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

MELHORAMENTO GENÉTICO DE PLANTAS§O que é melhoramento?ØMelhoramento ambiental;ØMelhoramento genético:Ø“Arte e a ciência que visam a modificação

genética das plantas para torná-las mais úteis ao homem”Ø“Aumento na freqüência de alelos e genótipos

favoráveis”Ø“Obtenção de bons genótipos” 

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.

Dr. Ernesto Paterniani

Poder da seleção??!!!!!

Como seriam algumas espécies alimentícias se não fossem modificadas geneticamente ao longo de

milenios

Domesticação:Ø Mais arte do que ciência;Ø Ocorrida em tempos remotos;Ø Hoje o melhoramento genético praticamente é só ciência;

“Importante é a interação entre melhoramento ambiental e genético” 

Obtenção de bons genótiposApenas um genótipo:ØHeterozigótico (híbrido de linhagens puras,

clones de indivíduo heterozigoto);ØHomozigótico (linhagem pura).Vários genótiposØPredominantemente heterozigóticos (híbrido

triplo ou duplo);ØPredominantemente homozigóticos (Variedade

sintética, mistura de linhagens puras).

“VARIEDADES – CULTIVARES”Cultivar:

ØGenótipo ou grupo de genótipos com alguma característica específica ou simplesmente reunidos em um grupo (população), utilizado (s) comercialmente pelos agricultores.

“VARIEDADES – CULTIVARES”§Tipos de cultivares:ØLinhagem pura;ØMistura de linhagens puras;ØClone;ØHíbrido (de linhagens puras, Intermediário,

Intervarietal);ØVariedade;ØVariedade sintética;

Passos do melhoramento

ØIdentificação dos melhores genótipos;ØProvocação do aparecimento do(s) genótipo(s)

(quando necessário);ØMultiplicação do(s) genótipo(s) desejado(s). 

Dificuldades na procura e obtenção de bons genótipos

Nem sempre é difícil;ØEspécies ainda não melhoradas (Apenas a

coleta ou introdução de um genótipo novo já é uma grande contribuição, muitas vezes);ØIsolamento 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);

Dificuldades na procura e obtenção de bons genótipos

ØCorrelação não desejável entre caracteres;ØBase genética estreita (Fazer recombinações,

introgressões, usar Bancos e origem);ØFrequência genotípica baixa (Trabalho com

grande número de indivíduos);ØEfeitos ambientais – F → G + E + GE (O efeito G

precisa ser separado). ØGenótipos diferentes – fenótipos iguais

(Repetições, progênies, controle ambiental).ØInteração gênica

MelhoristaØPrecisa estabelecer uma estratégia de

visão de futuro sobre seu trabalho;ØNem sempre busca apenas rendimento;ØQualidade; ØAtratividade; ØAdaptação ao manuseio;

MelhoristaØAdaptação à comercialização; ØAdaptação a uma nova condição (Abelha

sem ferrão); ØInserção ideal na cadeia produtiva;ØCorreção de alguma “frescura” ou

preferência (Milho espiga fina, Feijão hilo amarelo, cenoura cilíndrica).

Perfil do melhorista (Pesquisa realizada)ØPaciência;ØPersistência (a mais lembrada);ØHabilidade interpessoal para estabelecer

relacionamentos;ØEspírito de liderança e vontade de

trabalhar com afinco;ØConhecer as disciplinas Genética,

Estatística, Entomologia, Fitopatologia, Fisiologia Vegetal;

 

Perfil do melhorista (Pesquisa realizada)ØParceria (Dificilmente um apenas tem a

condição de desempenhar com eficiência e profundidade todas as disciplinas consideradas prioritárias para o melhoramento);ØFamiliarização com recursos genéticos

(Não recebeu prioridade).

Perspectivas no BrasilØExecução de programas –

Predominantemente pelo setor público. Exceções são soja, milho e algumas outras;ØMudanças em curso devido à Lei de

Proteção de Cultivares;ØBiologia molecular e Biotecnologia –

Disponibilização de novas ferramentas, principalmente no caso de plantas perenes;

Perspectivas no BrasilØCadeias produtivas ainda com pouco

sucesso, onde o melhoramento pode avançar;ØOlerícolas; Fruteiras; Forrageiras;

Florestais; Medicinais.

Recursos Genéticos VegetaisØBiodiversidade – Totalidade de genes,

espécies e ecossistemas do mundo ou de uma região;ØConservação da biodiversidade –

Manutenção de um sistema de apoio à vida humana, fornecido pela natureza e os recursos vivos essenciais para o desenvolvimento.

Recursos Genéticos VegetaisØErosão genética - Redução na

biodiversidade genética de espécies;Ø300.000 espécies de plantas superiores

descritas;ØHomem já utilizou aproximadamente

3.000 na alimentação;

Recursos Genéticos VegetaisØAtualmente usa aproximadamente 300;

ØApenas 15 são responsáveis por 90% de toda a alimentação humana;

ØTrigo, arroz, milho e batata – 80% do total produzido.

