Melhoramento de Plantas Produtividade Resistencia e Qualidade Nutricional

Introdução ao Melhoramento de Plantas Conceito O melhoramento de plantas é uma disciplina da agricultura que se concentra na criação e aprimoramento de variedades de plantas com características desejáveis Essas características podem incluir maior produtividade resistência a pragas e doenças qualidade nutricional adaptação a diferentes condições climáticas entre outras Objetivos Os principais objetivos do melhoramento de plantas são melhorar a produtividade das culturas agrícolas aumentar a resistência às condições adversas como secas ou doenças melhorar a qualidade dos produtos vegetais para consumo humano ou animal e reduzir o impacto ambiental da agricultura Contribuições O melhoramento de plantas desempenha um papel crucial na segurança alimentar global na agricultura sustentável e na conservação de recursos naturais Ele tem contribuído para o desenvolvimento de variedades de culturas que são mais produtivas e resistentes o que ajuda a alimentar a crescente população mundial Aumento da produtividade o Aumenta a produtividade o preço cai Qualidade nutricional o Teor de açúcar o Teor de vitamina o Tempo de prateleira o Teor de ácido fólico o Teor de vitamina A Resistência a estresses abióticos Resistência a estresses bióticos Perspectivas do melhoramento Contribuir para a produção de energia para atender a demanda interna Produzir fibra celulose e carvão Reduzir ao máximo o impacto ambiental advindo da agricultura Melhoria na qualidade dos alimentos Desafios Alguns dos desafios enfrentados no melhoramento de plantas incluem a necessidade de lidar com as mudanças climáticas o aumento da demanda por alimentos devido ao crescimento populacional a redução da disponibilidade de terras agrícolas e a necessidade de minimizar o uso de produtos químicos na agricultura Atender perspectivas Melhoramento genético VARIABILIDADE GENÉTICA Número de melhoristas Reduzindo Técnicas biotecnologia Melhoramento Genético Lembrese uma cultivar perfeita nunca vai existir O melhoramento genético é um processo contínuo que busca otimizar as características desejáveis em plantas e animais Prémelhoramento 1 Caracterização do material genético 2 Identificação de genes em materiais exóticos BGs 3 Formação da população base de trabalho Etapas de Melhoramento 1 Definir os objetivos 2 Selecionar os parentais 3 Método de melhoramento Métodos de Melhoramento Clássico técnicas básicas de seleção e cruzamento Os homens separavam as plantas que continham as melhores características como resistência ao clima e gosto mais agradável e descartavam as que possuíam características indesejadas Métodos Biotecnológicos incluem a Engenharia Genética Organismos Geneticamente Modificados OGMs e a Seleção Assistida por Marcadores A engenharia genética permite a manipulação do código genético de plantas animais e microrganismos para introduzir características específicas codificadas pelos genes adicionados A seleção assistida por marcadores moleculares é realizada mediante a conversão de marcadores elaborados em um tipo de marcador simples representando uma forma de seleção indireta na qual o caráter indireto apresenta herdabilidade próxima a 100 56Engenharia genética OGMs 4 Método de condução das populações Origem e Domesticação de Plantas Conceito A origem e a domesticação de plantas referemse ao processo pelo qual as plantas selvagens foram transformadas em culturas domesticadas ao longo de milhares de anos A domesticação envolve a seleção de plantas com características desejáveis para a agricultura Síndrome da domesticação A síndrome da domesticação é um conjunto de características comuns que muitas plantas domesticadas compartilham incluindo tamanho reduzido das sementes perda de mecanismos de dispersão de sementes maior uniformidade fenotípica e menor resistência a herbívoros Principais características a Alterações morfológicas O melhoramento genético pode resultar em alterações na estrutura morfológica das plantas como a estrutura das flores alimentares i Supressão de mecanismos de dispersão das sementes Algumas plantas têm mecanismos naturais para dispersar suas sementes como a autocoria onde a planta espalha suas sementes sem a ajuda de nenhum elemento No entanto o desaparecimento de certos animais no ambiente pode comprometer o processo de dispersão de algumas plantas b Modificação de forma i Alometria Não encontrei informações específicas sobre alometria no contexto do melhoramento genético ii Condensação Não encontrei informações específicas sobre condensação no contexto do melhoramento genético c Germinação mais rápida e uniforme i Estímulo luminoso Não encontrei informações específicas sobre estímulo luminoso no contexto do melhoramento genético ii Dormência No melhoramento genético uma das mudanças que podem ocorrer é a ausência