SEMIN. - POLIPLOIDIA

UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDECENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA AGROALIMENTAR - CCTA

UNIDADE ACADÊMICA DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS - UAGRACAMPUS DE POMBAL – PB

Pombal – PB 06 de Fevereiro de 2013

Equipe:Diego ChiancaEmanuel AbrantesKellymara Marques

Prof.:Prof.: Rolando Enrique Rivas Rolando Enrique Rivas CastellónCastellón

Título:

POLYPLOIDY AND ITS IMPACT ON THE ORIGIN AND EVOLUTION OF WILD AND CULTIVATED PLANTS

Melhoramento de Melhoramento de PlantasPlantas

POLIPLOIDIA E SEU IMPACTO NA ORIGEM E EVOLUÇÃO DAS PLANTAS

SILVESTRES E CULTIVADAS

SCHIFINO-WITTMANN, Maria T. SCHIFINO-WITTMANN, Maria T. 11

1 Bióloga, Dr., Prof. Adjunto, Departamento de Plantas Forrageiras e Agrometeorologia Faculdade de Agronomia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

Recebido para Publicação em 02/09/2003, Aprovado em 12/12/2003Recebido para Publicação em 02/09/2003, Aprovado em 12/12/2003

O QUE É O QUE É POLIPLOIDIAPOLIPLOIDIA??

Poliploidia é a condição hereditária de possuir mais de dois conjuntos

completos de cromossomos, ou seja, a existência de mais de dois

genomas no mesmo núcleo SCHIFINO-WITTMANN (2004) e Van de Peer

& Meyer (2005).

O QUE É O QUE É POLIPLOIDIAPOLIPLOIDIA??

Poliploidia é a condição hereditária de possuir mais de dois conjuntos

completos de cromossomos, ou seja, a existência de mais de dois

genomas no mesmo núcleo SCHIFINO-WITTMANN (2004) e Van de Peer

& Meyer (2005).

INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO

Os tipos de poliplóides são divididos de acordo com o número

de conjuntos de cromossomos, presentes em seu núcleo, em:

TRIPLÓIDE (três conjuntos; 3x) - por exemplo, melancia sem sementes ,

comum no filo Tardigrada;

TETRAPLÓIDES (quatro conjuntos, 4x) - por exemplo Salmonidae peixe;

PENTAPLÓIDES (cinco conjuntos; 5x) - por exemplo Kenai Vidoeiro (Betula

papyrifera var. kenaica);

HEXAPLÓIDE (seis conjuntos; 6x) - por exemplo, trigo ,kiwis;

OCTAPLOIDE (oito conjuntos; 8x) - por exemplo Acipenser (gênero de

esturjão peixe);

DECAPLOIDE (dez conjuntos, 10x) - por exemplo, certos morangos.

TRIPLÓIDE (três conjuntos; 3x) - por exemplo, melancia sem sementes ,

comum no filo Tardigrada;

TETRAPLÓIDES (quatro conjuntos, 4x) - por exemplo Salmonidae peixe;

PENTAPLÓIDES (cinco conjuntos; 5x) - por exemplo Kenai Vidoeiro (Betula

papyrifera var. kenaica);

HEXAPLÓIDE (seis conjuntos; 6x) - por exemplo, trigo ,kiwis;

OCTAPLOIDE (oito conjuntos; 8x) - por exemplo Acipenser (gênero de

esturjão peixe);

DECAPLOIDE (dez conjuntos, 10x) - por exemplo, certos morangos.


Século XX, possibilidade de utilização da POLIPLOIDIA na

agricultura.

Século XX, possibilidade de utilização da POLIPLOIDIA na

agricultura.


Últimos 10 / 15 anos – Origem e Evolução Últimos 10 / 15 anos – Origem e Evolução

Nesta revisão serão abordados rapidamente os aspectos gerais da poliploidia e sua

aplicação prática, e enfatizados os conhecimentos mais recentes sobre origem e

evolução de poliplóides em plantas silvestres e cultivadas.

CONHECIMENTOS CONHECIMENTOS GERAISGERAIS

As estimativas de ocorrência de POLIPLOIDIA nas plantas com flores

encontradas na literatura são variáveis;

Até as mais recentes que sugerem que 95% das pteridófitas e até 80

% das angiospermas sejam poliplóides (LEITCH & BENNET, 1997).

A ocorrência de POLIPLOIDIA é rara nas gimnospermas e altamente

variável nas angiospermas;

Sendo que 43% das dicotiledôneas (principalmente das famílias

Rosaceae, Rubiaceae e Compositae)

E 58% das monocotiledôneas (principalmente das famílias Iridaceae e

Gramineae) são POLIPLÓIDES (GRANT, 1971).


Hibridação POLIPLOIDIA Evolução Hibridação POLIPLOIDIA Evolução

Melhor capacidade adaptativa do que diplóides. Melhor capacidade adaptativa do que diplóides.


