Aula no. 3

Variabilidade Genética; Conservação e Centro de

Origem

Prof. Milton L. Paz Lima

Instituto Federal Goiano Campus UrutaíCurso de Agronomia

Disciplina de Melhoramento de Plantas

Conceito de evolução

• “qualquer alteração alélica da população,visando torná-la mais adaptada”• Teoria Sintética da Evolução (Darwin,Mendel)• Processo que cria variabilidade• Processo que amplia a variabilidade• Processo que orientam as populações para

maior adaptação.

Viagem no HMS Beagle de Darwin

Em seu livro de 1859, "A Origem das Espécies" (do original, em inglês, On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or The Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life), ele introduziu a idéia de evolução a partir de um ancestral comum, por meio de seleção natural

Bases Genéticas da Evolução

• Mutação: criação de novos genes• Recombinação genética• Poliploidia• Hibridação interespecífica• Seleção natural X Seleção artificial

Bases Genéticas: MuTação• A mutação é o único processo que criaVariabilidade. • A seleção natural, por sua vez, favorece os

portadores de determinados conjuntos gênicos adaptativos, que tendem a sobreviver e se reproduzir em maior escala

Exemplo de mutação

Exemplo de mutação

Bases Genéticas: MuTação

• Tipos de mutação– Mutação gênica– Mutação cromossômica

• Estruturais: deleção, duplicação, inversão e translocação• Numéricas: aneuploidia (alguns cromossomos) e euploidia

(alterações todos)

– Extra-nucleares (mitocôndrias e cloroplastos)– Espontâneas (baixa freq.) x Induzidas etil metano-sulfonato (EMS)

Mutação da Melancia Sem semente

• A partir do desenvolvimento e cruzamento de 10 linhagens diplóides (2x=2n=22) e tetrapóides(4x=4n=44), conseguiu-se obter uma terceira planta , triplóide (3x=3n=33), híbrida, com frutos e sem sementes

• As células que possuem o número de cromossomos dento deste intervalo produzirá gametas inviáveis , com óvulos sem capacidade de fecundação. Sendo assim, não ocorrerá formação de sementes, restando apenas vestígios brancos que são comestíveis.

• Excepcionalmente, podem surgir, em algumas melancias, sementes mas em número muito reduzido que podem ser ingeridas com a polpa, sem problemas.

Comparativo entre linhagens tetraplóides e linhagens diplóides de

melancia:

Curiosidade: Anomalias cromossômicas (Estruturais)

Curiosidade: Anomalias cromossômicas (Estruturais)

Aneuploidia (acréscimo de cromossomo)

Síndrome de KlinefelterSomente machos

Bases genéticas: mutação

• Mutação Estrutural: Freqüência: muito baixa, 1 locus a cada 1.000.000 de gametas.

• Uso da mutação no melhoramento deplantas

Bases genéticas: Recombinação• Amplia a variabilidade genética criada pela:• Mutação gênica• Segregação Mendeliana• Crossing over

Bases genéticas: poliploidia• Processos evolutivos mais marcantes das pls.• Variação no conjunto de cromossomos• Euploidia: conjuntos completos de

Cromossomos– Haplóide: x– Diplóide: 2x– Triplóide: 3x– Tetraplóide: 4x– Hexaplóide: 6x

Como pode ocorrer poliploidia?

• A não-disjunção dos cromossomas durante uma meiose pode originar gâmetas com todo o conjunto dos cromossomas característicos da espécie.

• A auto-fecundação, comum entre as plantas, pode constituir zigotos poliplóides com o dobro dos cromossomos da espécie progenitora.

Divisão quanto a origem: poliploidia• Autopolipóides: cromossomos oriundos de uma única espécie

– Aumento do tamanho de frutos e flores– Baixa fertilidade devido a problemas de

pareamento na meiose• Alopoliplóides: cromossomos oriundos de mais de uma espécie

– Presença de genomas de diferentes origens• Anfipoliplóide: duplicação de alopoliplóides

– maior fertilidade, café arábica, o morango e o trigo .

