Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”

Departamento de Genética

LGN 313 - Melhoramento Genético

Recursos genéticos

Prof. Saulo Chaves

Piracicaba, São Paulo, Brasil

Conteúdo de hoje

  1. Motivação
  2. Recursos genéticos
  3. Conservação
  4. Prática

Motivação

Vulnerabilidade genética

A grande fome na Irlanda (1845-1852)

Daniel MacDonald

A grande fome na Irlanda (1845-1852)

  • 2 milhões de pessoas emigraram (principalmente para os EUA)
  • Quase 1 milhão morreu de fome
  • Evento fundamental na luta pela independência

Oleksandr_U/Shutterstock (TastingTable)
  • Phytophthora infestans: Requeima da batata
    • Problema sério no cultivo de solanáceas até hoje
  • Dependência em uma única cultivar: Irish lumper
    • A batata foi introduzida na Irlanda no século 17

Vulnerabilidade genética

Indica a homogeneidade/uniformidade de uma população, o que as torna predisposta à catástrofes relacionadas à fatores bióticos e abióticos

  • Consumidores demandam uniformidade
  • Jargão do melhoramento: Bom \(\times\) Bom
  • Materiais de melhoramento possuem muitos alelos em comum


SOLUÇÕES???

Recursos genéticos

Diversidade genética

  • Número de espécies diferentes que ocupam um determinado local \(\rightarrow\) ecologia
  • Somatório de informações genéticas conhecidas e desconhecidas, com potencial de uso \(\rightarrow\) melhoramento
Xingping Zhang/Syngenta

Diversidade genética

  • A diversidade genética é a matéria-prima do melhoramento vegetal.
  • O melhoramento só conseguirá ir até onde a diversidade disponível, ou variabilidade genética, permitir.
  • O que fazer quando a variabilidade da minha população exaure?

Centros de origem

Área geográfica em que um grupo de organismos (domesticados ou silvestres) se diferenciaram como uma nova espécie

  • Centro primário vs centros secundários
    • Áreas geográficas onde se observam grande diversidade (ou variabilidade) da espécie
    • Centros de diversidade
    • Ocorre em casos de migração (voluntária ou não)
  • Prospecção de alelos (germoplasma)
  • Áreas dignas de proteção e conservação

Centros de origem

Wiki

Centros de origem

Lysenko vs Vavilov

bolshoyvopros.ru
  • Lysenko: herança de características obtidas através do meio

The Wall Street Journal




“We biologists do not take the slightest interest in mathematical calculations, which confirm the useless statistical formulae of the Mendelists […] We do not want to submit to blind chance […] We maintain that biological regularities do not resemble mathematical laws.”

Central Archive of the Federal Security Service of the Russian Federation

Erosão genética

  • Declínio na variação genética de populações cultivadas ou naturais
    • Pode ocorrer naturalmente ou pela ação antrópica
  • Irreversível: perda de alelos
  • Passo em direção à uniformidade genética
    • Vulnerabilidade genética

Erosão genética natural

CK-12 Foundation

Erosão genética antrópica

  • Destruição de habitats
  • Exemplo: desmatamento
Martins et al. (2023)

Seleção artificial

Helina Chin

Base alimentar (genética) estreita

Melhoramento

Voss-Fels et al. (2019)

Variabilidade vs desempenho: milho

  • Polinização aberta vs Híbrido simples
Kutka (2011)

Variabilidade vs desempenho: eucalipto

  • Plantios monoclonais vs multiclonais
Rezende et al. (2019)

Conservação

Germoplasma

Material hereditário, transmitido por meio de gerações, incluindo toda estrutura ou propágulo capaz de regenerar um organismo vivo completo. É o patrimônio genético de uma espécie, contendo uma informação genética única, herdável e prontamente utilizável

Universitat de València

Fontes de germoplasma

  • Plantas domesticadas
    • Cultivares comerciais
    • Materiais em processo de melhoramento
    • Materiais oriundos de biotecnologia
    • Cultivares obsoletas
    • Variedades crioulas
  • Indíviduos silvestres (não-domesticados)
    • Mesma espécie ou relacionados

Grupos (pools) gênicos

  1. Grupo gênico primario (GP1): Fácil cruzamento e obtenção de progênies férteis
  2. Grupo gênico secundário (GP2): Cruzamento complexo e obtenção de progênies pouco férteis
  3. Grupo gênico terciário (GP3): Cruzamento muito complexo, e obtenção de progênies majoritariamente inférteis
Acquah (2007)

Grupos (pools) gênicos

Os grupos gênicos secundário e terciário só são acionados (nessa ordem) caso o alelo de interesse não se encontre no grupo gênico primário. Lembre-se, um alelo nunca é herdado sozinho!

