MELHORAMENTO DE ESPÉCIES AUTÓGAMAS


Prof. Saulo Chaves

ESALQ / USP - Departamento de Genética

LGN 313 - Melhoramento Genético

Anteriormente em LGN0313

Um programa de melhoramento típico começa com a definição do perfil do produto, seguida por uma fase de manejo da variação genética conhecida como pré-melhoramento. Em seguida, procede-se a seleção e cruzamento dos genitores, o que dará origem às populações de melhoramento. Em tais populações, executam-se diferentes estratégias de seleção e condução das populações, as quais serão diferentes a depender do tipo de reprodução da espécie. A última fase é caracterizada pelos trâmites para registro da cultivar e posicionamento do produto no mercado

Bančič et al. (2024)

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Os programas de melhoramento de espécies de propagação assexuada caracterizam-se por sucessivas fases de seleção e clonagem dos selecionados.

Conteúdo de hoje

  1. Estrutura genética de espécies autógamas
  2. Teoria das linhas puras
  3. Métodos de melhoramento
    • Aproveitamento da variabilidade existente
    • Construção da diversidade via cruzamentos
      • Método Massal
      • Método Genealógico

Estrutura genética de espécies autógamas

Simbologia

  • \(F \rightarrow\) refere-se à “filial”
    • \(F_x \rightarrow\) “geração filial x”
  • \(P1 \times P2 \to F_1\)
  • \(F_1 \times F_1 \to F_2\) ou \(F_1 \stackrel{\otimes}{\to} F_2\)
    • \(\otimes \rightarrow\) autofecundação

As sementes estão uma geração à frente da população genitora

Exemplo: Sementes oriundas da autofecundação da população \(F_2\) estão na geração \(F_3\), e o plantio delas dará origem à população \(F_3\)

Simbologia

  • \(F_{x:y} \to\) geração da seleção individual : geração atual da população derivada

Estrutura genética

Geração AA Aa aa
\(F_1\) 100%
\(F_2\) 25% 50% 25%
\(F_3\) 37,5% 25% 37,5%
\(F_4\) 43,75% 12,5% 43,75%
\(\vdots\) \(\vdots\) \(\vdots\) \(\vdots\)
\(F_n\) \(\left(\frac{1}{2}\right)^{n-1}\) \(1-\left(\frac{1}{2}\right)^{n-1}\) \(\left(\frac{1}{2}\right)^{n-1}\)
\(F_\infty\) 50% 0% 50%

Atingir a homozigose significa que alelos foram fixados. Em outras palavras, a partir da geração de fixação de alelos, toda variação é de origem ambiental

Estrutura genética

  • Variação entre e dentro de populações

Melhoramento de espécies autógamas

Cruzamento \(\to\) construção da endogamia \(\to\) seleção \(\to\) cultivar: linhagens ou mistura de linhagens

Estrutura genética

  • Variação em populações antigas:
    • Mutações
    • Migração (mistura de variedades)
    • Cruzamentos naturais
    • Variabilidade pronta para uso
  • Variação em populações recentes:
    • Baixa: poucas linhagens
    • Pouco tempo para cruzamentos e misturas
    • Construção da diversidade pré-seleção

Teoria das linhas puras

Teoria das linhas puras

Linda Hall Library

Wilhelm Ludvig Johannsen


  • Cunhou os termos:
    • Gene
    • Fenótipo
    • Genótipo
  • Desenvolveu a teoria das linhas puras (1903)
    • Dinâmica de herança em espécies autógamas

Teoria das linhas puras

  • Saco de sementes com linhagens heterogêneas
  • Primeira seleção eficiente em separar as linhagens
    • Seleção entre linhagens
    • Variação genética e ambiental

Teoria das linhas puras

  • As demais seleções foram ineficientes
    • Seleção dentro de linhagens
    • Variação apenas ambiental
  • Processo repetido por várias gerações

Teoria das linhas puras

Conclusões

  1. Há variações herdáveis e variações causadas pelo ambiente
  2. A seleção só é eficiente se recair sobre diferenças herdáveis
  3. A seleção não gera variação
  • Linha pura: descendência, por autofecundação, de um único indivíduo
    • Principal tipo de cultivar para autógamas

\[ F_{LM} = G_{M} + E_1 \stackrel{\otimes}{\to} F_{LM} = G_M + E_2 \]