Recursos Genéticos VegetaisØNikolai Vavilov (início do século XX) –

Primeiro a reconhecer a importância da coleta de sementes e organização de coleções;ØRGV representa:ØReservatório genético;ØSoluções para diversas alterações

ambientais;ØMatéria prima para o desenvolvimento da

agricultura;

Recursos Genéticos VegetaisØPossível solução para a vulnerabilidade

genética;ØRisco que existe devido à base genética

estreita (risco mais a curto prazo);ØMangueira – 80% da cultura implantada

no país pertence a Tomy Atkins e Haden;ØResolve-se com a diversificação de

cultivares, introdução de novos genótipos e recombinação genética.

Recursos Genéticos VegetaisØGermoplasma – “Germo” (princípio

rudimentar de um novo ser orgânico) + “plasma” (matéria não definida);ØMatéria onde se encontra um princípio

que pode crescer e se desenvolver;ØSoma total dos materiais hereditários de

uma espécie.

Recursos Genéticos VegetaisØCategorias de germoplasma (HOYT, 1992);ØParentes silvestres;ØPopulações locais (Landraces) (Cultivo

primitivo);ØCultivares que foram substituídas;ØLinhagens experimentais;ØMutações e outros produtos do

melhoramento;ØCultivares modernas;

Recursos Genéticos VegetaisØBanco de Germoplasma (Formação);ØIntrodução (Espécie, cultivar - variedade,

híbrido, etc, Citoplasma, Gene);Ø Intercâmbio (aquisição recíproca) –

Regulamentos específicos, Quarentena;ØColeta (Lavouras, roças, hortas e pomares

caseiros, mercados e feiras, habitats silvestres);

Recursos Genéticos VegetaisØCaracterização e avaliação de Bancos de

germoplasma;ØDetecção de duplicações;ØDeterminação de descritores que auxiliam

a escolha pelo melhorista;

Recursos Genéticos VegetaisØConservação;Ø“In situ” – Dentro do ecossistema,

mantendo o habitat natural;Ø“Ex situ” – Fora do ambiente original ou

natural;ØColeção de base (longo prazo);ØColeção ativa (Médio prazo – Banco ativo

de germoplasma);ØColeção nuclear (Menores, representam a

variabilidade genética da espécie);

Recursos Genéticos VegetaisØColeção “in vivo” (a campo) –

Recalcitrantes, propagação vegetativa;ØColeção “in vitro” (Geralmente propágulos

em laboratório);ØColeção genômica (Fragmentos de DNA

que representam o genoma);ØCriopreservação (“in vitro” em longo

prazo, com utilização de N líquido).

MANGABA – EMEPA - PB

ARROZ - FILIPINAS

BANCO MUNDIAL - NORUEGA

BANCO MUNDIAL - NORUEGA

BANCO MUNDIAL - NORUEGA

Recursos Genéticos VegetaisØAcessos mantidos em coleções;Ø+ de 2,5 milhões;Ø1.200.000 cereais;Ø369.000 leguminosas;Ø215.000 forrageiras;Ø137.000 hortaliçasØ74.000 tubérculos.

Recursos Genéticos VegetaisØRGV e MelhoramentoØHá uma lacuna;ØMelhoristas resistem em utilizar os Bancos

de Germoplasma, utilizando sua própria coleção de trabalho (evitam trabalhar com genótipos selvagens);

•Recursos Genéticos VegetaisØCausas da baixa utilização:

ØDocumentação e descrição inadequadas;ØFalta de avaliação das coleções;ØPouca disponibilidade de sementes;ØAdaptação restrita dos acessos;ØFalta de informações desejadas

•Recursos Genéticos VegetaisØCausas da baixa utilização:

ØNúmeros insuficiente de melhoristas;ØDificuldade identificar genes

potencialmente úteis;ØAusência de programas de pré-

melhoramento.

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, principalmente em instituições privadas.

Recursos Genéticos VegetaisØPré-melhoramento;ØIntensificação na obtenção de

informações sobre os acessos e criação de populações direcionando-as ao melhoramento;ØIdentificação de caracteres ou genes de

interesse e incorporação nos materiais adaptados (elites)ØPode identificar acessos melhores que

cultivares locais (Ex: LAMP).

