Evolução Das Especies Cultivadas

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ CAMPUS UNIVERSITÁRIO DO TOCANTINS - CAMETÁ FACULDADE DE AGRONOMIA DISCIPLINA: MELHORAMENTO GENÉTICO PROFESSORA: MEIRIVALDA REDIG DISCENTES: ANA CAROLINA, ANDERSON BRITO, BRUNA DOS ANJOS, EDIR QUEIROZ, ELIAS PANTOJA, MARCELE MARTINS FORMAS DE EVOLUÇÃO DAS ESPÉCIES CULTIVADAS CAMETÁ – PA 2015 SUMÁRIO 1 EVOLUÇÃO DAS PLANTAS......................................................................................... 4 2 3 DOMESTICAÇÃO DAS PLANTAS.............................................................................. 2.1 – BASES GENÉTICAS DA DOMESTICAÇÃO DAS PLANTAS.......................... MUTAÇÃO ...................................................................................................................... 5 6 6 4 5 HIBRIDAÇÃO.................................................................................................................. POLIPLOIDIA................................................................................................................. 7 7 6 SELEÇÃO NATURAL E ARTIFICIAL....................................................................... 7 7 DISPERSÃO E DERIVA GENICA............................................................................... 9 8 DERIVA GENÉTICA...................................................................................................... 10 9 10 CONCLUSÃO.................................................................................................................. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................... 11 11 CAMETÁ – PA 2015 RESUMO: As primeiras plantas terrestres surgiram com um grupo de algas bem diversificada que permitia sua sobrevivência em áreas pantanosas sujeitas a períodos alternados de inundação e seca. Com o processo evolutivo, as plantas começaram a dominar o ambiente terrestre e apresentar novas estruturas adaptativas ao meio. Então novos grupos surgiram, como, as briófitas, pteridófitas, gimnospermas e angiospermas. A domesticação das plantas iniciou por volta de 5 a 10 anos após o aparecimento da agricultura. É um processo evolucionário conduzido pelo homem visando adaptar plantas e animais às necessidades humanas. Com a domesticação tornaram-se completamente dependente do homem para sua sobrevivência. Os principais fatores genéticos envolvidos no processo de domesticação das plantas são: mutação, hibridação, poliploidia, seleção natural e artificial, dispersão e deriva genética. PALAVRAS CHAVES: Plantas, Domesticação, Genética. ABSTRACT: The first land plants appeared with a group of well-diversified algae that allowed their survival in swampy areas subject to alternating periods of flooding and drought. With the evolutionary process of plants, they began to dominate the terrestrial environment and present new adaptive structures in half. Then new groups have emerged, as bryophytes, ferns, gymnosperms and angiosperms. The domestication of plants started around 5-10 years after the onset of agriculture, is an evolutionary process driven by man aiming to adapt plants and animals to human needs, and thereafter become completely dependent on man for survival. The main genetic factors involved in the process of domestication of plants are: mutation, hybridization, polyploidy, natural and artificial selection, dispersal and genetic drift. KEYWORDS: plants, domestication, genetics. 1. EVOLUÇÃO DAS PLANTAS As primeiras plantas terrestres surgiram com um grupo de algas verdes denominados Chlorophyta que apresentava um genótipo e fenótipo bem diverso que permitiu sua sobrevivência em áreas pantanosas sujeitas a períodos alternados de inundação e seca. Isso é possível ver em algumas algas ainda hoje que vivem em águas doce e resistem períodos grande de seca uma vez que apresentam estruturas adaptativas a essas adversidades. O zigoto de algumas algas apresenta camadas celulares mais espessas e podem viver grandes períodos fora da água. Muitas algas podem ser transportadas de diversas formas também ganhando mais espaço. As primeiras plantas a dominar o ambiente terrestre dependiam de água e