Melhoramento Genetico de Plantas Alogamas - Estudo de Caso e Estrategias

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE LONDRINA CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICASDEPARTAMENTO DE BIOLOGIA GERAL DISCIPLINA 6BIO 028 GENÉTICA NA AGROPECUÁRIACURSO DE AGRONOMIA ano 2022 Prof Dr Josué Maldonado Ferreira TRABALHO DE CONSOLIDAÇÃO DOS CONCEITOS DE GENÉTICA PARA O MELHORAMENTO DE PLANTAS Foi descoberta uma nova espécie vegetal que produz frutos com poupa vermelha e alto teor de vitamina C para consumo in natura ou processado sucos geleias sorvetes etc O grande retorno econômico e interesse do mercado consumidor promoveu uma rápida disseminação da cultura por diferentes regiões com produção em áreas extensas Com isto surgiu uma doença que se inicia antes do florescimento e vai até a colheita causando severa redução da produtividade em condições de epidemia Para tentar resolver este problema houve uma procura de variabilidade genética no local de origem desta espécie sendo encontradas plantas resistentes à doença mas que apresentavam frutos amarelos com baixo teor de vitamina C e baixa produtividade de frutos por planta kgplanta Estudos genéticos e biológicos permitiram verificar que esta espécie é alógama mais de 95 de fecundação cruzada e diplóides 2n 18 Para o estudo da herança das características cor do fruto teor de vitamina C nível de resistência e produtividade de plantas foram cruzados pais homozigotos P1 e P2 contrastantes para estas características e obtidas as gerações F1 e F2 Os resultados deste experimento estão apresentados nos quadros a seguir Cada célula de cada quadro representa uma planta sendo que a o numérico no interno de cada célula de cada quadro são valores produtividade em kg de frutos por planta kgpl b células com números grifados indicam plantas suscetíveis à doença e os não grifados as plantas resistentes c células pintadas de vermelho ou amarelo representam diretamente a cor do fruto d houve o agrupamento das plantas para teores alto médio e baixo conforme indicado nas gerações a seguir Geração F1 Médio teor de vitamina Geração F2 Alto teor de vitamina Suscetível Baixo teor de vitamina Resistente Suscetível e Estime a herdabilidade das gerações P1 P2 F1 e F2 8 Apresente os genótipos das plantas nas gerações Pai 1 Pai 2 F1 e F2 nos espaços a seguir Fenótipo P1 Genótipo P1 Fenótipo P2 Genótipo P2 vermelho Suscetível Alto teor Vit C Amarelo Resistência Baixo teor VitC Genótipo Geração F1 Genótipo F1 Amarelo Suscetível Médio teor VitC Genótipos F2 Fenótipos da Geração F2 note que pode ter mais de um genótipo para cada Fenótipo Amarelo Suscetível alto Amarelo Suscetível Médio Amarelo Suscetível baixo Amarelo Resistência alto Amarelo Resistência Médio Amarelo Resistência baixo vermelho Suscetível alto vermelho Suscetível Médio vermelho Suscetível baixo vermelho Resistência alto vermelho Resistência Médio vermelho Resistência baixo 9 Para o estudo da herança genética da característica produtividade é conveniente preencher a tabela a seguir para resumir os resultados Geração Número de indivíduos N Média m Máximo Mínimo Variância Componente s da Variância Desvio Padrão P1 P2 F1 F2 A partir dos resultados da tabela acima responda as seguintes questões a Qual é a causa da variação de produtividade ocorridas dentro das gerações P1 P2 e F1 b Qual o tipo da ação gênica observada para produtividade c Estime a variância ambiental deste experimento σe2 d Estime a variância genotípica σg2 das gerações P1 P2 F1 e F2 Para facilitar os seus estudos é conveniente fazer o resumo dos dados da geração F2 preenchendo a lista a seguir Cor do Fruto Nível de Resistência Teor de Vit C Número Total Observado Amarelo Suscetível alto Amarelo Suscetível Médio Amarelo Suscetível baixo Amarelo Resistência alto Amarelo Resistência Médio Amarelo Resistência baixo vermelho Suscetível alto vermelho Suscetível Médio vermelho Suscetível baixo vermelho Resistência alto vermelho Resistência Médio vermelho Resistência baixo Total Geral de Plantas avaliadas 400 A partir das informações apresentadas anteriormente responda as questões a seguir 1 Qual a explicação genética para a ocorrência de fenótipos tão contrastantes para estes indivíduos da mesma espécie 2 Quando indivíduos de fenótipos contrastantes são cruzados o que geralmente se espera é juntar em um único indivíduo todas as características desejadas Por que não foi alcançado