ou diminuição da dormência das sementes resultando em uma germinação mais rápida e uniforme4 d Sincronia no florescimento e maturação O melhoramento genético pode resultar em sincronicidade no florescimento e maturação de diversas espécies como o arroz e o trigo e Mudanças bioquímicas i Perdas de substâncias amargas e tóxicas No processo de domesticação das plantas ocorre a ausência ou diminuição de substâncias amargas ou tóxicas4 f Gigantismo de órgãos e Seleção de estruturas maiores O melhoramento genético pode resultar em um aumento no tamanho dos órgãos da planta e na seleção de estruturas maiores5 g Ciclo de vida e sistemas de hibridação A hibridação é um mecanismo que permite o fluxo gênico entre indivíduos com complexos gênicos diferentes É utilizada no melhoramento genético para reunir em uma nova linhagem pura alelos favoráveis presentes em dois ou mais genótipos Principais mudanças fenotípicas e genéticas As principais mudanças incluem a redução do tamanho das sementes aumento da produção de alimentos maior dependência da intervenção humana para reprodução mudanças na estrutura da planta e perda de resistência a predadores naturais Base genética da domesticação Mutação NATURALMENTE Alteração no conjunto gênico do organismo Variabilidade genética Hibridação interespecífica NATURALMENTE A hibridação interespecífica é um processo que envolve o cruzamento entre diferentes espécies Este processo pode resultar em enriquecimento do conjunto gênico da espécie Cruzamento de espécies diferentes O melhoramento genético está baseado na combinação genética de duas plantas da mesma espécie por meio de cruzamento sexual ou em alguns casos entre plantas de espécies diferentes mas do mesmo gênero com grandes semelhanças entre si Melhoramento em espécies aparentadas O melhoramento genético é uma técnica de biotecnologia empregada há milênios para diversos propósitos Está baseado na combinação genética de duas plantas da mesma espécie por meio de cruzamento sexual ou em alguns casos entre plantas de espécies diferentes mas do mesmo gênero com grandes semelhanças entre si Poliploidia NATURALMENTE Células ou organismos Mais de duas cópias cada cromossomo Autopoliplóides Cromossomos única espécie Alopoliplóides Conjunto de cromossomos oriundos de duas ou mais espécies Futuro da domesticação O futuro da domesticação de plantas envolve a continuação do desenvolvimento de variedades de plantas que atendam às necessidades alimentares e ambientais em constante mudança incluindo a criação de culturas mais resistentes às mudanças climáticas e pragas Recursos Genéticos Importância Os recursos genéticos são a base do melhoramento de plantas pois fornecem a diversidade genética necessária para desenvolver novas variedades Eles desempenham um papel fundamental na adaptação das culturas a novos desafios Centro de origem primário e secundário Os centros de origem primária são áreas geográficas onde as espécies de plantas são nativas e têm uma diversidade genética significativa Os centros de origem secundária são áreas onde as plantas migraram e continuam a ser cultivadas Importância dos centros de origem Desenvolvimento de cultivares com elevado potencial produtivo Gradativa substituição de cultivares Os novos cultivares apresentam base genética estreita Ocupam grandes áreas de cultivo Vulnerabilidade genética Estresses bióticos e abióticos o Genótipos menos aparentados Variabilidade genética o Genótipos mais aparentados Variabilidade genética Vulnerabilidade Genética Alternativas para solucionar esse problema Introdução de materiais exótico Aumentar a base genética Aumentar a diversidade das culturas de importância econômica Fontes de variabilidade disponível para melhoramento As fontes de variabilidade genética incluem variedades tradicionais espécies relacionadas mutações naturais e recursos genéticos exóticos 1 Centros de origem das espécies 2 Bancos de germoplasma 3 Centros de origem das espécies Germoplasma O germoplasma é o material genético como sementes ou tecidos de plantas que é armazenado para fins de pesquisa e conservação Ou seja todo material genético de uma espécie Representa a variabilidade genética espécie i Parentes silvestres ii ii Variedades locais iii iii Cultivares obsoletas iv iv Produtos do melhoramento Banco de germoplasma Um banco de germoplasma é um local onde o germoplasma é mantido preservado e disponibilizado para pesquisa e desenvolvimento Coleção viva de todo patrimônio genético de uma espécie conservado Conservação de germoplasmas A conservação de germoplasmas envolve a preservação da diversidade genética das plantas para garantir sua disponibilidade futura Existem vantagens manutenção da diversidade e desvantagens custos e espaço na conservação de germoplasmas In situ Local de origem Conservação de reserva o Espécies silvestres o habitats naturais