Tradicionalmente os POLIPLÓIDES são classificados em:

AUTOPOLIPLÓIDES

Originados pela duplicação de um MESMO GENOMA

Conjuntos de cromossomos são originários de uma única espécie.


ALOPOLIPLÓIDES

Originados pela duplicação de GENOMAS DIFERENTES,

normalmente após um evento de hibridação.

COMPARADO COM A AUTOPOLIPLOIDIA, A ALOPOLIPLOIDIA TEVE

UM IMPACTO MUITO MAIOR NA DOMESTICAÇÃO DAS PLANTAS

CULTIVADAS.

POLIPLÓIDES SEGMENTARES

Aqueles originados pela duplicação dos genomas de espécies

próximas o suficiente para apresentarem uma certa homeologia

cromossômica.


Evolução, poliplóide como se fosse um diplóide (diploidização). Evolução, poliplóide como se fosse um diplóide (diploidização).

Alopoliplóides mais comuns e mais importantes (STEBBINS, 1971;

1980). Já RAMSEY & SCHEMSKE (1998), dizem que são os

autopoliplóides.

Alopoliplóides mais comuns e mais importantes (STEBBINS, 1971;

1980). Já RAMSEY & SCHEMSKE (1998), dizem que são os

autopoliplóides.

POLIPLOIDIA, DOMESTICAÇÃO POLIPLOIDIA, DOMESTICAÇÃO E MELHORAMENTOE MELHORAMENTO

Em torno de 40% das espécies cultivadas são POLIPLÓIDES Em torno de 40% das espécies cultivadas são POLIPLÓIDES

Como ALFAFA (Medicago sativa), ALGODÃO (Gossypium hirsutum),

BATATA (Solanum tuberosum), BATATA DOCE (Ipomoea batatas),

CAFÉ (Coffea arabica), CANA DE AÇÚCAR (Saccharum fficinarum),

FUMO (Nicotiana tabacum), MORANGO (Fragraria ananassa),

TRIGO (Triticum aestivum), dentre outras.

Como ALFAFA (Medicago sativa), ALGODÃO (Gossypium hirsutum),

BATATA (Solanum tuberosum), BATATA DOCE (Ipomoea batatas),

CAFÉ (Coffea arabica), CANA DE AÇÚCAR (Saccharum fficinarum),

FUMO (Nicotiana tabacum), MORANGO (Fragraria ananassa),

TRIGO (Triticum aestivum), dentre outras.


A domesticação é um processo evolucionário conduzido pelo homem visando adaptar plantas e animais às necessidades humanas.

Os principais fatores genéticos envolvidos no processo de domesticação das plantas são: mutação; hibridação interespecífica; poliploidia; e seleção artificial.

Poliploidia Induzida – Efeito poliploidizante da colchicina. Poliploidia Induzida – Efeito poliploidizante da colchicina.

No melhoramento, a indução de poliploidia pode ser utilizada de três

maneiras básicas:

Por poliploidização na espécie (efeito “gigas”);

Por poliploidização de um híbrido (Fertilidade);

Como uma ponte para transferir genes de interesse entre níveis de

ploidia diferentes (intra ou interespecíficos).

No melhoramento, a indução de poliploidia pode ser utilizada de três

maneiras básicas:

Por poliploidização na espécie (efeito “gigas”);

Por poliploidização de um híbrido (Fertilidade);

Como uma ponte para transferir genes de interesse entre níveis de

ploidia diferentes (intra ou interespecíficos).



O Triticale, um alopoliplóide de trigo e centeio, e única espécie criada

pelo homem, é um exemplo de POLIPLÓIDE ARTIFICIAL relativamente

bem sucedido.

O Triticale, um alopoliplóide de trigo e centeio, e única espécie criada

pelo homem, é um exemplo de POLIPLÓIDE ARTIFICIAL relativamente

bem sucedido.

A. Espiga de trigo panadero (Triticum aestivum); B. Espiga de centeno (Secale cereale); C. Triticale (Triticale).

DIPLÓIDES OU POLIPLÓIDES?DIPLÓIDES OU POLIPLÓIDES?

Poliploidias antigas são especialmente difíceis de detectar pois o tempo apaga os sinais de duplicação;

Alguns fatores obscuram a diploidia;

O reconhecimento de que muitas espécies vegetais diplóides seriam na realidade poliplóides antigos ou residuais, não é um fato novo (STEBBINS, 1980)


Evolução para poliplóide







À medida que os dados das análises com marcadores moleculares, mapeamento genômico, e a verificação da extensão da duplicação gênica, foram se acumulando, o número de casos em que a poliploidia antiga foi demonstrada vem aumentando, como em diversas espécies de Brassica e Sorghum (SOLTIS & SOLTIS,1999), e até mesmo Arabidopsis (WOLFE, 2001), espécie muito utilizada na pesquisa genética, por, entre outras características, possuir um genoma pequeno.


Exemplo de poliploidia







Seguindo esta linha de raciocínio chegar-se-ia à conclusão de a maioria das angiospermas, senão todas, seriam poliplóides (MURRAY, 2002).

