Melhoramento Gen

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Melhoramento Genético de Plantas
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Arte e ciência para alterar geneticamente as
plantas e animais de modo a tender as
necessidades do homem.
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Objetivo Fornecer conhecimentos básicos sobre os
princípios da genética vegetal e sua aplicação
nos vários métodos de melhoramento, capacitando o
estudante para planejar e executar prática,
programas específicos de melhoramento de espécies
cultivadas.
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Histórico Vavilov Evolução direcionada pelo
homem Frankel Ajuste genético de planta a
serviço do homem - Domesticação primitiva das
plantas - Contribuição á evolução social do
homem - Mudança do estilo de vida de nômade para
sedentário - Desenvolvimento das artes e das
grandes cidades
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Início de Revolução Verde ou - 11.000 anos na
bacia dos rios Tigre e Eufrates O fértil
crescente há 7.000 anos a agricultura na região
já era bem desenvolvida e as principais cidades
da mesopotânia já haviam sido irrigadas. - As
principais culturas já estavam estabelecidas em
3.000 A.C. - Américas a revolução verde
iniciou-se mais tarde em torno de 1.000 A.C.
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Culturas mais importantes na fundação de
civilizações Velho mundo cevada e trigo Novo
mundo milho África sorgo granífero
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Domesticações importantes nas Américas
Anos atrás Cultura Modo de vida reinante
9.000 moranga Nômade
6.000 Feijões, pimenta e milho Semi-nômade e ajuntadores de plantas
4.300 Abóbora, amaranto e milho Semi-nômade e ajuntadores de plantas
3.800 Algodão anual Semi-sedentária, vilas
3.400 girassol Vilas
1.800 fumo Outras edificações
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Culturas importantes e de desenvolvimento
recente - Aveia, centeio e mais recentemente
seringueira e triticale -No de plantas superiores
conhecidas 250.000 -No de plantas utilizadas
pelo homem 3.000 -No de plantas intensamente
cultivadas 150 Ocorreu mudança de seleção
automática para seleção consciente.
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Seleção primitiva para plantas maiores, maior
número de sementes, frutos indeiscentes, frutos
coloridos, plantas anuais e autopolinizadas. Conhe
cimentos exigidos do melhorista Evolução,
genética, estatística, bioquímica, fisiologia
vegetal, citologia, entomologia, fitopatologia,
nutrição de plantas e práticas agrícolas.
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• Principais objetivos do melhoramento de plantas
• Aumento de produtividades
• Ex milho, trigo, algodão, soja
• Expansão de áreas de produção
• EX soja e café, sorgo
• Resistência ás doenças Ex milho vs carvão
• Soja vs nematóide
• Resistência às pragas Ex precocidade vs bicudo
  do algodoeiro.

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• Qualidade do produto
• Ex beterraba açucareira de 7 a 18 de açúcar
  em 175 anos
• Milho opaco-2 proteína com maiores teores de
  lisina e triptofano
• Algodão qualidade da fibra - 28 mm a gt 31 mm em
  35 anos de seleção no Brasil

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• Adaptação á colheita mecânica
• Soja- inserção da 1ª vargem
• Sorgos- de menor porte
• Feijão- porte ereto e hábito determinado

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Mecanismos evolutivos das espécies cultivadas A
atuação conjunta da seleção natural e artificial
proporcionou ao melhorista moderno um formidável
acervo botânico. Formas de evolução Existem 3
categorias principais mutação, poliploidia e
hibridação interespecífica.
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• Introdução de plantas e diversidade genética
• Novas cultivares pode ser obtidas a partir de
  introduções das seguintes maneiras
• Utilização direta como cultivar, após avaliação
  em ensaios de competição com materiais já
  cultivados
• Seleções de genótipos no material original, se
  este heterogêneo, procedendo-se principalmente á
  eliminação de tipos indesejáveis

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• Cruzamento com outras cultivares, visando a
  transferência de alelos de interesse.

