Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento de Plantas LGN SEMINÁRIOS EM GENÉTICA E MELHORAMENTO DE PLANTAS

LGN 5799 - SEMINÁRIOS EM

GENÉTICA E MELHORAMENTO DE PLANTAS Programa de Pós-Graduação em

Genética e Melhoramento de Plantas

MELHORAMENTO GENÉTICO PARA ALTERAR A

MELHORAMENTO GENÉTICO PARA ALTERAR A

Doutoranda: Flávia Aparecida Amorim Orientador: Prof. Dr. Natal Antonio Vello

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

COMPOSIÇÃO DOS ÁCIDOS GRAXOS EM SOJA

COMPOSIÇÃO DOS ÁCIDOS GRAXOS EM SOJA

Sumário

Introdução

Bases químicas

Bases moleculares

Impacto das alterações sobre características agronômicas

Combinar alterações

Métodos de seleção

Mercado

Demanda de oleaginosas

Crescimento da população mundial

Consumo per capta de alimentos no mundo (kg/pessoa/ano)

Principais oleaginosas mundo (milhões/t)

algodão

dendê

amendoim

canola

canola

soja

girassol

TOTAL

Composição química da semente soja

Óleos vegetais mundo – 2008/09

Palma 34%

Soja 29%

Produção oleaginosas e óleos vegetais Brasil

Segundo maior produtor (60 mil/t) Segundo maior exportador farelo e óleo

Brasil- Produção Oleaginosas

Soja 95% Outras 5% Outras 10% Soja 90% Fonte: Abiove, 2009

Brasil- Produção óleos vegetais

Canola 135

Usos óleo soja

ÓLEO

Óleo refinado Borra Lecitina Vitamina E

Fonte: Oil World, 2007

De cozinha Gordura hidrogenada Leite em pó Insumo Industrial Ração Medicamentos Sabão Gordura hidrogenada Borracha Química Têxteis Químicos Biocombustível

Biocombustível

Biocombustíveis Diesel

Dendê Girassol Soja Canola Algodão Shell

Densidade (g/cm 3_{) 0,874 0,884 0,884 0,882 0,883 0,842} Viscosidade _{4,2802 4,0303 3,9713 4,3401 4,0568 3,4301} Alptekin et al., 2008 Viscosidade _{4,2802 4,0303 3,9713 4,3401 4,0568 3,4301} Ponto de fusão (˚C) _{12 -1 0 -8 6 -6} Índice cetano _{62 60,9 60,1 61,5 60,3 57,8} Temperatura de ignição(˚C) _{100 157 139 107 149 58}

Biocombustível

Biocombustível

Alta produtividade Ciclo curto

Cadeia produtiva estruturada

D`Agnol , 2007

Risco ambiental baixo

Não competição preço óleo comestível x biodiesel Rede de industrias de esmagamento ociosa

Aspecto Nutricional

Ácidos graxos poliinsaturados

Ω 6: dão origem a substâncias chamadas eicosanóides, que participam das reações antiinflamatórias aumentando o fluxo sanguíneo no local da inflamação e agindo como sinalizadores para recrutamento das células de defesa. Atuam estimulando as respostas do sistema imune

Vitamina E (Tocoferol)

Protege membranas celulares da deterioração dos radicais livres

Ω 3: é vantajoso no caso de doenças alérgicas e auto-imune cardioprotetor

São compostos formados por uma cadeia de carbonos (propriedade lipossolúvel), e um grupo carboxila terminal (propriedades ácidas).

C

O

C

C

C

C

_C

Bases químicas - Ácidos graxos

C

OH

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

Diferem um dos outros pelo comprimento da cadeia carbônica, pelo número e posição das duplas ligações.

C H₃ O OH C H OH Palmítico (16:0) Oléico

Monoinsaturado

Saturado

Poliinsaturado

Composição de ácidos graxos de óleos vegetais

Girassol Amendoim Linhaça _Soja Canola Oliva

C16:0 Palmítico 5 13 4 ₈ 4 4 C18:0 Esteárico 3 4 5 ₄ 2 32 C18:1 34 40 18 ₂₄ 60 56 C18:1 Oléico 34 40 18 ₂₄ 60 56 C18:2 Linoléico 56 35 16 ₅₄ 21 1.2 C18:3 Linolênico TRAÇOS - 57 ₈ 11 TRAÇOS Agência Rural, 2006

Por que alterar a

composição dos

composição dos

Ácidos graxos saturados – palmítico/ esteárico

SATURADOS Qualidade nutricional

Melhora a saúde cardiovascular : elevam colesterol bom

Nutrição

Indústria

Aumenta vida útil dos alimentos

Ácido graxo monoinsaturado - oléico

Indústria

Vida útil dos alimentos

Diminui necessidade de hidrogenação

Estabilidade Oxidativa

Biodiesel

O ácido oléico melhora a estabilidade oxidativa e a propriedade de ignição

(índice de cetano) do biodiesel.

