” cultivar será utilizada.

(9)

• Tempo muito longo

para realizar todas as gerações de

retrocruzamentos, de maneira que frequentemente a

“nova” cultivar torna-se

obsoleta

quando comparada

com cultivares mais recentes desenvolvidas por outros

métodos de melhoramento.

• É um método

muito trabalhoso

e mais adequado para

transferência de um ou poucos genes.

• Quando a distância genética entre os genitores doador e

recorrente é muito grande, aumenta-se muito o trabalho,

exigindo etapas de

pré-melhoramento

(mais gerações de

retrocruzamentos e seleção) .

(10)

• Em cada geração de retrocruzamento pode-se utilizar um

genitor recorrente diferente, a fim de se introduzir variabilidade genética, de maneira semelhante ao que foi anteriormente

relatado para o método da nobilização da cana - de - açúcar.

• Os diferentes genitores recorrentes compreendem diversas

cultivares elites geneticamente distintas.

• Neste caso, o método torna-se aplicável também para caracteres

com baixa herdabilidade, como por exemplo produtividade de grãos, mas a seleção torna-se mais trabalhosa.

• A nova cultivar obtida difere das cultivares elites anteriores.

Modificação 1 Uso de vários genitores recorrentes em programas de retrocruzamentos

(11)

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6 gerações para recuperar 99% do genitor recorrente.

• Com marcadores :

2 a 3 gerações para introdução do caráter e recuperação do genitor recorrente.

Modificação 2 Uso de marcadores moleculares em programas de retrocruzamentos com seleção para os caracteres do genitor recorrente

(12)

HÍBRIDOS COMERCIAIS EM AUTÓGAMAS

VANTAGENS

1. RAPIDEZ NA OBTENÇÃO DE GENÓTIPOS SUPERIORES

2. COMBINAÇÃO DE CARACTERES PRESENTES EM GENITORES DIFERENTES

3. EXPLORAÇÃO EFEITOS E INTERAÇÕES GÊNICAS QUE SÓ SE MANIFESTAM EM F₁ 4. UNIFORMIDADE

5. HOMEOSTASE DE DESENVOLVIMENTO E MENOR INFLUÊNCIA DA INTERAÇÃO G X E: LOCAIS, ANOS, ÉPOCAS DE CULTIVO

6. ESTIMULA O DESENVOLVIMENTO DE INDÚSTRIAS DE SEMENTES:

• SEGREDO DOS GENITORES ( PATENTE BIOLÓGICA)

• HÍBRIDO É UMA PALAVRA MÁGICA:

– GRANDE VALOR ENTRE OS AGRICULTORES

– MAIOR CONTATO DOS AGRICULTORES COM OS ENGºS AGRºS, OBTENDO

MAIS INFORMAÇÕES

KAUL, M.L.H., 1988. MALE STERILITY IN HIGHER PLANTS. BERLIN, SPRINGER – VERLAG. (MONOGRAPHS ON THEORETICAL AND APPLIED GENETICS, VOLUME 10). ≈ 1000pp.

(13)

U S P , E S A LQ , L G N 31 3 -M E LH O R A M E N T O G E N É T IC O , P R O F . N A T A L A . V E LL O HÍBRIDOS EM AUTÓGAMAS DESVANTAGENS

1. PREÇO DA SEMENTE HÍBRIDA

1.1 DIFICULDADE DE EMASCULAÇÃO

• MACHOESTERILIDADE: SORGO, ARROZ, TRIGO

• AUTOINCOMPATIBILIDADE: ESPÉCIES COM FLORES SEM NECTARINAS (TOMATE, FEIJÃO, ALFACE)

• GAMETICIDAS QUÍMICOS:

– HIDRAZIDA MALEICA, FW – 450 – ETHREL: CEREAIS

– ÁCIDO GIBERÉLICO: CEBOLA

– DCIB (SÓDIO 2,3 DICLOROISOBUTIRATO) – SÓDIO DICLOROACETATO

– PROBLEMAS: EFICIÊNCIA PARCIAL E EFEITOS TÓXICOS

1.2. TRANSFERÊNCIA OU TRANSPORTE DE PÓLEN

• ESTIGMAS EXPOSTOS: ARROZ

• ABERTURA FOLHA BANDEIRA (CORTE) E MOVIMENTO DE CORDA: ARROZ 1.3. Nº SEMENTES PRODUZIDAS POR POLINIZAÇÃO

2. INVIÁVEIS EM REGIÕES COM AGRICULTURA POUCO DESENVOLVIDA

- AMBIENTE PRECISA SER BOM / ÓTIMO

3. DIFICULDADE DE FAZER MELHORAMENTO PARA HETEROSE

- DIALELO SELEÇÃO PARA HETEROSE

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SISTEMA A, B, R DE MACHOESTERILIDADE : HÍBRIDOS DE SORGO, ARROZ E TRIGO