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• Principais culturas introduzidas no Brasil
• Cana a introdução de canas javanesas e indianas
  solucionou o problema de ataque de doenças em
  canaviais nacionais, entre 1920 e 1924.
• Café introduzido em Belém em 1727 Sementes de
  C. arábica existente na Guiana Francesa.
• Em 1933 iniciou-se o programa de melhoramento
  do cafeeiro no IAC (Instituto Agronômico de
  campinas).

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• A c.v. feijão preto Rico-23 (Phaseolus vulgaris
  L.) introduzida em 1954, da Costa Rica
  sobressai em termos de produção de grãos,
  resistência a doenças e outras características
• Após 5 anos foram distribuídos aos agricultores.

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- Eucalipto introduzido por meio da Companhia
Paulista de Estradas de Ferro em 1903 no IAC e
somente em 1960 teve maior atenção. - Maçã (Malus
spp.) introduzido no final do séc. XIX, porém
teve maior atenção a partir de 1960. - Milho
introduzido no início do séc. XX.
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Tipos de materiais introduzidos - Não é
aconselhável estacas, manivas, toletes, etc. -
Evitar a introdução concomitante de patógenos e
pragas (tratamentos preventivos) - Sementes
tratadas (é recomendado) - Intercâmbio de
materiais reprodutivos na forma de cultura de
tecidos, livres de patógenos.
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Instituições que cuidam da introdução EMBRAPA-
Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária CENARG
EM- Centro Nacional de Recursos Genéticos e
Biotecnologia Realiza triagem no intercâmbio de
material genético entre o Brasil e outros
países. EX genótipos de mandioca, in vitro, na
forma de cultura de meristemas, do Brasil para a
Colômbia (Centro Internacional de Agricultura
Tropical CIAT)
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• Diversidade genética em plantas
• Mutação
• São alterações ou modificações súbitas em genes
  ou cromossomos, podendo acarretar variação
  hereditária.
• As mutações podem ser gênicas quando alteram a
  estrutura do DNA ou cromossômicas quando alteram
  a estrutura ou o número de cromossomos.

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As mutações são espontâneas e podem ser
silenciosas, ou seja, não alterar a proteína ou
sua ação. Podem ainda ser letais, quando
provocam a morte, ou ainda acarretar doenças ou
anomalias. As mutações também promovem a
evolução já que determinam aumento na
variabilidade genética.
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As Mutações gênicas constantemente ocorre e é a
base para a seleção natural, pois a maioria são
deletérias e recessivas. Ocorre em gt
probabilidade em população geneticamente
heterogênea (carregam e segregam gt alelos
recessivos) EX centeio, cevada, feijão, linho,
milho, tomate.
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A) Mutações gênicas ou Mutações de ponto -
envolvem mudanças em sítios específicos de um
gene. Principais tipos de mutações de ponto
são Substituições de bases - um par de base é
substituído por outro Transição - substituição
de uma base por outra da mesma categoria química
(A-G / C-T) Purina A
G Pirimidina C T 
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Transversão - substituição de uma base por outra
de categoria química diferente (purina por
pirimidina) Purina Pirimidina A
C A T G
C G T Pirimidina
Purina C A C
G T A T
G
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B) Mutações Extranucleares Modificações no DNA
de organelas como a mitocondria e cloroplasto.
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C) Mutações Cromossômicas Também chamadas de
aberrações cromossômicas, são alterações na
estrutura ou no número de cromossomos normal da
espécie. - Podem provocar anomalias e más
formações no organismo ou até a inviabilidade dele
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Mutações cromossômicas a) Estrutural Inserções
e Deleções - adição ou remoção de um ou mais
pares de nucleotídeos Inserções e Deleções -
mais freqüentes do que as substituições de
bases Podem levar a mudança na matriz de
leitura, alterando todos os aminoácidos após a
mutação. Em geral tem efeitos drásticos no
fenótipo.
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Deleções e Inserções em múltiplos de 3 podem
deixar a matriz intacta, embora ainda afete o
fenótipo.
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Inserção
..GGG AGT GTA GAT GGT CC ....
T Nova sequência .. GGG AGT GTA TGA TGG TCC
...
..GGG AGT GTT AGA TGG TCC ... Nova
sequência GGG AGT GTT AGT GGT CC
Deleção
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A inserção ou a deleção alteram a matriz de
leitura e podem mudar muitos códons Mutações
silenciosas - mudança de um códon por outro
originando o mesmo aminoácido. EX UUA -
leucina UUG - leucina
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Mutações de sentido trocado - mudança de um
códon por outro originando aminoácido
diferente. EX CAC- histidina CAA- glutamina
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Sinônimas - códon especifica aa quimicamente
semelhante. Não-sinônimas - aa quimicamente
diferente. Mutações sem sentido - substituição
de um códon para aa qualquer por um stop
codon. EX UAC- tirosina UAA - stop
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• Agentes Mutagênicos
• Físicos ? radiações ionizantes (raios X,
  radiações alfa, beta e gama) e radiação
  ultravioleta.
• Químicos ? colchicina, gás mostarda, sais de
  metais radioativos, alcatrão, benzeno,
  benzopireno, etc.