Ácidos graxos poliinsaturados – linoléico/linolênico

Instabilidade oxidativa

Deterioração dos alimentos

Compromete a aceitabilidade por afetar o sabor, odor, cor, textura. Diminui valor nutricional:

Diminui valor nutricional: reduz o valor energético;

destrói ácidos graxos essenciais ex: Ácido linolênico – ômega 3;

destrói vitaminas lipossolúveis (A, D, E e K). Forma compostos tóxicos.

Hidrogenação

Desenvolvida como necessidade de converter óleos líquidos para semi-sólidos

Processo de hidrogenação

H é adicionado diretamente aos pontos de insaturações

Gordura trans é encontrada

alimentos industrializados como:

margarinas, biscoitos, pães, bolos, sorvetes, chocolates...

alimentos de origem animal como a carne, leite e alimentos de origem animal como a carne, leite e gorduras de animais ruminantes – pequenas quantidades

(resultantes da bio-hidrogenação dos ácidos graxos poliinsaturados por bactérias do rúmen).

Gordura trans

Revista Veja: Medicina

“Alerta contra a gordura trans’’

“Alerta contra a gordura trans’’

(23 /02/2005)

Aumenta colesterol ruim Diminui colesterol bom

Competem com ácidos graxos essenciais Aumenta triglicerídeos – doenças coronárias

Aumento dos ácidos graxos poliinsaturados – linoléico/linolênico

Nutrição animal - linoléico

Ração de boa qualidade

necessidades energéticas

peso do ovo, eclodibilidade, desempenho das progênie e composição dos ácidos graxos da gema (Ribeiro, 2007).

dos ácidos graxos da gema (Ribeiro, 2007).

Qualidade nutracêutica do óleo de soja

diminui acentuadamente o risco de acidentes cardiovasculares

(Gazzoni, 2006) Nutrição humana – linoléico/ linolênico

Desenvolver óleo modificado

Melhoramento convencional e/ou engenharia genética

A herança da modificação deve ser conhecida

Avaliar o impacto da alteração sobre características agronômicas/sementes

Bases moleculares- Ácido palmítico

A22 4 3 27 58 9 fap₃fap₃

ELLP2 6 3 22 61 8 fap*fap*

N94-2575 4 3 23 62 8 fap₁fap₁fap_ncfap_nc

C1943 4 4 31 55 6 fap₁fap₁fap_ncfap_nc

Bases moleculares- Ácido palmítico

GERMOPLASMA 16:0 18:0 18:1 18:2 18:3 Genótipos

Normal 12 4 21 54 9 FapFap

C1727 18 3 16 55 8 fap₂fap₂

Alto teor

Soybeans: Improvement, Production, and Uses.

C1727 18 3 16 55 8 fap₂fap₂

A21 16 4 21 52 7 fap_2bfap_2b

A24 15 4 25 48 8 fap₄fap₄

Bases moleculares- Ácido esteárico

GERMOPLASMA 16:0 18:0 18:1 18:2 18:3 Genótipos

Normal 12 4 21 54 9 FasFas

A6 8 28 20 38 7 fasa_fasa

FA41545 8 15 23 45 9 fasb_fasb

Alto teor

Soybeans: Improvement, Production, and Uses.

FA41545 8 15 23 45 9 fasb_fasb

A81-606085 7 19 20 45 9 fa_sfa_s

FAM94-41 10 9 25 51 5 fas_ncfas_nc

KK-2 11 7 25 50 7 st₁st₁

Bases moleculares- Ácido esteárico

Baixo teor

Reduzir teor ácidos graxos saturados Soja convencional : 4%

Não há alelos de grande importância relatados

Soybeans: Improvement, Production, and Uses.

Não há alelos de grande importância relatados Programas melhoramento

Bases moleculares- Ácidos Insaturados

Bases moleculares- Ácidos insaturados

Oléico: Soja normal 25 %

Melhoramento convencional - oléico 70% (Alt et al., 2005) Hibridação entre linhagens ( FA22/M23/N98-4445 com 50% )

Engenharia genética – oléico > 80% (DUPONT)

Soybeans: Improvement, Production, and Uses.

Engenharia genética – oléico > 80% (DUPONT)

Inserção segunda cópia do gene FAD2-1: converte oléico para linoléico

Bases moleculares- Ácidos insaturados

Linoléico

Soja normal: 52%

r= - 0,97% /oléico (Alt et al., 2005)

Linhagem M23 – alelo recessivo ol –alto oléico

Soybeans: Improvement, Production, and Uses.

Linolênico : alto teor

Soja normal 9% , Glycine soja (23%) - (Wilson et al., 2005); Aumento da expressão de genes:

FAD2-2 (Hitz et al., 1995)

Bases moleculares- Ácidos Insaturados

GERMOPLASMA 16:0 18:0 18:1 18:2 18:3 Genótipos

Normal 12 4 21 54 9 FadFad FanFan

N78-2245 10 4 42 39 6 fad₁fad₁ FanFan

PI-123440 10 4 30 51 5 FadFad fanfan

PI-361088B 12 4 19 61 4 FadFad fanfan

Soybeans: Improvement, Production, and Uses.