Conservação on farm o Espécies domesticadas sistemas de cultivo tradicional Vantagens Espécies continuem processos evolutivos Favorece a proteção e manutenção da vida silvestre Apresenta melhores condições de conservação silvestre Oferece maior segurança espécies recalcitrantes Desvantagens Método oneroso constante manejo e monitoramento Grandes áreas Em um ou poucos locais variabilidade genética da espécie Ex situ Artificiais Conservação fora do habitat natural Câmaras de conservação de sementes 20C Cultura de tecidos conservação in vitro Criopreservação Condições de ultra baixas temperaturas em nitrogênio líquido a 196ºC A campo conservação in vivo Vantagens Preservar genes por séculos Temperaturas e umidade baixas Um local reunido material genético distintos Garantir melhor proteção espécies de ampla distribuição geográfica Desvantagens Paralização dos processos evolutivos Dependência permanente do homem Atividade do banco de germoplasma Os bancos de germoplasma coletam catalogam armazenam preservam e distribuem germoplasma para fins de pesquisa e desenvolvimento de novas variedades Tipos de coleções As coleções de germoplasma podem incluir variedades tradicionais linhas de melhoramento espécies silvestres e material geneticamente modificado As coleções de germoplasma são conjuntos de genótipos representativos da variabilidade genética de uma espécie Elas se dividem em quatro tipos principais Coleção base Esta coleção agrupa a maior variabilidade possível das espécies alvo incluindo parentais selvagens cultivares cultivares tradicionais e elites A função principal da coleção base é a conservação do germoplasma Ela é mantida por um longo período que pode ser de 100 anos ou mais Coleção ativa BAG A coleção ativa mantém a variabilidade genética parcial do germoplasma que é de interesse para as pesquisas atuais Ela é conservada a médio prazo que pode ser de até 30 anos Coleção núcleo Esta coleção é uma amostra representativa da coleção de germoplasma do banco Ela tem como objetivo reunir 7080 da variabilidade da coleção base A coleção núcleo permite um acesso mais rápido às amostras Coleção elite do melhorista Esta coleção contém genótipos melhorados e está mais próxima do material cultivado apresentando menor variabilidade genética4 Ela é composta por material que já passou por um processo de melhoramento Utilização da variabilidade genética BG Caracterizados e documentados Informação na forma de catálogos Dados informatizados Os grupos gênicos são classificados com base na facilidade de hibridação e na capacidade de doar genes Grupo gênico primário Este grupo inclui espécies cultivadas e silvestres que possuem características potencialmente úteis As progênies resultantes dos cruzamentos dentro deste grupo são geralmente férteis Grupo gênico secundário Este grupo consiste em espécies silvestres que podem doar genes Os cruzamentos interespecíficos são possíveis mas podem ser difíceis e resultar em híbridos raquíticos Grupo gênico terciário Este grupo inclui acessos geneticamente mais distantes da espécie de interesse Os híbridos resultantes geralmente não são férteis e a transferência de genes requer técnicas especiais Esses grupos gênicos fornecem uma estrutura para entender as relações entre diferentes espécies e a facilidade com que os genes podem ser transferidos entre elas auxiliando assim no processo de melhoramento genético GERAÇÃO DE VARIABILIDADE GENÉTICA Mutações Agentes mutagênicos i Agentes químicos a Dimetil sulfato DES Etilmetanosulfonato SEM Metanosulfonato MMS Isopropilmetanosulfonato iPMS b Raios ultravioleta Raios X Raios beta Raios gama ii Agentes físicos Casos não existe variabilidade genética Como gerar variabilidade genética A variabilidade genética pode ser gerada por meio de cruzamentos seletivos mutagênese engenharia genética e outros métodos Sistemas Reprodutivos Importância do estudo O estudo dos sistemas reprodutivos é crucial para o melhoramento de plantas pois afeta a eficácia dos cruzamentos e a obtenção de descendentes com características desejáveis Tipos de flores As flores podem ser classificadas de várias maneiras incluindo o tipo de órgãos reprodutivos que possuem e a presença ou ausência de certas partes florais Aqui estão algumas classificações Unissexuais As flores unissexuais são aquelas que possuem órgãos reprodutores de apenas um sexo masculino ou feminino Elas são de dois tipos monóica e dióica Exemplos de flores unissexuais incluem mamão melancia milho e amora Hermafroditas As flores hermafroditas também chamadas de andróginas ou monóicas são aquelas que possuem órgãos reprodutores de ambos os sexos masculino e feminino na mesma flor A maioria das angiospermas são hermafroditas Completas Uma flor é considerada completa quando possui todas as quatro partes principais cálice sépalas corola pétalas androceu órgãos masculinos e