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Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento de Plantas
LGN 5799- SEMINÁRIOS EM GENÉTICA E MELHORAMENTO DE PLANTAS
Melhoramento de Plantas Ornamentais Aluno: Thiago Luiz da Mata Orientador: Prof. Dr. José Baldin Pinheiro
Departamento de Genética Avenida Pádua Dias, 11 – Caixa Postal 83, CEP: 13400-970 – Piracicaba - São Paulo – Brasil Telefone: (0xx19) 3429-4250/4125/4126 – Fax: (0xx19) 3433-6706 – http://www.genetica.esalq.usp.br/semina.php
1. Introdução 1.1. Definição Plantas Ornamentais: toda planta cultivada por sua beleza
1.2. Histórico Domesticação recente (inferior a 500 anos) Entre 4.000 e 6.000 espécies são comercializadas mundialmente 60 espécies brasileiras em catálogos internacionais (destaque para Leguminosae, Solanaceae e Myrtaceae)
Fonte: FAO 1993
1. Introdução 1.3. Brasil – Preferência e Mercado Valores Agregados: Rosa Rentabilidade: Violeta Popularidade: Helicônia, Orquídea e Bromélia 1.4. Pesquisas Realizadas em Âmbito Mundial
Fonte: Pubmed 2009
2. Mercados
2.1. Comércio Mundial Avaliado em US$ 75 bilhões ao ano
2.2. Comércio Brasileiro 2.2.1. Produção Superior a 4 mil produtores Cultivo de 6 mil hectares (304 municípios) Geração de mais de 120 mil empregos
Fonte: Ibraflor 2007
2. Mercados Destaque: São Paulo (Atibaia e Holambra) Tendências de descentralização: RS, PR, SC, MG, RJ, GO, DF além de Norte e Nordeste
Gráfico 1 – Distribuição da Produção (2007)
Gráfico 2 – Participação nas Exportações (US$)
Fonte: Ibraflor 2007
2. Mercados 2.2.2. Economia Nacional Floricultura: U$$ 1,2 bilhões / ano Consumo doméstico: U$$ 6,5 per capita Padrões brasileiros inferiores aos mundiais Tabela 1 – Consumo per capita (US$) Brasil
Suíça
Noruega
Alemanha
EUA
Argentina
6,5
170
143
137
36
25
Concentração da demanda no Brasil em datas festivas e comemorativas Exploração reduzida do potencial genético nacional Conclusão: potenciais de mercado e biológico bastante promissor Fonte: Ibraflor 2007
3. Dados Relevantes Escassez de pesquisas com novas cultivares
BAIXO ÍNDICE DE DESCRITORES
AUSÊNCIA DE GARANTIAS DO OBTENTOR
LEI DE PROTEÇÃO DE CULTIVARES PELA ABPCflor (PATENTES) Fonte: IAC 2009
FALTA DE DADOS AGRONÔMICOS, GENÉTICOS E BOTÃNICOS FALTA DE RECURSOS PARA ATIVIDADES DE DOMESTICAÇÃO, CONSERVAÇÃO E PRÉMELHORAMENTO
AUMENTO DA PRODUÇÃO E COMERCIALIZAÇÃO E DOS INVESTIMENTOS EM PESQUISA
4. Pré-Melhoramento RECURSOS GENÉTICOS
+
PROGRAMAS DE MELHORAMENTO
PRÉMELHORAMENTO
Atividade promissora e bastante recente Realizada principalmente por instituições públicas, que retêm importantes BAG´s Exemplos: IAC (pioneirismo), Jardim Botânico de São Paulo, Instituto Florestal, Universidades Paulistas (UNICAMP e ESALQ), Embrapa
Fonte: IAC 2009
4. Pré-Melhoramento
→ Seis espécies de Bromélias → Maior velocidade de germinação (<7 dias ): Aechmea blanchetiana, Wittrockia gigantea e Dyckia pseudococcinea
→ Rápida formação de plântulas: (8-18 dias) A. Blanchetiana e W. gigantea
→ Alto potencial de germinação (> 80%) Todas
Aumento da velocidade de produção! Pereira et al. 2008
5. Melhoramento Genético
Constante Demanda de Produtos
Dinamização do mercado de plantas ornamentais
Exigências comerciais, do produtor e consumidor
Programa de Melhoramento Genético
Harding et al. 1991
5. Melhoramento Genético 5.1. Citogenética Predição de cruzamentos inter-específicos
5.1.1. Estratégias Alteração da Ploidia
Poliplóides Naturais: rosa, crisântemo , dália, tulipas, gladíolo e petúnias Poliplóides Artificiais: uso de antimitóticos (colchicina) interferindo nas fibras do fuso mitótico
Harding et al. 1991
5. Melhoramento Genético
Exemplos e Curiosidades: Petúnias Triplóides utilizados na produção de flores maiores
Tetraplóides (superbíssimas) naturais encontradas em meio a cultivares diplóides
Harding et al. 1991
5. Melhoramento Genético
Poliploidia usada em larga escala para espécies comerciais (petúnia, amor perfeito, lírio, malmequer, calêndula, antirrinum) Auto-popliplóides - aumento do vigor - expansão do período de florescimento - flores maiores e enrugadas - intensificação na cor e fragrância.