Bases genéticas: Hibridaçãointerespecífica

• Cruzamento entre espécies diferentes– Aumento da variabilidade genética

• Hibridação interespecífica introgressiva– Híbrido resultante intercruzado com um dos pais

(Retrocruzamento).

Caso Morango: hibridação interespecífica

• O morangueiro (Fragaria x ananassa) espécies selvagens - Fragaria virginiana (originária da América do Norte) e F. chiloensis (originária do Chile).

• Esse cruzamento foi feito na Europa no século 18 e resultou em plantas com frutos de maior tamanho e qualidade

Caso Triticale: Hibridaçãointerespecífica do trigo

Nível de ploidia nas culturas

• Culturas triplóides: banana, algumas variedades de maçã;

• Culturas tetraplóides: trigo duro, algodão, batata, café arábica;

• Culturas hexaplóides: trigo, triticale;• Culturas octoplóides: morango; • Culturas com vários níveis de ploidia: cana-de-

açúcar;

Bases genéticas: seleção

• Mecanismo mais importante da evolução• Seleção natural• Indivíduos mais aptos para sobreviver e

reproduzir• Seleção artificial• Características agronômicas• Pode ser no sentido oposto da seleção natural

Grão simples de trigoGrão simples de trigo

Retrocruzamaneto – HI Introgressiva

Fatores que atuam no conjunto gênico

• fatores que tendem a aumentar a variabilidade genética da população – mutação e permutação;

• fatores que atuam sobre a variabilidade genética já estabelecida – migração, deriva genética e seleção natural.

Indicação de mudanças Evolutivas

• Alterações nas freqüências de genes na população;

CÁLCULO DA FREQUENCIA ALÉLICA

Importância da variabilidade

• Origens da variação– Ambiental– Genética

• Variabilidade genética é um pré-requisitopara o melhoramento de plantas

Germoplasma• Conjunto de genótipos de uma espécie• Fonte de variabilidade genética• Fontes de germoplasma

– Centros de diversidade: cultivares primitivos, híbridos naturais entre cultivares primitivos e parentes selvagens, parentes selvagens, gêneros relacionados.

– Centros de cultivo: cultivares comerciais, cultivares obsoletos, cultivares menores e tipos para propósitos especiais, cultivares crioulas

• Programas de melhoramento: cultivares de origem híbrida, linhagens, populações melhoradas .

Pool Gênico• um guia prático para o relacionamento entre

as espécies cultivadas e espécies aparentadas– Pool gênico primário: espécies com as quais o cruzamento é fácil,

sem mostrar esterilidade. Exemplo: cultivares comerciais, cultivares crioulos, subespécies, etc.

– Pool gênico secundário: incluem espécies em que o cruzamento é possível, mas difícil. Incluem espécies relacionadas do mesmo gênero, apesar de que nem todas as espécies do mesmo gênero pertençam a este grupo. É também possível que espécies fora do gênero possam fazer parte

deste grupo. Em geral a hibridação é possível, mas o híbrido é estéril.

Pool Gênico• um guia prático para o relacionamento entre as

espécies cultivadas e espécies aparentadas– Pool gênico terciário: em geral incluem espécies pouco

aparentadas em outros gêneros, ou espécies pouco relacionadas do mesmo gênero. Em geral a hibridação é muito difícil, com necessidade de resgate de embriões e enxertia, entre outras medidas. A esterilidade do híbrido é comum. Os limites deste grupo não são bem definidos e podem mudar com o desenvolvimento de novas técnicas de hibridação.