tinha estruturas multicelulares parenquimatosas que as permitiam crescer em diferentes planos. Possivelmente suas estruturas anatômicas eram as mais simples possíveis, uma vez que as algas que hoje vivem foram da água apresentam talos muito pouco diferenciados. Acredita-se que o grupo das carofíceas tenha dado origem a um organismo que formaria um ancestral comum entre as briófitas antoceros e organismos semelhantes as Rhynias pteridófitas. Então a Rhynia daria origem aos primeiros organismos com vasos condutores verdadeiros, pteridófitas, que não tenham dependência tão grande da água, que as briófitas. Das primeiras briófitas (antoceros) surgiriam o musgo e as hepáticas. As briófitas são plantas consideradas ainda avasculares de pequenas dimensões que vivem em locais úmidas, absorção se dá por rizóides, em células alongadas. As primeiras briófitas ainda primitivas apresentavam a fase gametofítica mais desenvolvida que a esporofítica. Apresentavam grande afinidade genética com algas clorófitas e pteridófitas. O grupo das pteridófitas compreende plantas que, diferentemente das briófitas, possuem vasos condutores de seiva sendo, por isso, consideradas traqueófitas. Entretanto, não apresentam sementes - tal como os musgos, hepáticas e antóceros - e, ao contrário destas, a fase dominante é o esporófito, com gametófito reduzido. O fato de serem traqueófitas fez com que com o transporte de água, nutrientes e seiva elaborada se tornasse mais eficiente. Essa característica, aliada ao surgimento de tecidos de sustentação, permitiu que seus representantes apresentassem maior porte e se mantivessem eretos. As gimnospermas são as primeiras plantas que apresentam sementes, durante o processo de evolução biológica dos vegetais. A origem do nome está relacionada com a presença destas sementes que estão desprotegidas de frutos, isto é, sementes nuas. São plantas traqueófitas, pelo fato de possuírem vasos condutores do tipo xilema e floema, que apareceram, pela primeira vez, durante a evolução das pteridófitas. A partir das gimnospermas ocorre a independência da água para a reprodução, deixando de ser por oogamia, passando a ser por sifonogamia, com o desenvolvimento de um tubo polínico, que carrega o gameta masculino até a oosfera. As gimnospermas marcam evolutivamente o aparecimento das sementes como consequência da heterosporia, que é a produção de dois tipos de esporos, um masculino - micrósporo, e outro feminino – megásporo. A conquista definitiva do ambiente terrestre na evolução dos vegetais ocorre com as angiospermas, pois apresentam maior grau de complexidade, maior diversidade de formas e grande distribuição geográfica. Estes vegetais apresentam suas sementes protegidas dentro de frutos, que também funcionam como um mecanismo de dispersão para os vegetais. 2. DOMESTICAÇÃO DAS PLANTAS A domesticação é um processo evolucionário conduzido pelo homem visando adaptar plantas e animais às necessidades humanas. Plantas domesticadas são geneticamente distintas de seus progenitores selvagens. Uma espécie totalmente domesticada é completamente dependente do homem para sua sobrevivência, não conseguindo se reproduzir na natureza sem a intervenção humana. As espécies domesticadas apresentam uma série de modificações morfológicas quando comparadas com seus ancestrais selvagens. Harlan (1992) chamou estas mudanças de "Síndrome da Domesticação". Entre estas modificações podemos citar: perda de dormência de sementes; aumento do tamanho de frutos e sementes; mecanismos de dispersão ineficientes (vagens indeiscentes, por exemplo); hábito de crescimento mais compacto; maior uniformidade; redução de substâncias tóxicas; aumento do número de sementes por inflorescência; etc. O milho (Zea mays) é um bom exemplo das modificações ocorridas durante a domesticação. Quando comparado com o teosinto, uma espécie ancestral, o milho apresenta crescimento mais compacto e maior dificuldade na dispersão natural, pois os grãos estão aderidos ao sabugo e são envolvidos por palha. 