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Genética e Melhoramento de Plantas

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Academic year: 2021

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(1)2005-2006. Genética e Melhoramento de Plantas AULA 2 Por: Augusto Peixe.

(2) 2005-2006. EVOLUÇÃO DO MELHORAMENTO COMO ACTIVIDADE As primeiras variedades -De silvestre a cultivada -O processo de domesticação *Selecção automática -Alteração da arquitectura da planta. *DoTeosinte ao Milho Híbrido.

(3) 2005-2006. -Culturas primárias e secundárias *Pureza das culturas Vs. Novas variedades. Origem das Plantas cultivadas -Os precursores: -Darwin(1866) – A origem das espécies -De Candolle (1882) – A origem das plantas cultivadas “O processo de domesticação não foi uniforme nem no espaço nem no tempo”. -Vavilov (1920) - Os centros de origem e diversidade -Colecções de germoplasma com mais de 300.000 espécies. “A variabilidade dentro de uma dada espécie é maior em determinadas regiões do globo”.

(4) 2005-2006. -Próximo Oriente. -Chinês -Indiano. -Sul mexicano e Cento Americano. -Indo-Malaio. -Sul Americano. -Centro Asiático. -Sub-Centro Brasil - Paraguai -Sub-Centro Chileno. -Mediterrâneo. -Abissínia. -O ponto de vista moderno: Harlan (1992) :Regiões centradas e difusas de origem das plantas cultivadas. -“O homem domesticou o que lhe foi possível quando e onde surgiu essa possibilidade.”.

(5) 2005-2006. Aumento do Rendimento Por Melhoramento Genético Em Algumas Culturas Average maize yields in the US Grain Yield (t/ha) 10 8. Milho USA 1860-1990. 6 4 2. F1 Hybrids. Doubled. Open Pollinated    Hybrids    Populations                                                                               . 0 1860. 1880. 1900. 1920. 1940. 1960. 1980. Year. Trigo Vários Paises 1866-1996. Soja USA 1940-2000.

(6) 2005-2006. Área necessária para produzir uma ton. de milho. m2 3000. 2000. 1000. 0 1967. 1977. 1987. 1997.

(7) 2005-2006. A Reprodução nas Plantas Superiores 1-Reprodução vegetativa ou assexuada • Reprodução de indivíduos geneticamente idênticos ao progenitor • Sem meiose, sem fertilização, sem recombinação.

(8) 2005-2006. Formas de reprodução vegetativa Naturais • Rizomas • Estolhos • Bolbos • Tubérculos Artificiais • Estacaria • Enxertia • Mergulhia, Alpoquia, Amontoa, Cameação • Cultura in vitro.

(9) 2005-2006. APOMIXIA • • •. Produção assexual de sementes ou estruturas semelhantes a sementes, sem que tenha ocorrido fecundação e cuja evolução origina plantas geneticamente idênticas à planta original. ~35 famílias, 130 géneros, 400 espécies Obrigatória ou facultativa. EXEMPLOS: • O saco embrionário evolui e desenvolve-se sem meiose nem fecundação (sementes apomiticas). •. O saco embrionário aborta e uma célula vegetativa do tecido somático circundante desenvolve-se dando origem a um embrião somático (embrionia adventícia).

(10) 2005-2006. Desvantagens da reprodução assexuada • Populações geneticamente uniformes, baixa variabilidade genética. • Baixa capacidade de disseminação natural.

(11) 2005-2006. 2-Reprodução Sexuada • Produção da descendência através de meiose e fertilização. – Descendência genéticamente diferente dos progenitores, devido à recombinação. Nota: Em muitas plantas as duas formas de reprodução coexistem.

(12) 2005-2006. Estrutura básica da flor Flores Perfeitas Vs. Flores Imperfeitas. Flor Perfeita Fminino: Estigma, Estilete, ♀ …………Ovário (Carpelo) ESTAMES ♂ Maculino: filete, antera PISTILO. PETALAS. SEPALAS. Atracção de Polinizadores Protecção.

(13) 2005-2006. Flor Imperfeita Possui partes masculinas ou femininas. 1. Monoicas Flores masculinas e femininas separadas mas na mesma planta. 2. Dioicas Flores masculinas nas plantas macho Flores femininas nas plantas fêmea.