Harding et al. 1991
5. Melhoramento Genético
Variedades diplóide e triplóide da rosa T.B.
orizalina
Flores tetraplóides e hexaplóides
Kermani et al. 2003
5. Melhoramento Genético Características: Tetraplóides e Hexaplóides FOLHAS Aumento da espessura Intensificação da cor verde-escura Aumento da razão largura/comprimento CAULE Aumento dos internódios nos tetraplóides e diminuição nos hexaplóides
Variedade Diplóide
Variedade Tetraplóide Kermani et al. 2003
5. Melhoramento Genético FLORES Tetraplóides: Aumento no número de pétalas Maior viabilidade do grão de pólen
Variedade Diplóide
Variedade Tetraplóide
Kermani et al. 2003
5. Melhoramento Genético Uso de Protoplastos Criação de Plantas Ornamentais diversas Exemplos: Nicotiana e Petunia Transferência genética (resistência)
Limitação: Métodos de Regeneração são pouco desenvolvidos
Harding et al. 1991
5. Melhoramento Genético Fases de Regeneração de Protoplastos em Nicotiana alata
Harding et al. 1991
5. Melhoramento Genético TIPOS DE FUSÃO DE PROTOPLASTOS: 1. Hibridização Simétrica Doação total do Genoma Vantagem: Grande diversidade genética (superação de barreiras sexuais) Desvantagens: Uso limitado e a não-aplicabilidade em espécies arbustivas e arbóreas 2. Hibridização Assimétrica Doação parcial do Genoma Uso de irradiação para fragmentação cromossômica Vantagem: Alternativa aos Híbridos simétricos estéreis Desvantagem: Técnica não utilizada em ornamentais (fase inicial de estudo) Harding et al. 1991
5. Melhoramento Genético Variação Somaclonal Definição: variação genotípica e/ou fenotípica ocorrida em plantas regeneradas Técnicas de Micropropagação: Uso de Meristemas apicais e laterais Uso de brotos e embriões adventícios Estados de proliferação desordenada (Callus)
Harding et al. 1991
5. Melhoramento Genético
Seleção de 2.000 mudas ao acaso
Análise comparativa com mudas de rizomas
Variação da ordem de 61,4% → Ocorrência de 3 tipos de variantes somaclonais:
1. Variação da Clorofila na Folha (VCF) 2. Variante de Porte Baixo (VPB) 3. Variante da Coloração do Pseudocaule e Pecíolo (VCPP) Rodrigues 2005
5. Melhoramento Genético
Formas variegadas (A), anãs (B) e harmônicas (C) em Helicônia
5. Melhoramento Genético
Mutagênese → Aumento da variabilidade genética
→ 2 tipos de indução – química (EMS) e física (Raios gama) → EMS e Gama = plantas anãs, folhas escuras, ↑ tricomas → Gama = ↓ dominância apical → EMS = ↑ taxa de germinação e menos deletéria que gama
5. Melhoramento Genético 5.2. Genética Quantitativa
Transferência das plantas ornamentais de seu ambiente natural
Modificações Fisiológicas
Alteração do ambiente
Alteração da planta
Harding et al. 1991
5. Melhoramento Genético 5.2.1. Bases Genéticas Alto nível de heterozigozidade (propagação vegetativa) Escassez de informações (herança) Pequeno número de estudos para estimar variância dos caracteres (Crisantemum)
Harding et al. 1991
5. Melhoramento Genético Variância de Caracteres (Crisantemum) Velocidade de Florescimento (73%)
Aumento da Efetividade de Seleção