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Uso da Mutação no Melhoramento Quando não há
variabilidade genética disponível para a
característica de interesse.
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Mutação direta - altera o fenótipo do tipo
selvagem (modificação nas proteínas pode levar a
alterações no fenótipo).
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(No Transcript)
38
(No Transcript)
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Exemplo Prático
EX Domesticação do arroz ocorreu mutação em
apenas um par de bases no DNA causando a mudança
de um aminoácido em uma proteína ocorrendo a
redução da degrana natural.
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Mutação Natural?
Devon, Reino Unido, 2009
41
b- Numéricas Provocam alterações no número típico
de cromossomos da espécie (cariótipo). Podem
produzir anomalias graves e até a morte do
organismo. b.1) Aneuploidias (Somias) quando
acrescentam ou perdem um ou poucos
cromossomos. b.2) Euploidias quando há a
alteração de um genoma inteiro.
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b.1) Aneuploidia termo geral que descreve os
organismos cujo número de cromossomos não é
múltiplo perfeito do conjunto básico de
cromossomos do grupo.
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b.1) Aneuploidias (Somias) Nulissomia (2n-2) ?
perda de um par inteiro de cromossomos. BBCC 4
cromossomos Monossomia (2n-1) ? um cromossomo a
menos no cariótipo. ABBCC 5 cromossomos Trissomi
a (2n1) ? um cromossomo a mais no cariótipo.
AAABBCC 7 cromossomos Tetrassomia (2n2) ? dois
cromossomos a mais no cariótipo. AABBCCAA 8
cromossomos
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Causas da Aneuploidia a) Movimento retardado dos
cromossomos durante a anáfase. b) Não disjunção
de cromossomos ou cromátides durante a meiose ou
mitose. c) Assinapse (não pareamento) de
cromossomos homólogos na meiose.
45
(No Transcript)
46
(No Transcript)
47
II) Euploidias descreve os casos onde há
repetição de conjuntos básicos de cromossomos de
uma ou mais espécies. Monoploidia (n) ? quando
há apenas um genoma. - São de interesse do
melhorista porque a duplicação induzida de seu
genoma resulta em indivíduos totalmente
homozigoto e todos os cromossomos terão alelos
idênticos. - A perpetuação desse tipo de
indivíduo proporciona uma linha pura.
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Nome Designação Constituição Número Cromossomos
Euploides
Haplóide n A B C 3
Diplóide 2n AA BB CC 6
Triploide 3n AAA BBB CCC 9
Tetraploide 4n AAAA BBBB CCCC DDDD 12
N NO BÁSICO DE CROMOSSOMOS
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Triploidias (3n) ? quando há três genomas. Isso
significa que cada célula possui três lotes de
cromossomos homólogos (célula 3n). - Embora os
triplóides sejam estéreis possuem características
fisiológicas e fenotípicas favoráveis como frutos
maiores e maior vigor fisiológico.
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• Triplóides são altamente estéreis e reproduzem
  por via assexuada.
• A triploidia ocorre em maçãs, uva e banana.