– Pool gênico quartenário: genes transferidos por técnicas de transformação genética - transgênicos

Pool Gênico

Centro de Origem de Plantas

• Vavilov – cientista russo• Centro de origem – regiões onde asespécies vegetais apresentam maior

diversidade.• regiões geograficamente isoladas• Vavilov definiu 8 diferentes centros deorigem

Centro de Origem das Plantas

1. China; 2. Índia; 2a. Indo Malaio; 3. Ásia Central; 4. Oriente Próximo; 5. Mediterrâneo; 6. África Oriental; 7. Mesoamérica; 8. América do Sul; 8a. Chile; 8b. Brasileiro-Paraguaio

1. CHINA

• 136 espécies• Painço, sorgo, trigo sarraceno, soja, feijão adzuki, mucuna, bambus, cana,

alface, pepino, cereja, chá, ginseng, rami.

2. INDIA

• 117 espécies• Arroz, grão-de-bico, guandu, caupi, feijão alado, amaranto, inhame, cará,

manga, laranja, carambola, cana-de-açúcar, algodão asiático, crotalária, pimenta do reino, cominho, canela

2a. INDOMALAIO

• 55 espécies• Capim de Nossa-Senhora, gengibre, banana, mangostão, coco, cana-de-

açúcar, pimenta do reino.

3. ASIA CENTRAL

• 43 espécies• Trigo comum, centeio, ervilha, lentilha, feijão-fava, grão-de-bico, colza,

mostarda, linho, gergelim, coentro, cânhamo, algodão, cenoura, rabanete, alho, espinafre, manjericão, videira, maça.

4. Oriente Próximo

• 83 espécies• Trigo duro e outros, cevada, centeio, aveia comum, tremoço, alfafa,

ervilhaca, gergelim, melão, abóbora, cenoura, repolho, figo, pêra, cereja, açafrão.

5.Mediterrâneo

• 84 espécies• Trigo duro, ervilhaca, colza, mostarda negra, azeitona, beterraba, salsa, nabo,

tomilho, hissope, lavanda, lúpulo.

6. África Oriental

• 38 espécies• Sorgo granífero, milheto, lentilha, ervilha, fava, caupi, tremoço, mamona,

agrião, café, cebola.

7. Messoamérica

• Milho, feijão, feijão-de-lima, feijão-deporco, amaranto, chuchu, batata doce, pimentão, sisal, mamão, goiaba, caju,agave, cacau, urucum, fumo.

8. América do Sul

• 62 espécies• Batata (várias espécies), oka, ulluco, lupino boliviano, quinoa, amaranto, ilho

(centro secundário), mandioquinha, tomate, moranga, coca, maracujá, cherimoia, quinino, fumo.

8a. Ilha de Chiloé

• 2 espécies• Batata comum e moranguinho selvagem

8b. Brasileiro-Paraguaio

• Mandioca, amendoim, cacau, seringueira, erva-mate, jaboticaba, abacaxi, castanha do Pará, caju, estévia

Conservação do Germoplasma

• Bancos de germoplasma– Coleção Base– Coleção Ativa (BAG)– Coleção Nuclear– Coleção de Trabalho

Bancos Ativos de Germoplasmas

Atividades dos Bancos deGermoplasma

• Coleta de Germoplasma• Preservação do Germoplasma

– Bancos de sementes– Bancos de campo– Bancos in vitro– Bancos in situ

• Caracterização e Avaliação• Intercâmbio

Dobzhansky: “Nada se faz em biologia a não ser à luz da

evolução”.

Sites e vídeos• Texto dispersão de plantas exóticas:

www.iea.usp.br/artigos/deanbotanicaimperial.pdf• Domestificação de plantas cultivadas:

www.bespa.agrarias.ufpr.br/paginas/livro/capitulo%202.pdf • Melancia sem sementes:

http://74.125.93.132/search?q=cache:CmyFmeIMdyYJ:www.ufv.br/dbg/bioano01/div50.htm+melancia+sem+semente+tripl%C3%B3ide&cd=1&hl=pt-BR&ct=clnk&gl=br