CONTROLE GENetico

CONTROLE GENTICO

Introduo Classificao da resistncia Anlise gentica da patogenicidade Teoria gene-a-gene Mtodos de melhoramento

INTRODUO Uso da resistncia gentica

Culturas onde o controle das doenas mais importantes resistncia gentica, ferrugens, carves, murchas vasculares e viroses

ETAPAS BSICAS

FONTES DE RESISTNCIA

IMPORTNCIA DO GERMOPLASMA SELVAGEM Nicolai Ivanovich Vavilov A origem, variao, imunidade e melhoramento das plantas cultivadas, 1926 Regies do mundo isoladas com grande diversidade de determinadas espcies Centros de Origem

ORIENTE PRXIMO MEXICANO DO SUL MEDITERRNEO

ASITICO CENTRAL CHINS INDO-MALAIO

ETOPE SULAMERICANO CHILO INDIANO BRASILPARAGUAI

Fonte: BORM, A.; MIRANDA, G. V. Melhoramento de Plantas. 2005

IMPORTNCIA DO GERMOPLASMA SELVAGEM Criao dos bancos de genes, e mais tarde os Centros Internacionais de Pesquisa Agrcola CIAT, CIP, CIMMYT, etc Muito importante a correta manuteno destes bancos Uso de germoplasma selvagem como fonte de resistncia

Genes Dm de resistncia vertical a Bremia lactucae (mldio) transferidos de algumas espcies selvagens de Lactuca como Lactuca serriola para Lactuca sativa Gene Tm2 que confere resistncia ao mosaico comum do tomateiro transferido de Lycopersicum peruvianum para Lycopersicum esculentum

CLASSIFICAO DA RESISTNCIA Do ponto de vista gentico Anlise gentica da patogenicidade Teoria gene-a-gene

Do ponto de vista epidemiolgico Identificao de resistncia vertical e horizontal Caractersticas genticas e agronmicas das resistncias vertical e horizontal

CLASSIFICAO GENTICA Mendel as similaridades e diferenas entre plantas parentais e suas prognies podem ser explicadas pela passagem mecnica de unidades discretas de herana dos pais aos filhos Genes 1905 Biffen postula a existncia de um gene recessivo de resistncia a ferrugem amarela (Puccinia striiformis)

NMERO DE GENES ENVOLVIDOS Magnitude de seus efeitos relativos a outras fontes de variao Monognica Polignica

RESISTNCIA MONOGNICA Efeito de um gene pode ser isolado = resistncia monognica Chamada por alguns autores de Resistncia Qualitativa Diferenas entre resistentes e suscetveis facilmente visualizadas

Resistncia do tudo ou nada

Distribuio fenotpica descontnua

RESISTNCIA POLIGNCIA Planta resistente devido a presena de um conjunto de genes de efeito secundrio = resistncia polignica Polignica propriamente dita Oligognica

Chamada de resistncia quantitativa Presena de uma variao contnua de graus de resistncia

Distribuio fenotpica contnua

RESISTNCIA POLIGNCIA Nmero de genes envolvidos pode ser estimado por frmulas Cruzamento de plantas pertencentes a extremos de resistncia suscetibilidade Magnitude da variao fenotpica em indivduos F2

ANLISE GENTICA DA PATOGENICIDADE A habilidade de causar doena est sob controle gentico Algumas dificuldades no estudo da gentica da patogenicidade Tcnicas moleculares de manipulao do DNA Mtodo mais utilizado mutagnese

Luz UV, raios X, transposon, etc.

A mutagnese permitiu a identificao de 3 tipos de genes de patogenicidade em bactrias: hrp, hsv e avr

RELEMBRANDO...

GENES hrp Reao de Hipersensibilidade e Patogenicidade Responsvel pela patogenicidade em plantas hospedeiras e pela reao de hipersensibilidade em plantas no-hospedeiras Necessrios ao crescimento bacteriano in planta Presentes em quase todas as espcies fitopatognicas de bactrias Responsvel pela expresso dos demais genes de patogenicidade

GENES hsv Virulncia Hospedeiro-Especfica Presentes em fungos e bactrias Controlam interaes inter-especficas Controlam o desenvolvimento do patgeno em algumas espcies mas no em outras

Hospedeiros Isolados Xct-216.2 T21 T2 T18 T3 T4 T12 Cevada + + + + + Trigo + + + + + Centeio + + + + + Aveia + + + + + Triticale + + + + + -

Nohospedeiro Algodo HR HR HR HR HR HR

+ = leses tpicas; - = ausncia de sintomas; HR = reao de hipersensibilidade Modificado de Waney et al. (1991).