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Desenvolvimento de híbridos triplóides Envolve
duas etapas -Obtenção de plantas tetraplóides
Indução de poliploidia em plantas diplóides -
Identificação das plantas tetraplóides -
Hibridação das plantas tetraplóides com as
plantas diplóides
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EX melancia sem semente é de natureza triplóide.
Diplóides (2x 2n 22) x Tetraplóides (4x
4n44) Frutos triplóides (3x3n33) - São
selecionados por não formarem sementes, somente
parecem rudimentos brancos de sementes.
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A triploidia da banana resulta na falta de
produção de sementes, indesejáveis nos frutos,
aumento e vigor da planta e tamanho do fruto. -
significa que cada célula da bananeira possui
três lotes de cromossomos homólogos (célula 3n).
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Células da epiderme de folhas de plantas de
tabaco com aumento de ploidia. O tamanho da
célula aumenta, particularmente o tamanho dos
estomas, com o aumento de ploidia. (a)
Diploide (b) tetraploide (c) octoploide.
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Qual a importância dos Poliploides? Extrema
importância em duas áreas da genética de plantas
na evolução e no melhoramento genético. -
Permite a obtenção de novos cultivares com
características fenotípicas superiores aos
genótipos diplóides, onde há o aproveitamento das
partes vegetativas como raízes, caules, flores ou
frutos.
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Em geral, plantas poliplóides são mais vigorosas,
com frutos e sementes maiores. - É
freqüentemente atribuído aos poliplóides, através
da acumulação de diversos genomas, maior
adaptabilidade do que seus genitores diplóides.
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40 das espécies cultivadas são poliplóides -
Alfafa (Medicago sativa) - Algodão (Gossypium
hirsutum) - Batata (Solanum tuberosum) -
Batata doce (Ipomoea batatas) - Café (Coffea
arabica)
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- Cana de açúcar (Saccharum officinarum) - Fumo
(Nicotiana tabacum) - Morango (Fragraria
ananassa) - Trigo (Triticum aestivum).
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Tipos de poliploides A) Autopoliploides Tem
conjuntos cromossômicos múltiplos com origem
dentro de uma espécie. Quando há 3 ou mais
genomas da mesma espécie.
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Exemplo Batata autotetraplóide AAAA Cada
A representa um conjunto básico de 12
cromossomos. 2n 4x 48 4x 4 cópias do n
básico de cromossomos 12 (4 x 12) 48
cromossomos N total de cromossomas 48
cromossomos
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B) Alopoliploides Quando ocorrem dois ou mais
genomas diferentes AA BB. Surgem pela duplicação
dos cromossomos após um cruzamento
interespecífico. Ocorrem freqüentemente na
natureza.
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EX Trigo (Triticum aestivum) - tem o genoma
AABBDD. T. Urartu x Aegilops
speltoides 2n2x14 (AA)
2n2x14 (BB) T.
turgidum x T.
tauschii (2n 4x 28, AABB)
2n2x14 (DD) Triticum aestivum
2n6x42(AABBDD) Alohexaplóide (3
genomas distintos)
Duplicação
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Raphanobrassica tem o genoma - Rabanete
(Raphanus sativus , 2n 18) -Repolho (Brassica
oleracea, 2n 18)
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Vantagem
Aloploidia um processo mais eficiente. -
Consiste da hibridação entre espécies afins, com
posterior duplicação do no de cromossomos. -
Surgem na natureza pela duplicação dos
cromossomos após um cruzamento interespecífico.
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Características dos poliplóides - Maior volume
nuclear - Partes reprodutivas e vegetativas
agigantadas - Fertilização reduzida - Alterações
nos constituintes químicos - Diminuição da
velocidade de crescimento
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Efeitos fenotípicos dos poliploides Formação de
órgãos vegetativos gigantes. Ex.
cravo-de-defunto, boca-de-leão, entre outros.
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- Formação de órgãos reprodutivos gigantes e de
melhor qualidade. - Formação de frutos sem
sementes. Ex. Banana, melancia.
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Qual a importância das mutações para o
melhoramento genético de plantas?