LINHAGENS GENITORAS OU HÍBRIDO CITOPLASMA NÚCLEO ( GENÓTIPOS PARA GENES RESTAURADORES ) FERTILIDADE DOS GRÃOS-DE-PÓLEN

LINHAGEM A MACHOESTÉRIL ms ms MACHOESTÉRIL

LINHAGEM B MACHO FÉRTIL ms ms MACHOFÉRTIL

LINHAGEM R

MACHO FÉRTIL OU

MACHOESTÉRIL

Ms Ms MACHOFÉRTIL

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U S P , E S A LQ , L G N 31 3 -M E LH O R A M E N T O G E N É T IC O , P R O F . N A T A L A . V E LL O HÍBRIDOS EM AUTÓGAMAS

SISTEMA A B R DE MACHOESTERILIDADE : HÍBRIDOS DE SORGO, ARROZ E TRIGO

Linhagem Restauradora = CF Ms Ms Linhagem Mantenedora = CF ms ms Linhagem Machoestéril = CE ms ms

DOIS LOTES ISOLADOS:

Lote 1: ♀ Linhagem A x ♂ Linhagem R

machoestéril macho - fértil

CE ms ms CF Ms Ms

sementes híbridas (agricultor)

CE Ms ms

Lote 2: ♀ Linhagem A x ♂ Linhagem B

machoestéril macho - fértil

CE ms ms CF ms ms Linhagem A machoestéril CE ms ms sementes colhidas em R R x R Linhagem R sementes colhidas em B B x B Linhagem B

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PREÇO DA SEMENTE HÍBRIDA F1 = f ( QUANTIDADE SEMENTES / PLANTA / ÁREA)

ESPÉCIE Q AUTOR

Secale cereale 15 Chase, 1971

Avena sativa 17 Chase, 1971

Triticum aestivum 21 Chase, 1971

Hordeum vulgare 24 Chase, 1971

Oryza sativa 31 Chase, 1971

Zea mays 377 Chase, 1971

Sorghum vulgare 430 Chase, 1971

Glycine max 18a _{Fehr, 1978}

COMPRADAS SEMENTES QUANTIDADE PRODUZIDAS SEMENTES QUANTIDADE Q = a: SOJA Q = 36 (2005)

(17)

Híbridos F

₁

comerciais em tomateiro

Técnica

: cruzamentos manuais, usando os mesmos

equipamentos mostrados nas hibridações em

berinjela (

Tema 5: Sistemas Reprodutivos

).

Preço

das sementes híbridas é viabilizado por:

a) Flores grandes, de fácil manuseio, facilitando os

cruzamentos;

b) Número muito grande de sementes híbridas

obtidas em cada polinização.

Objetivo principal

: piramidização de genes

(18)

Híbridos em tomateiro

Exemplo 1: híbrido Paty (Seminis, 2012)

Genitor 1 X verticilio (V1): gene Ve vírus do mosaico (TMV): genes Tm-1, Tm-2, Tm-3 Genitor 2 geminivirus (TYLCV): genes Ty1, Ty-2, Ty-3

F₁

Hibrido comercial Paty

Resistente a 3 doenças

Verticilio (V1)

Vírus do mosaico (TMV) Geminivirus (TYLCV)

(19)

Híbridos em tomateiro

Exemplo 2 :

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U S P , E S A LQ , L G N 31 3 -M E LH O R A M E N T O G E N É T IC O , P R O F . N A T A L A . V E LL O http://nunhems.com.br/www/NunhemsInternet.nsf/CropData/BR_PT_TOF/$file/BR_TOF_Tropical.pdf

Híbridos em tomateiro

Exemplo 3

:

(21)

Leitura recomendada

DELLA VECCHIA, P.T.; KOCH, P.S.

Tomates longa vida: O que são, como foram desenvolvidos?

Horticultura Brasileira, Brasília, v. 18, n. 1, p. 3-4, março 2000.

•

(22)

• São cultivares constituídas pela mistura de linhagens quase

isogênicas (isolinhas), que diferem entre si somente nos alelos de resistência a patógenos transportados pelo ar (mais comum:

ferrugem).

• Linhagens quase isogênicas ( ISOLINHAS ): obtidas por vários

programas de RC, tendo um genitor recorrente comum (constante) e vários genitores doadores (comumente, um para cada alelo de resistência).

• A produção de sementes é feita separadamente para cada isolinha

e é obtida uma mistura de sementes das várias isolinhas em proporções definidas pelo monitoramento das frequências das raças do patógeno predominantes em cada ambiente (ano

agrícola, região, ... )

• Favorecem a estabilização das raças fisiológicas do patógeno,

diminuindo a probabilidade de desenvolvimento de novas raças.