GENES avr Avirulncia Presentes em fungos e bactrias Controlam interaes intra-especficas Controlam interaes entre raas de um determinado patgeno e cultivares ou linhagens de uma mesma espcie hospedeira

Compatibilidade de cultivares de sojaRaa Psg1 Psg4 Psg5 Psg6 Acme + + Chippewa + Flambeau + + + Hardee + + + Harosoy + + Norchief + + Peking + + + -

Adaptado de BERGAMIN FILHO, A.; KIMATI, H.; AMORIN, L. Manual de fitopatologia

Compatibilidade de cultivares de sojaRaa Psg1+L3 Psg4+L3 Psg5+L3 Psg6 Acme Chippewa Flambeau + + + Hardee + + + Harosoy Norchief + + Peking -


TEORIA GENE-A-GENE Proposta por Herold Henry Flor aps uma extensa srie de experimentos (1942, 1946, 1947 e 1955) Patossistema linho-Melampsora lini (Ferrugem)

Frequncia de Indivduos F2 Raa Parental Cultivar Ottawa Bombay 22 + 24 + 32 28 Observada Virulentos Avirulentos 101 105 33 33 Esperada Virulentos Avirulentos 100 100

Frequncia de Indivduos F2 Cultivar Parental Raa 22 24 Ottawa S R Bombay R S Observada Resistentes 153 142 Suscetveis 41 52 Esperada Resistentes 145.5 145.5 Suscetveis 48.5 48.5


Para cada gene que condiciona uma reao de resistncia no hospedeiro existe um gene complementar no patgeno que condiciona a avirulncia

INTERPRETAO FISIOLGICA DA HIPTESE DE FLOR


Adaptado de AGRIOS, G. N. Plant Pathology

RESISTNCIA DO PONTO DE VISTA EPIDEMIOLGICO Classificao proposta por Vanderplank (1963) Permite prever as consequncias dos tipos de resistncia no progresso da doena

VERTICAL Resistncia efetiva contra algumas raas do patgeno

HORIZONTAL Resistncia efetiva contra todas as raas do patgeno

INDENTIFICAO Srie de diferentes isolados inoculados em uma srie de diferentes cultivaresA B C A B C A B C

1

2

3

Cultivares Isolados1 2 3

A3 2 1

B4 3 2

C5 4 3

No h interao entre isolados e cultivares Isolado 1 mais patognico Cultivar A maiores nveis de resistnciaRESISTNCIA HORIZONTALAdaptado de BERGAMIN FILHO, A.; KIMATI, H.; AMORIN, L. Manual de fitopatologia

Cultivares Isolados1 2 3

A5 1 1

B1 5 1

C1 1 5

Presena de interao diferencial Patgeno especializado a nvel intraespecfico do hospedeiro Isolados classificados em raasRESISTNCIA VERTICALAdaptado de BERGAMIN FILHO, A.; KIMATI, H.; AMORIN, L. Manual de fitopatologia

Uma mesma cultivar pode apresentar os dois tipos de resistnciaComportamento da variedade Maritta, portadora do gene R1, frente a diferentes raas do fungo Phytophthora infestans

Adaptado de VAN DER PLANK, J. E. Plant diseases: epidemics and control

Comportamento da variedade Kennebec, portadora do gene R1, frente a diferentes raas do fungo Phytophthora infestans

Adaptado de VAN DER PLANK, J. E. Plant diseases: epidemics and control

SOBREPONDO OS GRFICOS TEMOS...

CARACTERSTICAS GENTICAS E AGRONMICAS Controle gentico Comum encontrar na literatura que resistncia vertical = monognica e resistncia horizontal = oligo/polignica

Durabilidade Resistncia vertical monognica tende a ser passageira Genes Dm da alface contra Bremia lactucae Gene ARE de resistncia a ferrugem e antracnose no feijoeiro Resistncia horizontal oligo/polignica est alm da capacidade microevolutiva do patgeno Considerando a hiptese gene-a-gene, uma resistncia polignica mais estvel do que uma monognica

Efeito na epidemia Resistncia vertical reduz a quantidade efetiva de inculo inicial, atrasando o incio da epidemia

Dois campos de batata lado a lado 1 resistente (R1) outro suscetvel


Resistncia horizontal diminui o tamanho das leses produzidas, aumenta o perodo latente, diminui o nmero de esporos produzidos por leso (afetando a taxa de desenvolvimento da doena)

Resistncia vertical + resistncia horizontalA= Pouca resist. horizontal e nenhuma vertical B= Mesma resist. horizontal de A + resist. Vertical C= Maior resist. horizontal e nenhuma vertical D= Mesma resist. vertical de B e mesma resist. horizontal de C


MTODOS CONVENCIONAIS DE MELHORAMENTO Semelhantes aos mtodos usados para melhoramento de outras caractersticas agronmicas Escolha do mtodo tipo de reproduo (autgama ou algama) e natureza da resistncia (monognica ou polignica)

SELEO DE RESISTNCIA MONOGNICA Indivduos resistentes facilmente distinguveis Preferida dos melhoristas Gene identificado em germoplasma selvagem, deve ser transferido para cultivar suscetvel com timo mercadoE AGORA????