O processo evolutivo e o melhoramentoØDomesticação (utilização de certas plantas

pelo homem) – originou uma coevolução tornando-as dependentes de um ambiente artificial (menor competição);

ØSeleção artificial – Na maioria das vezes contraria as tendências evolutivas;

O processo evolutivo e o melhoramento

ØMecanismos capazes de alterar a constituição genética no melhoramento – São os mesmos atuantes na natureza ao longo dos processos evolutivos. Portanto os mecanismos evolutivos são ferramentas do melhorista;

O processo evolutivo e o melhoramentoØTeoria Sintética da evolução;ØCriação de variabilidade genética

(mutações de ponto, mutações cromossômicas);ØAmplificação da variabilidade genética

(Recombinação, hibridação, migração);ØProcessos que orientam para maior

adaptabilidade;ØSeleção e ação do acaso;ØIsolamento reprodutivo;ØDivergência genética;

ØSeleção;ØPrevisível;ØDirecional, estabilizadora, disruptiva;

ØOscilação ou deriva genética – Também possui uma direção que não é constante;

ØDomesticação:ØAcidental – Relação inconsciente com a

planta que utiliza na alimentação e passa a proteger;ØEspecializada – A planta é levada para

junto da habitação (menor competição);ØAgrícola – Mudança de ambiente para que

a planta possa maximizar o seu potencial de produção (criação de ambiente artificial);

ØDomesticação científica;

ØManipulação dos mecanismos de evolução das plantas;ØPerigo do rompimento do equilíbrio;ØConsciência do perigo – Campanha de

conservação dos recursos genéticos;

Endogamia no melhoramentoØCruzamento entre indivíduos aparentados

(primos, meios irmãos, irmãos completos, retrocruzamentos, autofecundação);ØIndesejável em muitos casos e auxiliar em

muitos esquemas de melhoramento;ØLinhagens puras em autógamas;ØLinhagens puras para obtenção de

híbridos em alógamas;

Endogamia no melhoramentoØProgênies para servir de base para

seleção;ØEliminação de alelos indesejáveis na

seleção recorrente;ØPode ocorrer devido ao pequeno tamanho

da população;

Endogamia no melhoramentoØConsequências;ØAumento da homozigose;ØAlteração na frequência genotípica e não

na frequência gênica;ØAparecimento de fenótipos indesejáveis

(Deficiência de clorofila, nanismo, esterilidade, etc...);ØDepressão por endogamia – Perda de

vigor generalizada, diminuição na expressão de caracteres quantitativos em decorrência do aumento na homozigose;

Valor genotípico

Frequênc

ia genotípic

aGenótipo S0 S1 S2 .... S∞

BB 10 1/4 3/8 7/16 .... 1/2Bb 10 1/2 1/4 1/8 .... 0bb 2 1/4 3/8 7/16 .... 1/2

Média 8,0 7,0 6,5 .... 6,0

Não pode aumentar ao invés de diminuir?

CULT

IVAR

ES

CULT

IVAR

ES

Endogamia no melhoramentoØAlfafa, cenoura, milho, cana, eucalipto –

plantas que mais sofrem perda de vigor com endogamia;ØCebola, girassol, centeio – nem sempre

sofrem depressão;ØCucurbitáceas e autógamas – pouca ou

nenhuma depressão;ØCoeficiente de endogamia – nível de

homozigosidade em uma geração específica;

 

Hibridação no melhoramentoØImportante tanto no sentido da

exploração do vigor híbrido quanto para promover variabilidade e obter progênies para servir de base para processos de seleção;ØHeterose (SHULL, 1912)Ø“Superioridade do híbrido em relação à

média dos pais”;Ø“Expressão dos efeitos benéficos da

hibridação”;Ø“Aumento do vigor, da expressão de

Hibridação no melhoramento

ØHeterobeltiose – Superioridade (?) do híbrido em relação ao pai superior;

ØHeterose padrão – Desempenho do híbrido em relação à uma cultivar padrão;

Hibridação no melhoramentoØManifestação da heterose;ØÁrea foliar;ØDesenvolvimento do sistema radicular;ØAltura da planta;ØRendimento;ØTaxa fotossintética;ØMetabolismo celular;ØTamanho da célula;ØTamanho do fruto;ØNúmero de frutos;ØCor do fruto;

Hibridação no melhoramentoØBase genética da heterose;ØDominância – O número médio de locos

homozigotos desfavoráveis no híbrido é menor que em cada um dos parentais;ØSobredominância – Cada alelo de um loco

possui função distinta, mas há um estímulo fisiológico em indivíduos heterozigotos;ØEpistasia – Combinações específicas

envolvendo alelos de diferentes locos fornecem um estímulo fisiológico;

Hibridação no melhoramento

ØHibridação em autógamas;ØSeleção continuada leva à fixação de

linhas puras;ØHibridação para aparecimento de

variabilidade (segregação transgressiva);ØHeterose em autógamas?

Hibridação no melhoramentoØHibridação em alógamas;ØUso em híbridos;ØManutenção da variabilidade ou

promoção de variabilidade;ØCruzamentos controlados para obtenção

de progênies ou famílias;ØProgênies ou famílias de meios-irmãos

(intra e interpopulacionais);ØProgênies ou famílias de irmãos germanos

(intra e interpopulacionais);ØProgênies ou famílias “top cross” – vários

ØCausas da autofertilização;

ØMorfologia floral que força a liberação do pólen dentro da própria flor (Cleistogamia)

PLANTAS AUTÓGAMAS