2.1 BASES GENÉTICAS DA DOMESTICAÇÃO DE PLANTAS Do ponto de vista genético, evolução é "qualquer alteração das frequências alélicas da população, visando torná-la mais adaptada". No caso da domesticação das plantas, os vegetais foram modificados para torná-los mais adaptados ao homem. Os principais fatores genéticos envolvidos no processo de domesticação das plantas são: mutação e recombinação genica, hibridação, poliploidia, seleção natural e artificial e dispersão e deriva genética. 3. MUTAÇÃO A mutação é definida como a alteração súbita nos genes existentes, sendo o único processo genético que cria variabilidade (cria novos alelos). A mutação é dividida em diferentes tipos: gênicas, extranucleares e cromossômicas. Na mutação gênica ou mutação de ponto as modificações ocorrem nas bases nitrogenadas do DNA. As mutações extranucleares ocorrem no DNA de organelas do citoplasma (mitocôndrias e cloroplastos). Nas mutações cromossômicas as alterações acontecem tanto na estrutura (deleção, duplicação, inversão e translocação) quanto no número de cromossomos (aneuploidia e euploidia). Quanto à sua origem, as mutações podem ser expontâneas ou induzidas. A freqüência da mutação expontânea é muito baixa. Estima-se que ela ocorra em cada locus gênico a cada milhão de gametas, ou seja, numa freqüência de 1:106. Além de ocorrer em baixa freqüência, a mutação expontânea é um processo aleatório e, na maioria das vezes, desvantajoso. Apenas raramente ocorrem mutações que são vantajosas. A domesticação do arroz (Oryza sativa) é um bom exemplo do papel da mutação gênica. Durante o processo de domesticação, a mutação em apenas um par de bases no DNA causou a mudança de um aminoácido em uma proteína, resultando na redução da degrana natural nesta espécie. Esta pequena mudança no DNA previne as sementes maduras de arroz de caírem da panícula, permitindo uma colheita mais eficiente (Li et al., 2006). Mutações também podem ser induzidas com a utilização de radiação ou de produtos químicos mutagênicos, como o etil metano-sulfonato (EMS). Logo após a segunda guerra mundial, houve um grande interesse na utilização da mutação induzida através da radiação na tentativa de obter novas variedades. Apesar de algumas variedades terem sido obtidas utilizando mutação induzida, elas são em muito menor número quando comparadas com as obtidas pelos métodos de hibridação e seleção. 4. HIBRIDAÇÃO Dentre todos os fatores evolutivos, a hibridação natural, definida como acasalamento natural entre indivíduos de duas ou mais populações, é um dos eventos de maior importância evolutivas. Esse processo é influenciado pelo fluxo gênico entre espécies cultivadas selvagens. O fluxo gênico entre variedades de milho e seu parental selvagem, o teosinto (zea mays ssp. Mexicana) afetou a estrutura genética das variedades cultivadas possibilitando a sua sobrevivência em ambientes extremos como elevadas temperaturas (VEASEY et al, 2011). A hibridação interespecífica ocorre em indivíduos de espécies diferentes, mas relacionadas. Esse tipo de domesticação foi muito importante na origem de várias espécies cultivas. A origem do morango é um bom exemplo, é o resultado do cruzamento de duas espécies selvagens (Fragaria virgiana (originária da América do norte) e F. choloensis (originária do chile) esse cruzamento resultou em frutos de maior tamanho. A hibridação interespecífica por retro cruzamento é realizado com o cruzamento do híbrido com uma das espécies parentais de tal forma que o resultado é a transferência de alguma ou mais caraterísticas de um dos genitores para o outro. 5. POLIPLOIDIA Quando em uma nova espécie o genoma é duplicado formando um alopoliploide que consiste em poliploidia definida como a existência de um ou mais genomas no mesmo núcleo, é de ocorrência comum em plantas, tendo desempenhado um papel importante na origem e evolução de plantas silvestres e cultivadas. A hibridação seguida de poliploidia foi importantíssimo já que a duplicação cromossômica restaura a fertilidade nos híbridos. Tradicionalmente os poliploides são classificados em autopoliploidia, originados pela duplicação de um mesmo genoma, e alopoliploides, originados pela duplicação de genomas diferentes, normalmente após um evento de hibridação (SCHIFINO-WITTMANN, 2004) 6. SELEÇÃO NATURAL