o resultado esperado já na geração F1 explique sua afirmação com base em seus conhecimentos de interação alélica 3 Identifique qualis características são qualitativas e quantitativas 4 Faça o estudo da herança de cada uma das características qualitativas individualmente Para isto agrupe indivíduos com fenótipos iguais na geração F2 para cada característica a ser estudada individualmente apresente uma hipótese genética realize a confirmação deste pelo teste de Quiquadrado X2 e finalmente faça uma conclusão genética incluindo o número de genes interação alélicas eou gênicas para cada uma das características 5 Como esta é a primeira vez que se estuda a herança das características desta espécie você pode dar o nome que quiser para cada gene que controla uma dada característica Lembrese que letras maiúsculas são utilizadas para o gene dominante e minúscula para o recessivo No caso de dominância parcial utilizar letras e expoentes ex XX¹ XX e XX Contudo para padronizar os resultados de todos os grupos utilize a letra a para cor do fruto r para níveis de resistência e t para teor de vitamina visando representar os genes que controlam estas características Cores do fruto Fenótipo Genótipo Amarelo Vemelho Níveis de resistências Fenótipo Genótipo Suscetível Resistente Teores de vitamina C Fenótipo Genótipo Alto teor Médio teor Baixo teor 6 Para verificar se os genes que controlam cada característica estão no mesmo cromossomo genes ligados ou não genes não ligados considere os resultados da geração F2 combinando as características duas a duas sem individualizar as demais Faça uma hipótese genética realize a confirmação desta pelo teste de Quiquadrado X2 e finalmente conclua se os genes estão ou não ligados 7 Construa um mapa genético para os genes ligados Geração F2 Alto teor de vitamina Suscetível Resistente Suscetível Re s 11 09 82 54 57 62 80 81 60 61 73 10 7 10 12 10 69 75 43 9 78 61 48 67 49 58 34 41 91 7 72 76 74 82 73 75 80 74 57 66 62 62 5 3 5 0 95 75 92 92 90 87 81 65 77 10 9 71 65 77 10 99 79 89 78 78 71 10 56 75 78 71 69 94 0 9 85 75 77 81 61 66 49 70 64 76 64 7 0 0 6 4 6 6 4 66 70 64 691 64 6 5 0 7 4 7 64 6 861 67 82 22 6 8 Suscetível 70 67 10 74 94 75 4 74 74 4 74 4 4 74 81 4 7 4 4 7 4 8 4 7 7 81 10 44 11 1 0 57 74 10 2 7 10 10 7 71 10 37 47 9 10 8 10 7 9 87 10 5 9 71 9 0 5 080 84 7 25 64 7 6 7 10 10 10 10 10 5 4 5 3 5 2 5 10 7 3 70 7 7 7 5 9 9 9 9 8 8 8 8 7 8 8 7 3 9 10 10 10 10 10 10 5 4 4 4 4 4 4 4 3 4 4 9 6 5 10 10 10 10 04 3 10 7 7 7 4 4 7 7 4 6 6 4 3 6 9 Médio teor de vitamina Suscetível Resistente Suscetível Re s 81 50 95 56 57 94 66 55 87 71 10 77 61 87 69 97 82 61 98 94 91 70 10 72 67 49 56 72 67 27 62 12 6 10 67 49 56 52 76 47 62 11 12 60 88 69 67 62 71 74 90 67 93 59 86 36 71 8 79 74 90 67 61 66 11 57 77 71 51 70 75 72 43 37 11 37 11 7 9 7 3 7 3 0 4 6 7 2 14 6 7 0 9 6 5 1 10 97 39 89 11 40 82 66 38 78 2 4 5 82 82 6 70 3 3 0 3 3 0 5 82 82 6 70 3 3 0 20 82 82 6 70 3 3 0 5 82 82 6 70 3 3 0 3 33 7 3 33 7 3 43 90 89 79 5 69 66 33 63 11 75 1 71 90 89 10 8 10 8 81 61 84 35 89 81 66 75 73 50 8 2 6 4 7 10 10 73 7 4 6 7 3 27 7 3 3 27 7 3 3 33 200 55 73 79 82 67 48 70 59 11 17 74 89 61 77 65 77 52 43 27 77 7 4 0 13 1 2 46 1 54 76 8 7 7 7 6 3 6 2 7 8 7 9 7 5 8 7 5 8 7 8 7 7 7 Baixo teor de vitamina Suscetível Resistente Suscetível Re s 10 17 1 0 76 84 63 62 43 54 59 92 77 97 52 87 62 11 62 85 54 58 44 69 81 60 11 62 5 64 31 10 10 91 75 77 10 49 54 8 7 7 8 4 43 59 56 10 10 65 10 35 49 65 8 6 4 94 3 90 11 62 5 62 77 77 33 7 7 56 54 61 1 0 47 6 55 70 17 13 00 54 60 60 60 10 70 68 51 64 74 10 70 98 70 54 6 60 70 82 82 75 66 80 38 35 11 00 91 83 59 64 42 5 9 6 4 62 10 7 2 5 81 6 1046 7 6 8 4 6 2 69 0 f Em qual geração faz sentido fazer a seleção de genótipos melhores g Estime o ganho de seleção GS e média da população melhorada Mm considerando que foram selecionadas as plantas com fruto vermelho e produtividade igual ou maior que 10 kgplantas da geração F2 independente do nível de resistência e teor de vitamina h Por que a média da população melhorada é inferior à média da população selecionada i Note que na geração F2 apenas uma planta apresentou frutos vermelhos alto teor de vitamina C e resistência a doença Contudo infelizmente a sua produtividade de frutos por planta foi igual a 439 kgplanta valor considerado muito baixo Assim a partir das plantas de F2 apresente pelo menos duas estratégias de melhoramento que lhe permitiía obter