(14) 2005-2006. Polinização ≠ Fertilização POLINIZAÇÃO – O PÓLEN É TRANSFERIDO PARA O ESTIGMA PELO VENTO, PELA ÁGUA OU POR INSECTOS POLINIZADORES. FERTILIZAÇÃO – UM ANTROZIODE UNE-SE À OOESFERA PARA FORMAR UM ZIGOTO. (Dupla)- O segundo antrozoide junta-se aos núcleos polares para formar um endosperma triploide A fertilização só acorre após uma polinização bem sucedida Noção de período de polinização efectivo.

(15) 2005-2006. MOST OF IT HAPPENS IN THE FLOWER!!!! THAT’S WHY WE DON’T SEE IT!. male gametophyte formed in the anther female gametophyte formed in the ovary. Pollination. MEIOSIS !. fertilization ovary. SPOROPHYTE 2N embryo in seed. zygote.

(16) HOW DOES THE FEMALE GAMETOPHYTE FORM ?. 2N. 1N. IN THE OVARY!. meiosis. Mega = female. 1 SURVIVES. 3 mitoses. 8 nuclei 7 cells 1 is egg. MEGAGAMETOPHYTE 1N. ♀.

(17) in the anther !. MICRO = MALE. MEIOSIS 2N CELL. 4 1N CELLS. 2 1N CELLS. MICROGAMETOPHYTE = POLLEN GRAIN. ♂.

(18) 2005-2006. Dupla Fertilização em Angiospermicas. POLLINATION. 2 sperm formed as in grows down. 1 sperm joins with egg = 2 N zygote 1 sperm joins with polar nuclei =3 N endosperm. SEED !.

(19) 2005-2006. Polinização em flores hermadroditas. • Auto-compativel (AC) – A fecundação é possível por auto-polinização ou por polinização cruzada • Auto-incompatível (AI) ou Autoestéril – Apenas viável a polinização cruzada.

(20) 2005-2006. Autogamia • Auto-fertilização • Transferência do pólen para a mesma flor ou entre flores da mesma planta. • ~60% das angiospermicas são habitualmente autogâmicas.

(21) 2005-2006. Desvantagens da Autogamia • Diminui a variabilidade genética • Reduz a heterozigocidade e aumenta a homozigocidade de alelos letais. • Reduz o vigor da descendência.

(22) 2005-2006. Perda de Heterozigocidade por auto-fecundação A. a. A. AA. Aa. a. Aa. aa. Aa x Aa 1/4 AA 1/2 Aa 1/4 aa. O cruzamento entre dois heterozigóticos para um gene alelico produzirá uma descendência em que 50% dos indivíduos são homozigóticos. A proporção de heterozigóticos será reduzida para metade em cada novo cruzamento F1: 50% F2: 25% F3: 12.5% F4: 6.2% F5: 3.1% F6: 1.5%.

(23) 2005-2006. Auto-Incompatibilidade (AI) • Incapacidade de uma flor hermafrodita fértil produzir um zigoto após auto-fecundação. • Envolve a presença de mecanismos bioquímicos ao nível do estigma ou do estilete, por forma a rejeitar ou impossibilitar o crescimento do tubo polínico do pólen produzido pela própria flor. • Geneticamente controlada pelos chamados locus-S – Alelos S opostos atraem-se – Alelos S idênticos repelem-se.

(24) 2005-2006. Incompatibilidade esporofitica (IE) • Os tecidos da antera (esporofito-2n) determinam que combinações são ou não viáveis. • Interacção entre a exina do grão de pólen e o tecido estigmático • O pólen não germina em flores que contenham um dos dois alelos coincidentes com os do tecido esporofitico da antera que o originou..

(25) 2005-2006. Incompatibilidade Gametofitica (IG) • O genótipo haplóide do grão de pólen (gametófiton) determinam que combinações são ou não viáveis. • Interacção entre o pólen e os tecidos do estilete. • O grão de pólen germinará em qualquer pistilo que não contenha o mesmo alelo. • 50% das angiospermicas.