RETROCRUZAMENTO Cruzamento repetido de uma prognie hbrida com um dos gentipos parentais (recorrente)Doador do gene de resistncia Recorrente, suscetvel

50% resistente 50% suscetvel

25% resistente 75% suscetvel

EFEITO VERTIFOLIA Proposto por Vanderplank (1963), aps experimentos com o cultivar de batata vertifolia Perda da RH polignica na seleo para a RV Pode ocorrer mesmo quando a seleo no intencionalmente voltada para a resistncia vertical

DERIVA GENTICA Populaes pequenas Freqncia de genes que no esto sob presso seletiva tende a variar de gerao em gerao

Fixao (F=1,0)

Extino (F=0)

ESTRATGIAS DE USO DA RV MONOGNICA Cultivares que possuem RV geralmente mantm-se resistentes por um curto perodo de tempo Em alguns casos essa quebra de resistncia rpida

SELEO ESTABILIZADORA E DIRECIONAL

Vanderplank (1963) raas com genes desnecessrios de virulncia so menos aptas em sobreviver

SELEO ESTABILIZADORA Aps uma perturbao, a freqncia de genes de virulncia tende a reverter ao seu estado original aps a remoo do evento perturbador

SELEO DIRECIONAL

Seleo em direo virulncia

Cultivar XSeleo direcional para a raas com o gene 1

Cultivar Y

Raa 1 Gene R1 Genes R1 e R2Seleo direcional para a raas com o gene 1 e 2

Cultivar XSeleo estabilizadora para a raas com o gene 1

Raa 1,2

Raa 1 Gene R1

Comportamento do fungo Puccinia graminis f. sp. tritici aps a introduo do cultivar Eureka


PIRAMIDAMENTO DE GENES Incorporar vrios genes de resistncia vertical em um nico cultivar Prevenir o aparecimento de novas raas baseado na premissa de que a probabilidade do aparecimento de uma super-raa baixa

ROTAO DE GENES Semelhante rotao de culturas Reduz a presso de seleo direcionalAps alguns anos retorna-se para o cultivar X Cultivar X (R1) Aparece uma raa com gene 1

... Cultivar Y (R2) Aparece uma raa com gene 2

Utilizada na Austrlia entre 1938 e 1950, no controle da ferrugem do colmo em trigo Recomendada como medida de controle de doenas do arroz (Instituto Internacional de Pesquisas do Arroz) Requer alto grau de cooperao por parte dos agricultores

MULTILINHAS Mistura de linhagens agronomicamente semelhantes, que diferem entre si por possurem diferentes genes de RV Estabilizar a estrutura racial do patgeno Dois conceitos multilinha suja e limpa

MULTILINHA SUJA Nenhuma das linhagens usadas na mistura resistente a todas as raas do patgeno Suja a doena sempre estar presente no campo

MULTILINHA LIMPA Linhagens usadas possuem genes que conferem resistncia maioria das raas do patgeno prevalecentes no local

Cv A (R1)

Cv B (R2)

Cv C (R3)

Cv D (R4)

Cv A (R1)

Cv B (R2) Cv C (R3)

Cv D (R4)

Cv D (R4)

Cv C (R3)

Cv B (R2)

Cv A (R1)

Cv D (R4)

Cv C (R3) Cv B (R2)

Cv A (R2)

Raa 1

Raa 2

Raa 3

Raa 4

O sucesso depende do no aparecimento de uma super-raa (no exemplo: Raa 1,2,3,4) Utilizadas no controle de doenas de trigo e aveia Melhoramento aveia para resistncia a Puccinia graminis f. sp. Avenae (Universidade de Iowa)

DISTRIBUIO GEOGRFICA DE GENES DE RESISTNCIA Equivalente ao sistema multilinhas em escala maior Plantio de cultivares contendo genes de resistncia segue um padro planejado de distribuio geogrfica

TRILHA DA Puccinia Erradicao do hospedeiro alternativo da Puccinia graminis f. sp. tritici, criou uma situao em que o patgeno tem que acompanhar os plantios do hospedeiro

NORTE A epidemia no norte dependedo inculo produzido no sul

Hemisfrio Norte

Os plantios iniciam no sul, durante o inverno, e gradativamente, acompanhando as mudanas de estao, atravessam o continente, chegando ao Canad durante o vero

SUL

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