Comprimento do internodo (67%)
Harding et al. 1991
5. Melhoramento Genético 5.2.2. Procedimentos de Seleção Nível: Planta Alta Herdabilidade
Baixa Herdabilidade
Rapidez no Processo Seletivo
Necessidade de Cruzamentos
Maior Diversidade (tipos, cores e crescimento)
Harding et al. 1991
5. Melhoramento Genético Ambiente e Seleção Locais: casas de vegetação e campo
Mesmo local: seleção e produção comercial Relevância para estudos de interação genótipo-ambiente Preferência por ausência de interação Harding et al. 1991
5. Melhoramento Genético
5.2.3. Seleção para Produtividade Mercado: apelo estético e características de produtividade 2 Grupos de Produtividade 1. CULTURAS DE LONGA DURAÇÃO Colheitas regulares ao longo dos anos Variedade quanto ao número de hastes Exemplos: alstroeméria, gérbera, cravo e rosa
Harding et al. 1991
5. Melhoramento Genético
2. CULTURAS DE CURTA DURAÇÃO Colheita completa ao longo de semanas Diferenças de produtividade medida pela velocidade de desenvolvimento e eficiência ou otimização do uso do espaço e qualidade Exemplos: crisântemo e flores de vaso
Harding et al. 1991
5. Melhoramento Genético Fatores determinantes para a Seleção Competição Intergenotípica (Crisantemum) Ambientes de Seleção Insensibilidade Ambiental Caracteres Correlacionados (Boca-de-leão)
Harding et al. 1991
5. Melhoramento Genético 5.2.4. Critérios de Seleção (Produção) Rendimento ou Produtividade (Rosa) Diminuição dos ciclos entre plantio e floração (Kalanchoe) Qualidade e Uniformidade (Crisântemo e Lírio) Longevidade
Harding et al. 1991
5. Melhoramento Genético
Uso de 4 portas-enxerto para avaliação de produtividade, massa-seca e valor nutricional Não houve diferenças em relação à massa-seca e tipos de flores Variações na quantidade de massa-seca alocada na planta, na coloração e composição nutricional da folhagem Cabrera 2002
5. Melhoramento Genético
Diferenças no padrão de alocação de massa seca
5. Melhoramento Genético 5.3. Métodos Moleculares
Melhoramento Clássico
Ampla complexidade fisiológica
Baixa capacidade de cruzamento interespecífico
Criação aleatória e seleção de variedades
Possibilidades reduzidas de criação
Harding et al. 1991
5. Melhoramento Genético
Métodos Moleculares
Conhecimento de genes envolvidos
Transferência de genes interespecífica
Criação de variedades específicas
Maior potencial de criação
Harding et al. 1991
5. Melhoramento Genético
5.4. Estudo do Desenvolvimento • Comparação descritiva: selvagem x mutantes • Uso recente da Genética Molecular • Outras técnicas laboriosas (chromosome walking)
• Alternativa: Mutagênese Insercional Veículos : transposons e transfer-DNA Descobrimento de vias metabólicas Uso de meio de cultura opcional (variação somaclonal)
Harding et al. 1991
5. Melhoramento Genético
Flores selvagens e mutantes da espécie Arabidopsis thaliana
Harding et al. 1991
5. Melhoramento Genético 5.5. Novas Colorações •
Amplo conhecimento: 1. Vias metabólicas correlatas 2. Componentes (carotenóides, flavonóides, chalconas, antocianinas, etc.)