(26) 2005-2006. Vantagens da auto-incompatibilidade • Previne a consanguinidade e a expressão de genes letais que se encontram na forma heterozigótica nos progenitores. • Aumenta a diversidade genética..

(27) 2005-2006. Estratégias para impedir a auto-fecundação. Heterostilia •. Flores em diferentes indivíduos de uma mesma espécies com 2 ou 3 comprimentos diferentes dos estiletes e das anteras, variando estas dimensões inversamente. •. 25 famílias de angiospermicas, em 155 géneros diferentes..

(28) 2005-2006. Separação temporal da estruturas reprodutivas (Dicogamia) • Protandria – As anteras libertam o pólen antes do estigma estar receptivo. • Protoginia – O estigma fica receptivo antes da libertação do pólen.

(29) 2005-2006. Separação física das estruturas reprodutivas • Plantas monoicas ♀. • Plantas dioicas ♂.

(30) 2005-2006. Problema fundamental do melhoramento: “Detentores de elevado índice de variabilidade, descobrir dentro desta os indivíduos com o melhor genótiopo, conhecendo apenas o fenótipo”.

(31) 2005-2006. Origem da Variabilidade -Ambiental: Variação no desenvolvimento de plantas genéticamente uniformes, devidas à exposição a diferentes situações de stress ambiental. -Hereditária Mutação Génica- Modificações pontuais, naturais ou induzidas, que têm como resultado uma alteração na síntese das proteínas. Cromossómica: Rearranjo, perda ou ganho de segmentos ou cromossomas nas sua totalidade. -Recombinação Génica -Ao contrário da mutação, a recombinação não implica alteração ao nível do gene, mas sim novas combinação de genes originários dos progenitores. -Poliploidia - Variação no nº de cromossomas. Auto, alopoliploidia e aneuploidia.

(32) 2005-2006. Falta de concordância genótipo/fenótipo Exemplo: cruzamento entre indivíduos diferindo em apenas um par de genes, num caso com dominância e noutro com hereditariedade intermédia Progenitores: A(vermelho) X a(Amarelo) F1- Genótipos. 100%Aa. F1- Fenótipos Com dominância. Sem Dominância. 100%Vermelhos (Aa) F2-. Genótipos. 100% Laranja (Aa). 25%AA + 50%Aa+25%aa. F2- Fenótipos Com dominância 75% Vermelhos+25%amarelos. Sem Dominância 25%Vermelhos+50%Laranja+25%amarelos. Cruzamento teste ou avaliação da descendência de autofecundação para conhecer a origem homo o heterozigótica da cor vermelha. Sem necessidade de avaliação.

(33) 2005-2006. Hereditariedade de Caracteres Simples A avaliação do genótipo 1.- Teste de Descendência O comportamento de uma planta individual é conhecido fazendo crescer e observando as características da sua descendência. Por este processo, podemos compreender se os alelos envolvidos na manifestação de um determinado caracter se apresentam na forma homo ou heterozigótica. Veja-se o caso desta F2, onde 3 em cada 4 indivíduos apresentam fenotipicamente uma característica dominante.

(34) 2005-2006. 2. - O Cruzamento Teste (Testcross) A planta cujo genótipo se pretende avaliar é cruzada com uma reconhecidamente homozigotico recessiva para o caracter em questão. 100% das plantas obtidas apresentarão a característica dominante se a planta a testar for homozigótica dominante ou a proporção será de 1:1, se a planta original for heterozigótica. Quando utilizar um outro método? -Em autogâmicas -Em alogâmicas -Em autoestéreis. O testcross é de grande utilidade no estudo do ligamento (Linkage) i.e: a associação de genes no mesmo cromossoma.

(35) 2005-2006. Recombinação génica após hibridação Segregação independente de dois genes alelicos (cruzamento di-híbrido). Restrições: -Ligamento -Tamanho da população para mais genes 2-----------------16 5-----------------1024 10---------------1.048.576.

(36) 2005-2006. No caso de genes ligados. Utilização do testcross para determinar as proporções de recombinação na F1. Genótipos esperados na F2 , (%). Alterações ao racio 9VP:3Vp:3vP:1vp,esperado de um cruzamento di-híbrido com segregação independente..