E ARTIFICIAL A seleção natural atua "concentrando" na população o patrimônio genético dos indivíduos que, por qualquer motivo, mostram maior valor adaptativo, reproduzindo-se com maior frequência do que outros. Desta forma, a cada nova geração, seus genes aumentam em frequência em relação aos genes dos outros componentes do grupo e os genótipos da população se concentram no sentido da vantagem adaptativa. Seleção artificial é o processo conduzido pelo ser humano de cruzamentos seletivos com o objetivo de selecionar características desejáveis em animais, plantas e outros seres vivos. Estas características podem ser por exemplo um aumento da produção de carne, leite, lã, seda ou frutas. Para esse fim foram, e são, produzidas diversas raças domésticas, como cães, gatos, pombos, bovinos, peixes e plantas ornamentais. É uma seleção em que a luta pela vida, ou seleção natural, foi substituída pela escolha humana dos indivíduos que melhor atendem aos seus objetivos. O processo de seleção artificial ajudou na criação de um modelo que pudesse explicar a variação natural dos seres vivos, a seleção natural. Darwin descreveu dois dentre tantos mecanismos que promove a evolução das espécies e para exemplificar sua tese usou evidencias até na domesticação de animal, recorrendo ao que chamamos hoje de seleção artificial. Alguns teóricos e especuladores anti-evolucionistas afirmam que não há evidências físicas que corroborem a evolução e que a seleção natural por si só não é capaz de extrapolar o limite de uma espécie e gerar outra. Alegam então que tais modificações apenas criam subespécies ou raças que biologicamente são denominadas de ecótipos ou variações geográficas. Não há artigo algum que demonstre que a seleção natural fica unicamente restrita ao nível da espécie impossibilitando a criação de novas. Na seleção natural as variações que ocorrem no DNA das espécies e que são vantajosas tendem a ter um efeito na geração seguinte quando atingem as células germinativas, ou seja, os espermatozoides e óvulos. Se essas variações conferem certa vantagem a tendência é que essas novas características passem as gerações seguintes e ao longo do tempo provoquem pequenas diferenças que podem separar populações em raças e até mesmo espécies, gêneros, famílias e assim por diante. No caso o agente seletor é o contexto ecológico na qual o animal vive e está sujeito, o seu papel no ecossistema, ou nicho ecológico as relações ecológicas intra-espécie e entre as espécies. Na seleção artificial o agente seletor é o homem, e não os sistemas ecológicos. Assim o homem pode selecionar aqueles indivíduos com características desejadas e criar indivíduos e até espécies novas. Ao longo da história o homem domesticou animais, foi o agente seletor de suas características, através da seleção artificial. 7. DISPERSÃO E DERIVA GENETICA A dispersão de frutos e sementes é um mecanismo importante para as plantas, uma vez que permite a colonização de novas áreas. Esse fator é fundamental para a sobrevivência de novos indivíduos, pois vários exemplares em uma mesma área desencadeiam a competição por recursos. A dispersão pode ocorrer de forma natural ou artificial. Nesse último caso, há a dispersão feita pelo homem com o objetivo de cultivo tanto para a agricultura como para a ornamentação. O processo artificial quando comparado ao natural é muito mais eficiente. A dispersão natural pode ocorrer com ou sem ajuda de agentes externos. Quando a planta espalha sua semente sem a ajuda de nenhum elemento, dizemos que ela realiza autocoria. Um exemplo desse tipo de dispersão ocorre com a mamona, seus frutos literalmente estouram e liberam a semente. Outras plantas, no entanto, necessitam de agentes dispersantes, que podem ser seres vivos ou não. As plantas que possuem frutos e sementes leves dispersam essas estruturas através do vento (anemocoria). Além de leves, essas estruturas podem apresentar adaptações, tais como alas e pápus plumoso, que facilitam o transporte. Um exemplo bastante conhecido é o dente-de-leão, que apresenta um fruto com cálice modificado (pápus plumoso) que permite a dispersão pelo vento. Além do vento, a água