Melhoramento Genético de Plantas

1. Melhoramento Genético de Plantas

2. Arte e ciência para alterar geneticamente as plantas e animais de modo a tender as necessidades do homem.

3. Objetivo Fornecer conhecimentos básicos sobre os princípios da genética vegetal e sua aplicação nos vários métodos de melhoramento, capacitando o estudante para planejar e executar prática, programas específicos de melhoramento de espécies cultivadas.

4. Histórico Vavilov: Evolução direcionada pelo homem Frankel: Ajuste genético de planta a serviço do homem - Domesticação primitiva das plantas - Contribuição á evolução social do homem - Mudança do estilo de vida de nômade para sedentário - Desenvolvimento das artes e das grandes cidades

5. Início de Revolução Verde: + ou - 11.000 anos na bacia dos rios Tigre e Eufrates O fértil crescente: há 7.000 anos a agricultura na região já era bem desenvolvida e as principais cidades da mesopotânia já haviam sido irrigadas. - As principais culturas já estavam estabelecidas em 3.000 A.C. - Américas a revolução verde iniciou-se mais tarde: em torno de 1.000 A.C.

6. Culturas mais importantes na fundação de civilizações: Velho mundo: cevada e trigo Novo mundo: milho África: sorgo granífero

7. Domesticações importantes nas Américas

8. Culturas importantes e de desenvolvimento recente - Aveia, centeio e mais recentemente seringueira e triticale -No de plantas superiores conhecidas: 250.000 -No de plantas utilizadas pelo homem: 3.000 -No de plantas intensamente cultivadas: 150 Ocorreu mudança de seleção automática para seleção consciente.

9. Seleção primitiva: para plantas maiores, maior número de sementes, frutos indeiscentes, frutos coloridos, plantas anuais e autopolinizadas. Conhecimentos exigidos do melhorista Evolução, genética, estatística, bioquímica, fisiologia vegetal, citologia, entomologia, fitopatologia, nutrição de plantas e práticas agrícolas.

10. Principais objetivos do melhoramento de plantas • Aumento de produtividades • Ex: milho, trigo, algodão, soja • Expansão de áreas de produção • EX: soja e café, sorgo • Resistência ás doenças: Ex: milho vs carvão • Soja vs nematóide • Resistência às pragas: Ex: precocidade vs bicudo do algodoeiro.

11. Qualidade do produto: • Ex: beterraba açucareira: de 7 a 18% de açúcar em 175 anos • Milho opaco-2: proteína com maiores teores de lisina e triptofano • Algodão: qualidade da fibra - 28 mm a > 31 mm em 35 anos de seleção no Brasil

12. Adaptação á colheita mecânica • Soja- inserção da 1ª vargem • Sorgos- de menor porte • Feijão- porte ereto e hábito determinado

13. Mecanismos evolutivos das espécies cultivadas A atuação conjunta da seleção natural e artificial proporcionou ao melhorista moderno um formidável acervo botânico. Formas de evolução Existem 3 categorias principais: mutação, poliploidia e hibridação interespecífica.

14. Introdução de plantas e diversidade genética • Novas cultivares pode ser obtidas a partir de introduções das seguintes maneiras: • Utilização direta como cultivar, após avaliação em ensaios de competição com materiais já cultivados; • Seleções “de genótipos no material original, se este heterogêneo, procedendo-se principalmente á eliminação de ‘tipos” indesejáveis

15. Cruzamento com outras cultivares, visando a transferência de alelos de interesse.

16. Principais culturas introduzidas no Brasil • Cana: a introdução de canas javanesas e indianas solucionou o problema de ataque de doenças em canaviais nacionais, entre 1920 e 1924. • Café: introduzido em Belém em 1727: Sementes de C. arábica existente na Guiana Francesa. • Em 1933 iniciou-se o programa de melhoramento do cafeeiro no IAC (Instituto Agronômico de campinas).

17. A c.v. feijão preto Rico-23 (Phaseolus vulgaris L.) introduzida em 1954, da Costa Rica sobressai em termos de produção de grãos, resistência a doenças e outras características • Após 5 anos foram distribuídos aos agricultores.

18. - Eucalipto introduzido por meio da Companhia Paulista de Estradas de Ferro em 1903 no IAC e somente em 1960 teve maior atenção. - Maçã (Malus spp.) introduzido no final do séc. XIX, porém teve maior atenção a partir de 1960. - Milho introduzido no início do séc. XX.

19. Tipos de materiais introduzidos - Não é aconselhável estacas, manivas, toletes, etc. - Evitar a introdução concomitante de patógenos e pragas (tratamentos preventivos) - Sementes tratadas (é recomendado) - Intercâmbio de materiais reprodutivos na forma de cultura de tecidos, livres de patógenos.

20. Instituições que cuidam da introdução EMBRAPA- Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária CENARGEM- Centro Nacional de Recursos Genéticos e Biotecnologia Realiza triagem no intercâmbio de material genético entre o Brasil e outros países. EX: genótipos de mandioca, “in vitro”, na forma de cultura de meristemas, do Brasil para a Colômbia (Centro Internacional de Agricultura Tropical – CIAT)

21. Diversidade genética em plantas • Mutação • São alterações ou modificações súbitas em genes ou cromossomos, podendo acarretar variação hereditária. • As mutações podem ser gênicas quando alteram a estrutura do DNA ou cromossômicas quando alteram a estrutura ou o número de cromossomos.