• De forma geral, são mais estáveis frente às adversidades

ambientais (doenças, pragas, seca, etc.).

(23)

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PROGRAMA IOWA ( ISU, USA) : V . M. RESISTENTE À FERRUGEM DA AVEIA

GENITORES RECORRENTES GENITORES DOADORES

3 LINHAGENS ADAPTADAS 1 GENE DE RESISTÊNCIA LINHAGENS EXÓTICAS de EM CADA LINHAGEM AVENA SATIVA e AVENA STERILIS

DIRTY CROP

GENITOR RECORRENTE X GENITOR DOADOR

rr ..._..._... RR rr X F₁ _... ... ... Rr rr X RC₁ ... ½ Rr : ½ rr RESIST. SUSCET. RC₂

RC₅ RC5F2 : PLANTAS EXAMINADAS PARA RESISTÊNCIA

RC₅F₃ :

...

(24)

MULTILINHAS : AVEIA, ISU (EUA)

COMPOSIÇÃO DE UMA V.M. : 3 CONJUNTOS DE INFORMAÇÕES 1. COMPORTAMENTO AGRONÔMICO DAS ISOLINHAS : SEMPRE BOM

COM FERRUGEM 2 AMBIENTES

SEM FERRUGEM

2. REAÇÕES DE PLANTAS ADULTAS DAS ISOLINHAS ÀS RAÇAS ESPECÍFICAS DE FERRUGEM: CADA ISOLINHA DEVE SER TESTADA COM TODAS AS RAÇAS

ISOLINHA 1 RAÇA 1 ISOLINHA 2 RAÇA 2 . . . . . . ISOLINHA N RAÇA N

3. VARIAÇÕES NA COMPOSIÇÃO DE RAÇAS DA POPULAÇÃO DE PATÓGENOS

• AMOSTRAS DE FOLHAS DE AVEIA COM INFECÇÃO COLETADAS EUA E CANADÁ ANUALMENTE

• NOVAS RAÇAS E PROPORÇÕES RAÇAS ANTIGAS X

(25)

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COMPOSIÇÃO DE ISOL. NA MULTILINHA E74 DE AVEIA E REAÇÕES ÀS PRINCIPAIS RAÇAS DE FERRUGEM

BROWNING, FREY(1976) Crop Sci 16: 311 – 2

CI Nº GENEALOGIA

RAÇAS FERRUGEM

CONTRIBUIÇÃO (%)

290 326 264B

9169 CI8044 2X CI7555 X CEIRCH DU BACH MR S MS 18

9170 CI8044 3X CLINTON X GARRY 2X CI8079* R R R 22

9172 CI8044 6X CIU8001* MR MS MS 4

9176 CI8044 6x ACENCAO R MR S 4

9177 CI8044 3X CLINTLAND 2X CHAPMAN 178 X CI7235 MR MS MS 4

9178 CI8044 3X BONKEE 2X CI7254 X CI7171 R MS MR 18

9179 CI8044 2X CI7555 X CI6665 MS S MS 4

9180 CI8044 2X CI7555 X CI7654 MR MR MS 4

9181 CI8044 2X CLINTON X CI8081* MR R R 22

PORCENTAGEM (R + MR + MS) 100 78 96 ∑ = 100

(26)

• Blends de SOJA: surgiram no mercado norte-americano nos anos 60. Nos anos 90 representavam 20% das linhagens nos testes públicos e privados.

• São cultivares constituídas pela mistura de linhagens puras, as quais

diferem em vários caracteres (ex.: alelos de resistência, adaptação ao mosaico de pH do solo), porém são semelhantes para caracteres

agronômicos ( ex.: altura, arquitetura, ciclo, cor de pubescência, cor das vagens, cor e tamanho das sementes). A obtenção de blends é mais simples do que multilinhas.

• Oferece proteção à cultura: maior estabilidade frente a pragas,

doenças, nematoides e adversidades ambientais (homeostase populacional).

• Ex.: blend formado pela mistura de sementes da cultivar 1 (alta produtividade e suscetível a uma doença) e da cultivar 2 (menor produtividade e resistente).

- Na ausência da doença: produtividade média/alta (devido cultivar 1). - Na presença da doença: produtividade garantida (devido cultivar 2).

(27)

DESTRO, D. ; MONTALVÁN, R. (eds.). Melhoramento genético de

plantas. Londrina. Editora UEL, 818p. 1999. (Cap. 21).

FREY, K.J. Plant breeding II . Ames, The Iowa State University Press, 497p., 1981:

• Parlevliet, J.E. Disease resistance in plants and its consequences for plant breeding,

p. 309 – 64 (Cap. 9)

• BORLAUG, N.E. Increasing and stabilizing food production, p. 467 – 92 (Cap. 12)