também pode ser considerada um agente dispersor. Quando frutos e sementes são dispersados pela água, dizemos que ocorreu uma hidrocoria. Para que esse processo ocorra, os frutos e sementes devem possuir adaptações que permitam a flutuação. Geralmente eles possuem grande quantidade de ar aprisionada em tecidos especializados ou em alguma parte dessas estruturas. Os frutos e sementes também podem ser dispersados por animais. Nesse caso, a dispersão recebe o nome de zoocoria e pode ocorrer de três formas principais: ingestão do fruto e liberação da semente (endozoocoria), transporte do fruto e semente de forma consciente (sinzoocoria) e transporte de fruto e semente acidentalmente (epizoocoria). 8. DERIVA GENÉTICA Deriva genética corresponde a uma drástica alteração casual de ordem natural, atingindo a concentração genotípica de uma ou várias espécies, não preliminarmente envolvendo fatores de seleção natural, mas ocasionada por eventos repentinos. Tal fenômeno é caracterizado pela ocorrência de catástrofes ecológicas, por exemplo: terremotos, tsunamis, tornados, inundações, queimadas, avalanches e outros processos, atingindo um grande contingente populacional. Limitando, desta forma, o teor genético de um determinado grupo, restrito aos indivíduos prevalecentes. Cabendo a estes, integração a outra população, caso mantida uma adaptação, ou com o decorrer do tempo, a partir de um isolamento geográfico e posterior reprodutivo, constituição de uma nova espécie (princípio da espécie fundadora). Nesta situação, portando uma baixa variabilidade, os indivíduos diferenciados irão passar por uma pressão de seleção mais significativa em relação à linhagem ascendente, que minimizava os feitos da seleção em razão do elevado número de indivíduos viventes. Todas as populações sofrem deriva genética; contudo, quanto menor for a população, mais rápido e drástico é o efeito da deriva genética. Este efeito pode ser um problema para as espécies que se encontram em extinção, por possuírem populações pequenas. Em raros casos, a deriva genética e a seleção natural ocorrem de forma independente uma da outra. Estes dois fenômenos atuam constantemente numa população. Todavia, o grau em que cada alelo acometido por ambos os fenômenos pode variar em consequência das circunstâncias. Em uma população que apresenta um tamanho consideravelmente amplo, a deriva ocorre de modo lento, e a seleção pode atuar rapidamente sobre um alelo, aumentar ou reduzir sua frequência (dependendo da viabilidade do alelo). Já em populações com tamanho relativamente reduzido, o efeito predominante é o da deriva genética, sendo, nesta situação, o efeito da seleção natural menos perceptível. Quando o tamanho de uma população é drasticamente reduzido em, pelo menos, uma geração, este período recebe o nome de gargalo de garrafa (bottleneck), podendo levar a uma grande perda da diversidade genética, mesmo que este gargalo dure poucas gerações. Isto ocorre independentemente da seleção natural. Neste caso, muitas adaptações positivas poderão ser eliminadas da população. 9. CONCLUSÃO O processo evolutivo das espécies só foi possível através da domesticação das espécies estando esta diretamente relacionada ao longo de suas histórias com os processos evolutivos abordados (mutação, hibridação, migração, seleção e deriva genética). Sendo que estas aconteceram em sua maioria de forma natural, para tanto a principal contribuição feita pelo homem foi a seleção. Portanto, no processo evolutivo das espécies utilizadas pelo homem para a produção agrícola é de fundamental importância a variabilidade genética, sem esta com a interação com o ambiente fica impossível a obtenção de genótipos superiores (melhoramento genético). 10. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS VEASEY, E. A.; PIOTTO, F. A. NASCIMENTO W. F. et al Processos Evolutivos e a Origem das Plantas Cultivadas Ciência Rural, Santa Maria, v.41, n.7, p.1218-1228, jul., 2011. SCHIFINO-WITTMANN, M. T. Poliploidia e seu Impacto na origem e evolução das plantas silvestres e cultivadas. Revista bras. de Agrociências jun. de 2004. DARWIN C. Origem das Espécies. Editora Itatiaia. 1859