•
Conhecimento gênico permite maior controle das variações
•
Pré-requisitos: Manipulação 1. Isolamento do gene apropriado 2. Caracterização da linhagem receptora 3. Expressão estável do gene
Harding et al. 1991
5. Melhoramento Genético
Fenótipo transgênico (F2) após cruzamento com variedade comercial
Harding et al. 1991
5. Melhoramento Genético
Variação no padrão de expressão em plantas transgênicas
Harding et al. 1991
5. Melhoramento Genético 5.6. Intensidade da Coloração •
Engenharia Genética: manipulação da composição e concentração dos pigmentos
•
Variação: supressão ou aumento da expressão do gene
•
Estratégias: 1. Sense 2. Antisense 3. RNAi ESTABILIDADE
Harding et al. 1991
5. Melhoramento Genético
Efeito do Sense e Antisense em genes CHS em petúnia
Harding et al. 1991
5. Melhoramento Genético
Supressão do gene antocianina sintase Técnicas: sense, antisense e RNAi Estabilidade Ausência de coloração
Nakamura et al. 2006
5. Melhoramento Genético
Variedades de Torenia hybrida Nakamura et al. 2006
5. Melhoramento Genético
Avaliação dos rol genes A, B, C e D Criação de novas variedades e modificação das existentes Atuação sobre cor, forma, fragrância, durabilidade, desenvolvimento, comprimento, dominância apical, enrugamento de folhas, capacidade de enraizamento, etc.
Casanova et al. 2005
5. Melhoramento Genético Efeitos Rol C genes
• Raízes adventícias
• Aumento das raízes •Novos ramos laterais • Plantas anãs •Folhas alteradas •Florescimento precoce •Flores menores • Baixa produção de sementes Harding et al. 1991
7. Perspectivas Futuras Citogenética • Poliploidia induzida - (↑) vigor, período de floração, tamanho da flor, cor e fragrância
• Mutações e HIS Genética Quantitativa • Adaptação aos locais de produção • (↑) estudo de vias fisiológicas • Resistência a pestes e doenças • Seleção para múltiplos caracteres Genética Molecular • (↑) estudos sobre desenvolvimento • Uso de transposons • Estabilidade de expressão Harding et al. 1991
6. Referências Bibliográficas • Instituto Agronômico de Campinas (IAC) http://www.iac.sp.gov.br/OAgronomico/56_1/InformacoesTecnicas2.pdf acesso em 20 de abril de 2009. • Instituto Brasileiro de Floricultura (IBRAFLOR) http://www.ibraflor.org/sis.interna.asp?pasta=1&pagina=90 acesso em 20 de abril de 2009. • PUBMED http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/ acesso em 22 de abril de 2009
• Cabrera RI. 2002. Rose yield, dry matter partitioning and nutrient status responses to rootstock selection. Scientia Horticulturae 95:7583. • Casanova, E.; Trillas, M.I. Moysset, L.; Vainstein, A. Influence of rol genes in floriculture, Biotechnol Adv 23 (2005), pp. 3–39. • Harding, J. ; Singh, F. ; Mol, J. N. M.. Genetics and Breeding of Ornamental Species. 1a edição, Dordrecht, Netherland, Kluwer Academic Publishers, 1991. • Kermani MJ, Sarasan V, Roberts AV, Yokoya K, Wentworth J, Sieber VK (2003) Oryzalin-induced chromosome doubling in Rosa and its effect on plant morphology and pollen viability. Theor Appl Genet 107:1195–1200.
6. Referências Bibliográficas
• Rodrigues, P. H. V. . Somaclonal Variation in Micropropagated Heliconia bihai cv. Lobster Claw I Plantlets (Heliconiaceae). Scientia Agricola, v. 65, p. 681-684, 2008. • Pereira, A.R.; Pereira, T.S.; Rodrigues, A.S.; Andrade, A.C.S. Morfologia de sementes e do desenvolvimento pós-seminal de espécies de bromeliaceae. Acta bot. bras. 22(4): 1150-1162. 2008. • Food and Agriculture Organization (FAO) www.fao.org acesso em 01 de abril de 2009