(37) 2005-2006. Importância do conhecimento dos valores de ligação para o melhorador 1. A % de recombinação é constante. 2. As trocas de segmentos cromossómicos numa recombinação ocorrem apenas entre 2 dos 4 cromatideos como tal o resultado de recombinação será sempre <=50% 3. A proporção de recombinações será sempre inferior à proporção de segregação de genes independentes pelo que será necessário analisar de F2 de maiores dimensões, para obter a forma desejada. 4. A ligação pode ser benéfica se o gene desejado estiver fortemente ligado a um outro que pode ser facilmente identificável fenótipicamente. Pode ser prejudicial, se esta ligação ocorrer com um gene capaz de transmitir características indesejáveis. 5. A informação sobre os valores de ligamento facilita a construção de mapas genéticos.

(38) 2005-2006. Hereditariedade de caracteres quantitativos Considerámos até agora caracteres de hereditariedade simples, controlados por um reduzido nº de genes maiores e cujos efeitos são facilmente identificáveis fenótipicamente. Podemos dizer que tratámos de casos de hereditariedade qualitativa. Cor da flor ou da folha, putrescência ou ausência dela são alguns exemplos. Vamos agora ver alguns exemplos de hereditariedade quantitativa. Ou seja, casos em que as características são controladas normalmente por vários genes (poligenes), a que chamados genes menores, normalmente localizados em diferentes loci e que conjuntamente afectam a expressão de uma característica fenótipica. Capacidade produtiva e vigor são alguns exemplos..

(39) 2005-2006. O aparecimento na F2 de indivíduos com vários níveis intermédios para a expressão da característica em análise é um exemplo típico de que essa característica é controlada por um determinado nº de genes menores não alelicos.. Segregação transgressiva Outra característica hereditária dos caracteres quantitativos ou mesmo dos qualitativos, quando o caracteres de interesse é controlado por genes diferentes é o facto de alguma da descendência se poder encontrar fora dos limites dos progenitores. A estes chamamos segregantes transgressivos.

(40) 2005-2006. A segregação transgressiva torna-se mais evidente nas gerações seguintes à F2. Veja-se na figura ao lado representada de forma esquemática a distribuição de individua em vária gerações sucessivas Aspectos específicos da heritabilidade de caracteres quantitativos 1.Não é possível identificar efeitos de genes individuais. Cada um dos genes, expressa um pequeno efeito que contribui para a expressão da característica. 2.Os efeitos dos múltiplos genes expressam-se sobre diferentes tipos de acção genica: aditividade, dominância, epistasia, sobre-dominância. 3.Os genes que contribuem para a expressão de uma caractetistica encontram-se em vários loci e por isso não são contabilizáveis racios directos de segregação. 4.Numa população em polinização livre, a característica fenótipica é observada de uma forma continua desde o nível mais elevado ao nível mais baixo..

(41) 2005-2006. As Técnicas Básicas do Melhoramento -Selecção O sucesso no melhoramento de plantas depende directamente da variabilidade da população original e da capacidade do melhorador para aumentar, combinar e seleccionar essa variabilidade.

(42) 2005-2006. -Recombinação -Hibridação -Cruzamentos complementares -Cruzamentos transgressivos. -Retrocruzamento -Operação de voltar a cruzar um híbrido F1 com um dos seus progenitores. -Em melhoramento deveria chamarse Retrocruzamento Recorrente, pois como vamos ver continua a cruzar-se o híbrido com o progenitor com o objectivo de introduzir neste a característica desejada, recuperando no final o resto do seu próprio genótipo. INTRODUÇÃO DE UM DOMINANTE.

(43) 2005-2006. INTRODUÇÃO DE UM RECESSIVO.

(44) 2005-2006. Nº de Indivíduos Necessário: A dimensão mínima da família n> log(1-S) / log(1-P). Exemplo: Nº de individuos necessário para obter com 95% de probalibidade, pelo menos um homozigótico recessivo (aa), num cruzamento entre progenitores (AA)x(aa)?. p=1/4, S=0,95. donde. n>log(1-0,95)/log(1-0,25)=10,4=11individuos.

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