gineceu órgãos femininos Um exemplo de flor completa é a rosa Incompletas Se uma dessas partes estiver faltando a flor é considerada incompleta A begônia é um exemplo de flor incompleta pois suas flores têm um estame ou um pistilo mas não ambos Classificação quanto ao tipo de flor As plantas podem ser monoicas com flores masculinas e femininas separadas na mesma planta ou dioicas com plantas masculinas e femininas separadas Monóicas As plantas monóicas têm flores masculinas estaminadas e femininas pistiladas na mesma planta Um exemplo é o milho Zea mays que tem flores masculinas na parte superior da planta e flores femininas na parte inferior Dióicas As plantas dióicas têm flores masculinas e femininas em plantas separadas Um exemplo é o mamoeiro Carica papaya onde existem plantas masculinas com apenas flores masculinas e plantas femininas com apenas flores femininas Polígamas As plantas polígamas têm flores hermafroditas com órgãos masculinos e femininos e unissexuais apenas masculinas ou apenas femininas na mesma planta5 Um exemplo é o cajueiro Anacardium occidentale67 Classificação quanto ao melhoramento genético As plantas podem ser classificadas como autógamas que se autofertilizam ou alógamas que dependem da polinização cruzada ALÓGAMAS As plantas alógamas são aquelas que apresentam fecundação cruzada Elas têm alta heterozigose e vários mecanismos podem determinar essa característica Exemplos de plantas alógamas incluem abóbora mamona melancia melão milho pepino e seringueira Monoicia Dioicia Autoincompatibilidade gametofítica Autoincompatibilidade esporofítica Autoincompatibilidade heteromórfica Heterostilia AUTÓGAMAS As plantas autógamas são aquelas que são homozigotas Elas apresentam variabilidade e a homozigose é restaurada no final do processo de melhoramento Existem vários fatores que favorecem a autogamia incluindo Exemplos de espécies autógamas incluem arroz aveia cevada feijão fumo soja tomate e trigo Flores protegidas3 Cleistogamia4 Mecanismos estruturais INTERMEDIÁRIAS As plantas intermediárias são aquelas que não se enquadram estritamente como alógamas ou autógamas mas apresentam características de ambos os grupos Entre as espécies intermediárias podemos citar o algodão café e sorgo Como determinar o tipo de sistema reprodutivo O tipo de sistema reprodutivo de uma planta pode ser determinado observando sua morfologia floral mecanismos de polinização e genética de cruzamento Cultivares Conceito As cultivares são variedades de plantas que foram selecionadas e aprimoradas para atender a requisitos específicos como produtividade resistência a doenças ou qualidade Tipos Existem vários tipos de cultivares incluindo cultivares de linha pura geneticamente uniformes híbridos resultantes do cruzamento de duas linhas puras diferentes e variedades de polinização aberta que podem ser reproduzidas por sementes mas não são geneticamente uniformes Linhas puras São plantas homozigotas e homogêneas geralmente resultantes de autogamia ou seja autofecundação Multilinhas São uma mistura de linhas isogênicas geneticamente idênticas exceto por um ou mais genes específicos que possuem diferentes genes de resistência Isso proporciona uma resistência mais duradoura a doenças No entanto a desvantagem é que requer vários campos para o cultivo Híbridos Resultam do cruzamento de indivíduos geneticamente divergentes explorando a heterose vigor híbrido São comumente usados em plantas alógamas que se reproduzem por polinização cruzada Existem diferentes tipos de híbridos como híbrido simples híbrido triplo e híbrido duplo Variedades sintéticas São populações de plantas que foram melhoradas para ter características desejáveis e são mantidas através da polinização aberta Híbridos sintéticos São semelhantes às variedades sintéticas mas resultam do cruzamento controlado de linhas selecionadas Grupos de indivíduos No contexto do melhoramento genético referese ao conjunto de indivíduos selecionados para cruzamento Isso é comum em plantas alógamas e plantas de reprodução assexuada Vantagens i Menor redução no vigor ii Melhor adaptação iii Alta plasticidade heterogeneidade Geração avançada de sintéticos Referese à geração subsequente de variedades sintéticas que foram submetidas à polinização aberta Clones São grupos de indivíduos que são geneticamente idênticos a um único genitor Eles são homozigotos e homogêneos Cultivares de polinização aberta São variedades de plantas que são mantidas através da polinização aberta após o cruzamento aleatório de um grupo selecionado de indivíduos Composto No melhoramento genético referese a uma população derivada do cruzamento de diversos genitores para reunir várias características desejáveis Transgênico DNA recombinante Organismos que tiveram seu DNA alterado através da engenharia genética geralmente com a introdução de um ou mais genes de outra espécie