Métodos de melhoramento

Métodos de melhoramento

  • Exploração da variabilidade existente
    • ✅ Introdução de linhagens
    • ✅ Seleção massal
    • Seleção de indivíduos com teste de progênies
  • Construção da diversidade pré-seleção
    • Seleção e construção da endogamia simultâneos
      • Método massal
      • Método genealógico
    • Seleção após construção da endogamia
      • Método bulk
      • Método SSD
    • Retrocruzamentos

Métodos de melhoramento

Introdução de linhagens

Seleção massal

Seleção com teste de progênies

  1. Estabelecimento da população base
  2. Seleção individual
  3. Abertura das famílias (progênies)
  4. Avaliação das progênies
  5. Seleção de progênies superiores e uniformes
  6. Avaliação em ensaios com repetição
  7. Ensaios de competição de linhagens em múltiplos ambientes
  8. Procedimento de registro da cultivar (LPC-MAPA)

Seleção com teste de progênies

  • Vantagens:
    • Método rápido e simples
    • Aplicável para características de baixa herdabilidade
    • Mais preciso em distinguir os melhores que a seleção massal
  • Desvantagens:
    • Só é eficiente se realizada em populações heterogêneas
    • Baseado no fenótipo
    • Maior custo (avaliação das progênies)

Método massal

Seleção e construção da endogamia simultaneamente

Método massal

  • Fases avançadas: \(\uparrow\) nº de experimentos e repetições
  • Definição dos pais da próxima geração

Método genealógico (pedigree)

Seleção e construção da endogamia simultaneamente

Método genealógico

  • Seleção baseada no genótipo: teste de progênies
  • Eliminação de segregantes indesejados
  • A genealogia de cada planta é anotada através das gerações
  • Até quando vale a pena selecionar dentro das linhas?

Método genealógico

  • Gerações precoces: seleção para caracteres qualitativos
  • Gerações avançadas: seleção para caracteres quantitativos
  • Utilização de linhas de cultivares-testemunhas: parâmetros de comparação

A medida que as gerações avançam, a variabilidade dentro de cada linha se torna menor, e a variabilidade entre, mais evidente. Portanto, é comum que a seleção somente entre linhas seja realizada em gerações avançadas. Caso ainda haja segregação, a seleção dentro pode ser realizada.

Método genealógico

  • Fases avançadas: \(\uparrow\) nº de experimentos e repetições
  • Definição dos pais da próxima geração

Método genealógico

  • Vantagens:
    • A anotação do pedigree permite o manejo da variabilidade ao longo das gerações
    • A seleção é genotípica (baseada em testes de progênie)
    • Permite o descarte de indivíduos/famílias inferiores em gerações precoces
    • Menor número de linhagens puras para teste

Método genealógico

  • Desvantagens:
    • Realizado exclusivamente no campo
    • Somente uma geração por ano (dependendo da cultura)
    • A anotação do pedigree é um trabalho árduo, moroso e caro
    • Elevada demanda de mão-de-obra (qualificada) e campo experimental

Apanhado geral

Vimos hoje

A teoria das linhas puras é a base do melhoramento de espécies autógamas. Ela mostra que, quando as linhagens estão fixadas, toda variação observada é ambiental. Consequentemente, a seleção dentro das linhagens é, neste caso, ineficiente.

Vimos hoje

O método massal é uma estratégia de melhoramento baseada na seleção e construção da endogamia simultaneamente. Ele consiste na seleção individual e colheita em conjunto de sementes dos indivíduos para avanço de gerações, até atingir um nível desejado de endogamia.

Vimos hoje

O método genealógico também preconiza a construção da endogamia e realização da seleção simultaneamente. Neste caso, a utilização de testes de progênie confere um caráter genotípico à seleção. A preservação da informação genealógica também é uma característica marcante desta estratégia.

Vimos hoje

O estágio de desenvolvimento do produto consiste nos ensaios preliminares, intermediários e avançados de linhagens, onde os candidatos à seleção são avaliados em ensaios com repetição e testemunhas comerciais em múltiplos ambientes. Esta fase finaliza-se com os trâmites de registro da cultivar, seguindo as diretrizes do MAPA.

Material de apoio

Grato!