22. As mutações são espontâneas e podem ser silenciosas, ou seja, não alterar a proteína ou sua ação. Podem ainda ser letais, quando provocam a morte, ou ainda acarretar doenças ou anomalias. As mutações também promovem a evolução já que determinam aumento na variabilidade genética.

23. As Mutações gênicas: constantemente ocorre e é a base para a seleção natural, pois a maioria são deletérias e recessivas. Ocorre em > probabilidade em população geneticamente heterogênea (carregam e segregam > alelos recessivos) EX: centeio, cevada, feijão, linho, milho, tomate.

24. A) Mutações gênicas ou Mutações de ponto - envolvem mudanças em sítios específicos de um gene. • Principais tipos de mutações de ponto são: • Substituições de bases - um par de base é substituído por outro – Transição - substituição de uma base por outra da mesma categoria química (A-G / C-T) Purina A G Pirimidina C T 

25. Transversão - substituição de uma base por outra de categoria química diferente (purina por pirimidina) Purina Pirimidina A C A T G C G T Pirimidina Purina C A C G T A T G

26. B) Mutações Extranucleares: Modificações no DNA de organelas como a mitocondria e cloroplasto.

27. C) Mutações Cromossômicas Também chamadas de aberrações cromossômicas, são alterações na estrutura ou no número de cromossomos normal da espécie. - Podem provocar anomalias e más formações no organismo ou até a inviabilidade dele

28. Mutações cromossômicas: a) Estrutural: Inserções e Deleções - adição ou remoção de um ou mais pares de nucleotídeos • Inserções e Deleções - mais freqüentes do que as substituições de bases • Podem levar a mudança na matriz de leitura, alterando todos os aminoácidos após a mutação. • Em geral tem efeitos drásticos no fenótipo.

29. • Deleções e Inserções em múltiplos de 3 podem deixar a matriz intacta, embora ainda afete o fenótipo.

30. Inserção ..GGG AGT GTA GAT GGT CC .... T Nova sequência .. GGG AGT GTA TGA TGG TCC ... ..GGG AGT GTT AGA TGG TCC ... Nova sequência …GGG AGT GTT AGT GGT CC … Deleção

31. A inserção ou a deleção alteram a matriz de leitura e podem mudar muitos códons Mutações silenciosas - mudança de um códon por outro originando o mesmo aminoácido. EX: UUA - leucina UUG - leucina

32. • Mutações de sentido trocado - mudança de um códon por outro originando aminoácido diferente. EX: CAC- histidina CAA- glutamina

33. – Sinônimas - códon especifica aa quimicamente semelhante. – Não-sinônimas - aa quimicamente diferente. • Mutações sem sentido - substituição de um códon para aa qualquer por um stop codon. EX: UAC- tirosina UAA - stop

34. Agentes Mutagênicos • Físicos radiações ionizantes (raios X, radiações alfa, beta e gama) e radiação ultravioleta. • Químicos  colchicina, gás mostarda, sais de metais radioativos, alcatrão, benzeno, benzopireno, etc.

35. Uso da Mutação no Melhoramento Quando não há variabilidade genética disponível para a característica de interesse.

36. • Mutação direta - altera o fenótipo do tipo selvagem (modificação nas proteínas pode levar a alterações no fenótipo).

39. Exemplo Prático: EX: Domesticação do arroz: ocorreu mutação em apenas um par de bases no DNA causando a mudança de um aminoácido em uma proteína ocorrendo a redução da degrana natural.

40. Mutação Natural? Devon, Reino Unido, 2009

41. b- Numéricas Provocam alterações no número típico de cromossomos da espécie (cariótipo). Podem produzir anomalias graves e até a morte do organismo. b.1)Aneuploidias(Somias) quando acrescentam ou perdem um ou poucos cromossomos. b.2) Euploidias quando há a alteração de um genoma inteiro.

42. b.1) Aneuploidia: termo geral que descreve os organismos cujo número de cromossomos não é múltiplo perfeito do conjunto básico de cromossomos do grupo.

43. b.1) Aneuploidias (Somias) Nulissomia (2n-2)  perda de um par inteiro de cromossomos. BBCC = 4 cromossomos Monossomia (2n-1)  um cromossomo a menos no cariótipo. ABBCC = 5 cromossomos Trissomia (2n+1)  um cromossomo a mais no cariótipo. AAABBCC= 7 cromossomos Tetrassomia (2n+2)  dois cromossomos a mais no cariótipo. AABBCCAA = 8 cromossomos

44. Causas da Aneuploidia a) Movimento retardado dos cromossomos durante a anáfase. b) Não disjunção de cromossomos ou cromátides durante a meiose ou mitose. c) Assinapse (não pareamento) de cromossomos homólogos na meiose.

47. II) Euploidias descreve os casos onde há repetição de conjuntos básicos de cromossomos de uma ou mais espécies. Monoploidia (n)  quando há apenas um genoma. - São de interesse do melhorista porque a duplicação induzida de seu genoma resulta em indivíduos totalmente homozigoto e todos os cromossomos terão alelos idênticos. - A perpetuação desse tipo de indivíduo proporciona uma linha pura.

48. N = NO BÁSICO DE CROMOSSOMOS

49. Triploidias (3n)  quando há três genomas. Isso significa que cada célula possui três lotes de cromossomos homólogos (célula 3n). - Embora os triplóides sejam estéreis possuem características fisiológicas e fenotípicas favoráveis como frutos maiores e maior vigor fisiológico.

50. Triplóides: são altamente estéreis e reproduzem por via assexuada. • A triploidia ocorre em maçãs, uva e banana.