Conservação de germoplasma

  • Bancos bases (BBG) ou ativos de germoplasma (BAG)
  • O método de conservação dependerá da espécie
    • Sementes ortodoxas vs recalcitrantes
  • Coleção-base: conservação a longo prazo
  • Coleção de backup: conservado em centros especializados (ex.: CENARGEN)
  • Coleção-ativa: conservação a curto e médio prazo
  • Coleção de trabalho: população de melhoramento

Conservação de germoplasma

O germoplasma conservado em BAG’s é chamado de acesso. Um acesso pode ser representado por várias plantas.

Conservação in situ

  • Ocorre no habitat natural da espécie
  • Ideal, porém muito complexo
  • Unidades de conservação, parques nacionais, áreas de proteção ambiental, etc.
  • Processo evolutivo contínuo
  • Exemplo: FLONA de Carajás
    • Espécie endêmica: Ipomoea cavalcantei
Renato Resende / Ascom 2022

Conservação ex situ

  • Fora do habitat natural
  • BAGs propriamente ditos
  • Processo evolutivo suspenso
  • Sujeita a erosão genética (efeito da amostragem)
  • Câmaras frias, in vitro ou on farm

Conservação ex situ: câmaras frias

  • Sementes ortodoxas
    • Material propagativo com algum tipo de dormência
  • Câmaras secas ou úmidas
  • Reavaliação do poder germinativo
    • Rejuvenescimento
Fonseca e Vieira (2015)

BAG de feijão

Conservação ex situ: in vitro


Alliance Biodiveristy & CIAT

BAG de banana

  • Sementes recalcitrantes
  • Meio de cultura
  • Criopreservação
  • \(\Uparrow\) Número de acessos
  • Limpeza clonal
  • Caro
  • Variação somaclonal

Conservação ex situ: on farm

  • Espécies com sementes recalcitrantes
  • Frequente para espécies perenes
  • Suscetíveis às intempéries
  • Multi-uso
CEPLAC

BAG de cacaueiro: CEPLAC

Manejo de um BAG: coleta

  • Fontes de germoplasma
  • Passaporte dos acessos
  • Tamanho efetivo populacional \(\neq\) tamanho amostral
Colli-Silva et al. (2023)

Manejo de um BAG: intercâmbio

  • Troca de materiais com BAGs de outras instituições
  • Observar regulamentos fitossanitários locais
  • Quarentena
Yang et al. (2024)

Manejo de um BAG: caracterização

  • Descritores morfológicos
  • Marcadores moleculares
  • Perfil de cada acesso
Santos et al. (2022)

Manejo de um BAG: avaliação

  • Detecção de duplicatas
  • Direcionamento do potencial de cada acesso
  • Formação das coleções de melhoramento
  • Coleções-nucleares
  • Pré-melhoramento
Sukumaran et al. (2022)

Germoplasma mundial: Svalbard

Svalbard Global Seed Vault
  • Esforço mundial (alto custo de manuntenção: \(\approx\) US$10M)
  • \(>\) 1,3 milhão de sementes de 6 mil espécies \(\rightarrow\) -18 ºC
  • Capacidade para 2,25 bilhões de sementes
  • Construção \(\approx\) US$10M

Germoplasma mundial: Svalbard

Germoplasma nacional: CENARGEN

Acervo/Portal Alelo
  • Localizado em Brasília/DF
  • Mais de 128 mil acessos de centenas de espécies
  • Importância estratégica: segurança nacional

Quarentena: CENARGEN

Acervo/Portal Alelo

Material de apoio

Grato!