Quanto mais voltarmos no tempo geológico e ampliarmos o grupo de estudo, chegaremos à conclusão de que todos os seres vivos atuais surgiram por ciclos de poliploidia

ORIGEM E EVOLUÇÃO DOS ORIGEM E EVOLUÇÃO DOS POLIPLÓIDES NA NATUREZAPOLIPLÓIDES NA NATUREZA

Os poliplóides surgiram pela UNIÃO DE GAMETAS NÃO

REDUZIDOS

Surgimento de espécies poliplóides por DUPLICAÇÃO SOMÁTICA,

estas são raríssimas


TRIPLÓIDES tiveram um papel importante na origem dos Poliplóides.

Certamente a descoberta mais revolucionária quanto à origem

dos poliplóides, foi:

ORIGENS MÚLTIPLAS

A idéia tradicional era de que, após o evento de poliploidização, a

população, ou ESPÉCIE NOVA, teria se expandido e colonizado

novos espaços.


ORIGEM ÚNICA

Ex.: O exemplo mais interessante de uma provável ORIGEM ÚNICA:

S. Maritima 2n=60 cromossomos

Espécie da América do Norte, S. alterniflora, com 2n=62 cromossomos

1870 - um híbrido estéril, S. townsendii (2n=61).


Por POLIPLOIDIZAÇÃO deste híbrido surgiu, em torno de 1880, S.

anglica, espécie fértil com 2n=122 cromossomos, que rapidamente

expandiu-se suplantando, e quase extingüindo, a espécie nativa.

Spartina anglica

Os novos fenótipos, que freqüentemente surgem com a

formação de poliplóides, podem contribuir para seu sucesso

na natureza ou para sua seleção para uso na agricultura

(OSBORN et al., 2003).



História Evolutiva do Trigo: alopoliplóide natural

Então, Então, QUAL O EFEITO DA QUAL O EFEITO DA POLIPLOIDIA?POLIPLOIDIA?

Fertilidade dos poliplóides;

Efeitos fisiológicos também são demonstrados nos poliplóides

Nos TETRAPLÓIDES há um aumento significativo de componentes

químicos em relação ao correspondente DIPLÓIDE.

Ex.: A beterraba açucareira em que o teor de açúcar é substancialmente

maior no tetraplóide (Peto e Boyer, 1940), e em repolho Newcomer

(1943) encontrou maior quantidade de vitamina C.

Ex.: Seringueira (Taraxacum kok-seghiz) cujo tetraplóide é mais rico em

látex do que o diplóide.

Então, Então, QUAL O EFEITO DA QUAL O EFEITO DA POLIPLOIDIA?POLIPLOIDIA?

A formação do genoma POLIPLÓIDE em plantas

cultivadas Dois processos envolvem:

HIBRIDAÇÃO INTERESPECÍFICA SEGUIDA DA POLIPLOIDIZAÇÃO

Avena sativa

autoalohexaplóide – 7 cromossomos

Família Poaceae, Sub-família PoideaTribo Aveneae Gênero Avena

30 diferentes espécies que estão

agrupadas em diplóides,

tetraplóide e hexaplóide

Genomas podem ser identificados por

AA, CC, AABB, AACC e AACCDD

que são encontrados na natureza.

A formação do genoma POLIPLÓIDE em plantas

cultivadas

As espécies com genoma A foram Avena strigosa, Avena brevis,

Avena nudbrevis, Avena hirtula e Avena weissi.

HÍBRIDOS ESTÉREIS

O genoma C proveio das espécies Avena clauda e Avena eriantha,

entretanto ambas as aveias evoluíram da Avena ventricosa.

As origens dos genomas B e D são desconhecidas

O QUE OCORRE OU OCORREU NOS O QUE OCORRE OU OCORREU NOS GENOMAS APÓS A GENOMAS APÓS A POLIPLOIDIZAÇÃO?POLIPLOIDIZAÇÃO?

A POLIPLOIDIA parecer ser um processo muito mais dinâmico

e em andamento nas plantas do que em outros organismos (RAMSEY

& SCHEMSKE, 2002).

Um comportamento comum aos POLIPLÓIDES estabelecidos é

sua DIPLOIDIZAÇÃO

COMPORTAR-SE COMO DIPLÓIDES

O genoma do poliplóide é reestruturadoe passa a comportar-se como diplóide.

EFEITOS FENOTÍPICOS DE EFEITOS FENOTÍPICOS DE POLIPLÓIDESPOLIPLÓIDES

Formação de órgãos vegetativos gigantes;

Formação de órgãos reprodutivos gigantes e de melhor

qualidade;

Fator de incorporação de resistência a doenças e outras

qualidades desejáveis.

TRIPLÓIDES (3n)

Exemplo: Melancia sem semente, TRIPLÓIDES (Japão)

• Cruzamento de plantas DIPLÓIDES (2n) com TETRAPLÓIDES (4n), e

produção de sementes TRIPLÓIDES (3n) inviáveis

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