plantas com frutos vermelhos alto teor de vitamina C resistência a doença e produtividade média no mínimo igual à de P1 11 Com base nos resultados resumidos na tabela do item 9 discuta se seria indicado ou não indicar o desenvolvimento de híbridos de linhagens 12 Qual seria a estratégia a ser adotada para a obtenção de linhagens homozigóticas desta espécie alóagama Em função da sua resposta quantos ciclos seriam necessários para alcançar 992 de homozigose 13 A seguir são apresentados os resultados de produtividade kgplanta das avaliações de seis linhagens L que produzem frutos vermelho e são resistentes à doença e seus respectivos híbridos simples HS resultantes do cruzamento da L1 e L2 avaliados em 4 locais diferentes do Estado do Paraná A partir dos resultados da tabela acima responda as seguintes questões Genótipos Maringá Londrina Curitiba Ponta Grossa Média Geral L1 37 22 42 37 345 L2 32 17 34 29 280 L3 40 25 45 40 375 L4 22 07 27 22 195 L5 27 12 32 27 245 L6 34 19 47 42 355 HS12 110 95 110 105 1050 HS13 97 90 103 98 970 HS14 122 115 120 119 1190 HS15 100 92 125 127 1110 HS16 116 101 108 103 1070 HS23 82 84 63 67 740 HS24 132 130 72 66 1000 HS25 121 106 67 62 890 HS26 72 75 92 87 815 HS34 57 60 77 72 665 HS35 97 87 87 81 880 HS36 114 99 118 113 1110 HS45 63 70 87 82 755 HS46 80 77 102 97 890 HS56 94 85 130 125 1085 a A partir da coluna de dados de produtividade da Média Geral dos 4 locais estime o seguinte a1 a heterose do híbrido simples HS14 a2 a média da segunda geração do híbrido simples HS14 Segunda geração do híbrido significa deixar as plantas do HS intercruzarem entre si livremente e depois utilizar as sementes destas plantas para o próximo plantio a3 a média do híbrido triplo HT 45 a4 a média do híbrido duplo HD1245 a5 Qual seria a média das gerações S1 S2 S3 S4 S5 e S6 resultantes da autofecundação do híbrido simples HS14 a6 Como é chamado este fenômeno de redução de desempenho ao longo dos ciclos de autofecundação que ocorre principalmente em populações alóagamas Explique isto com base nos conceitos de Ação gênica indicando em que situação este fenômeno será mais severo a7 Considerando que esta espécie seja anual o método de multiplicação seja via sementes seja possível instalar 1000 plantas por ha hahectare 10000m2 o valor pago ao agricultor seja de R 1500kg da fruta in natura e que o preço de um saco de sementes suficiente para 1 ha seja R600000 Neste contexto seria recomendável o agricultor utilizar sementes da segunda geração dos híbridos HS14 HT45 e HD1245 Embase sua afirmação em termos da produtividade e valor da produção por hectare indicando se valeria a pena o agricultor utilizar semente de segunda geração b Com base na tabela de desempenho das linhagens e dos híbridos nos 4 locais e a média geral qual ou quais seriam os genótipos que você indicaria para serem lançados como híbridos comerciais para uso dos agricultores A melhor decisão será embasa nas observações da ocorrência ou não de interação Genótipo x Ambiente 14 Os pais homozigotos P1 suscetível S e P2 resistente R geração F1 e uma amostra da geração F2 foram estudas via marcadores moleculares e o resultado das bandas do gel foram representados a seguir GEL DE ELETROFORESE COM SUAS BANDAS Bandas representadas pelos traços em branco no fundo preto 40 plantas da Geração F2 PI P2 F1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 GENÓTIPO DAS BANDAS DO GEL Utilizar as letras M e p para representar os alelos do gel e os genótipos dos indivíduos com base no marcador molecular 40 plantas da Geração F2 PI P2 F1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 A baixo estão os fenótipo das plantas foram utilizadas as letras S e R apenas como uma abreviatura das palavras suscetível e resistentes respectivamente 40 plantas da Geração F2 PI P2 F1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 S R S S S S S S S S S S S S S S S S S R S S S S S R S S S S S S S S S S S S S S a Indiquem através de setas no próprio esquema do gel quais são as bandas polimórficas b Cite o tipo de expressão do marcador molecular utilizado c Identifique através do teste de X2 se este gel pode ser usado como marcador molecular ou seja segrega mendelianamente d Se o gel puder ser utilizado como molecular apresente qual é a banda deste gel que está relacionada ao gene que controla a suscetibilidade à doença e Como o conhecimento deste marcador auxiliaria no melhoramento genético