PI-361088B 12 4 19 61 4 FadFad fanfan

C1640 10 4 25 57 4 FadFad fanfan

A5 9 4 47 36 3 FadFad fan₁fan₁

N85-2176 10 3 44 40 3 fad₁fad₁fanfan

N87-2120-3 6 4 39 48 3 FadFadfanfan

Impacto das modificações sobre características agronômicas

Ácidos graxos insaturados- linoléico/linolênico

Agronomic and Seed Traits of 1%-Linolenate Soybean Genotypes.

Autores: Andrew J. Ross, Walter R. Fehr, Grace A. Welke, and Silvia R. Cianzio Crop Science, vol. 40: 383-386, 2000.

Tocopherol content of soybean lines with reduced linoleate in the seed oil. Autores: McCord, K.L., W.R. Fehr, T. Wang, G.A. Welke, S.R. Cianzio, and S.R.

NÃO HÁ IMPACTO

NÃO HÁ IMPACTO

Autores: McCord, K.L., W.R. Fehr, T. Wang, G.A. Welke, S.R. Cianzio, and S.R. Schnebly.

Crop Science, vol. 44: 772–776, 2004.

Reduced-linolenate content associations with agronomic and seed traits of soybean

Autores : Walker, J.B., W.R. Fehr, G.A. Welke, E.G. Hammond, D.N. Duvick. Crop Science, vol. 38:352–355, 1998.

Impacto das modificações sobre características agronômicas

IA3024 x AX18896-2 (pop.1)

Alto oléico 50% (alelo ol – linhagem M23) IA3024 x AX18896-2 (pop.1)

IA3025 x AX18896-2 (pop. 2) IA2073 x AX18895-6 (pop. 3) Oléico normal 24%

Impacto das modificações sobre características agronômicas

HÁ IMPACTO

HÁ IMPACTO

Impacto das modificações sobre características agronômicas

Pop 1 (A97-877006 x Plantas doadoras 44%) Alelos fap2-b e fap 4 (26%)

Pop. 2 (A97-877027 x Plantas doadoras 44%) Pop. 3 (A96-496018 x Plantas doadoras 44%)

Vários cruzamentos de linhagens mutantes 15% 31% 44%

260P = Plantas 18% -29% 400P = Plantas 40% - 48%

Impacto das modificações sobre características agronômicas

POPULAÇÕES

1 2 3

Característica Linhagens Média Média Média

Palmítico 260 P 27 26 27 400 P 39 39 40 Produtividade 260 P 1967 2124 2109 400 P 1249 1270 1228 260 P 36 35.4 36.4 Proteína 260 P 36 35.4 36.4 400 P 36.8 36.2 37.4 Óleo 260 P 16 15.9 15.6 400 P 14.2 14.7 13.8 Esteárico 260 P 3.9 4.2 4.1 400 P 3.7 4 3.9 Oléico 260 P 14.1 14 14.8 400 P 10.7 10.7 9.8 linoléico 260 P 44.5 45.3 43.8 400 P 37.3 37.3 35.1 Linolênico 260 P 9.7 10 9.2 400 P 10.9 10.2 10.2

Combinar as modificações

Combinação Autores

23% palmítico + 20% esteárico Kok et al., 1999

25 % palmítico + 1% linolênico Bravo et al., 1999

4% palmítico + 50% oléico Rahman et al., 2004

50% oléico + 1% linolênico Fehr et al., 2007

4% palmítico + 50% oléico + 1% linolênico Fehr et al., 2007

4% palmítico + 50% oléico + 1% linolênico Fehr et al., 2007

80% oléico + alto esteárico Booth et al., 2005

87% oléico+ 1,7% linolênico Booth et al., 2005

89% oléico+ 6,7% palmítico + esteárico Booth et al., 2005

Desafio para

melhoristas

Combinar as modificações

Alto oléico Evento transgênico:

OBJETIVO: Avaliar performance agronômica de linhagens com baixo palmítico + alto oléico

335-13 ( FAD2-1 e FAT B)

Baixo palmítico Alto oléico

Combinar as modificações

Essa combinação é possível sem alterar performance agronômica

Métodos de seleção

Seleção fenotípica

Calibração

Cria banco de dados

( Análises químicas, cromatografia gasosa, espectrofotometria, ressonância magnética)

Banco de dados é formado por resultados obtidos pelo método químico

Vantagens

Análise rápida, não destrutivo Baixo custo (depois de calibrado)

Desvantagens

Alto custo do equipamento Necessita de calibração

Métodos de seleção

Mercado

Brasil

Empresas públicas e privadas- Somente Pesquisas

Outros países

1994 - baixo linolênico (2,5%) - PIONEER 1996 - baixo saturado (3,5%) - PIONEER 2001 - alto oléico (84%) - DUPONT

2006 - baixíssimo linolênico (1%) 2008 - alto esteárico - MONSANTO

Perspectivas

Alterar mais de uma característica com potencial produtivo

Engenharia genética utilizando ácidos graxos de outras espécies Mercado segmentado

Seleção Assistida Seleção Assistida

OBRIGADA

OBRIGADA

flavia@esalq.usp.br

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