Origem e Domesticação de Plantas Cultivadas

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Origem, evolução 
e domesticação 
de plantas 
cultivadas
Bruna Mundim
Doutoranda em Genética e Bioquímica – UFU 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA
INSTITUTO DE BIOTECNOLOGIA
MELHORAMENTO GENÉTICO VEGETAL
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A HISTÓRIA GEOLÓGICA
Pré-
Cambriano(4,5bi 
– 570mi): Início 
da vida na Terra; 
Registro dos 
animais e 
vegetais mais 
primitivos.
Cambriano 
(542mi –
488,5mi): 
Período em que a 
maioria dos 
grupos animais 
apareceram pela 
primeira vez.
Siluriano (443,7 –
416mi): 
Surgimento das 
primeiras plantas 
terrestres 
dotadas de 
traqueídeos e 
estômatos 
Devoriano (416 –
359,2mi): 
Primeiros 
registros de 
plantas 
licopsídeas e de 
pró-
gminospermas.
Carbonífero 
(359,2 – 299mi): 
Expansão de 
grandes florestas 
de plantas 
vasculares, como 
as samambaias. 
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A HISTÓRIA GEOLÓGICA
Triássico (251 –
199,6mi): Florestas 
de gminospermas e 
samambaias 
gigantes; Surgem 
árvores de grande 
porte.
Jurássico (199 –
145mi): Padrões 
climáticos bem 
definidos; Registro de 
pinheiros e outras 
coníferas; 
Cretáceo (145,5 –
65,5mi): Primeiras 
plantas com frutos, 
as angiospermas.
A Era Cenozoica 
iniciou à 65mi e se 
estende até os dias 
atuais. Surgimento 
de muitos mamíferos 
e primeiros registros 
humanos.
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A HISTÓRIA 
GEOLÓGICA
4
No Pleistoceno, subdivisão da Era Cenozoica, a
pouco mais de 10,000 anos, as primeiras
populações humanas se organizaram numa
sociedade de caçadores e coletores;
Já no períoso Neolítico, compreendido entre
10.000 a.C. e 4.000 a.C. surgiu-se as primeiras
práticas agrícolas em diferentes locais;
Agricultura teve várias origens diferentes, mais ou
menos no mesmo período, e nasceu,
provavelmente, de uma necessidade dos povos de
se fixarem em um local, deixando de ser nômades.
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ADVENTO DA AGRICULTURA
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Existem algumas hipóteses que tentam explicar como a agricultura começou.
Hipótese “monte de lixo” supõe que o homem primitivo, após chegar de sua coleta de alimento, descartava os
restos ao redor de suas moradias.
O lixo enriquecia o solo, permitindo que aquelas plantas colonizassem, sem competição, as áreas próximas
às moradias.
Estações bem definidas, favorecendo o desenvolvimento das plantas.
Não havia necessidade de buscar o alimento tão longe, quando poderia cultivá-lo próximo às suas habitações.
Com o advento da agricultura, acompanhada de uma grande transformação demográfica global iniciou-se o
processo de domesticação de plantas cultivadas.
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Domesticação
 Processo evolutivo constituído de inúmeras
mudanças genéticas e morfológicas, que
podem ser percebidas à partir de modificações
comportamentais humanas.
 Um processo evolutivo, operando sob a
influência de atividades humanas.
 Um processo de seleção genética que, por
alterar traços chaves, transforma formas
silvestres em variedades domesticadas.
 É um processo de modificação do genótipo de
maneira contínua, evolutiva, efetuada pelo
homem e de forma relativamente rápida.
Tem relacionamento direto 
de interação com o homem.
Permitiu ao homem cultivar 
espécies para o seu próprio 
consumo.
Pré-requisito para o 
surgimento das civilizações.
A domesticação de algumas 
espécies pode ocorrer em 
torno de 20 a 100 anos.
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Domesticação
Existem em torno de 200 
mil espécies de plantas 
silvestres, das quais 
aproximadamente 100 
produziram espécies 
domesticadas.
A maioria das espécies 
domesticadas pertence a 
um pequeno número de 
famílias (2.489 espécies e 
173 famílias).
Oito famílias principais: 
gramíneas, leguminosas, 
rosáceas, solanáceas, 
asteráceas, mirtáceas, 
malváceas e 
cucurbitáceas.
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A SÍNDROME DA 
DOMESTICAÇÃO
 Resultado do processo de domesticação das
plantas
 Modificação das características originais
 Essas mudanças têm sido determinadas como as
diferenças existentes entre plantas silvestres e
domesticadas
 Silvestres x domesticados: diferenças em poucos
genes.
 Diversas características foram alteradas no
processo.
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Supressão do mecanismo de dispersão 
de sementes 
Perda do mecanismo de dispersão natural das sementes dos 
cereais
Um excelente exemplo é o caso do milho, que apresenta uma 
arquitetura de planta totalmente diferente do teosinto (provável 
ancestral), sob controle de apenas cinco locos distintos.
Essa característica, adquirida após a domesticação, tornou as 
plantas cultivadas inteiramente dependentes do homem
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Modificações de forma: 
alometria e condensação
 Grupo de hortaliças originado da couve silvestre (Brassica oleracea): brócolis, couve-flor e couvede-
bruxelas, entre outras.
 Dentro de uma única espécie, mudanças – nas folhas, raízes, inflorescências – originaram formas
distintas.
Seleção para
botão terminal
Repolho
Seleção para
botões laterais
Seleção para 
caule
Couve de 
bruchelas
Couve-rábano
Seleção para 
folhas
Couve
Seleção para 
caules e flores
Brócolis
Seleção para 
flores
Couve-flor
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• Tamanho de uma parte do corpo
em relação ao tamanho do
organismo.
• A intensificação seletiva de alguns
órgãos é geralmente resultado de
uma modificação na alometria.
• Beterraba, o tamanho da raiz e
sua produção.
Alometria
• Encurtamento de ramos e
entrenós, levando órgãos muito
dispersos a estruturas mais
compactas.
• Ex. na única inflorescência
terminal nos girassóis, em que as
formas silvestres possuíam
pequenas inflorescências sobre
muitos ramos.
Condensação
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Germinação mais rápida e uniforme
 Uma germinação mais demorada e a presença de sementes mais duras são características comuns e adaptativas das
plantas silvestres, sendo indesejável para plantas cultivadas.
 A seleção para germinação mais rápida foi quase um pré-requisito para a domesticação de lentilhas.
 Germinação sem a necessidade de luz foi um diferencial para diversas culturas.
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MUDANÇAS 
BIOQUÍMICAS
GIGANTISMO DE 
ÓRGÃOS
Compostos químicos, que reduzem
drasticamente o potencial nutritivo de
algumas culturas, bem como a
utilização de suas sementes.
Plantas silvestres apresentavam
elementos tóxicos como proteção
contra a predação, tornando
necessário algum tipo de tratamento
especial para alimentação humana.
O aumento no tamanho das sementes
é um dos primeiros estágios de
domesticação ocorrido em muitas
leguminosas, assim como o aumento
nos grãos dentro dos cereais.
Diversas mudanças têm sido
atribuídas a esse aumento nos órgãos.
Exemplos como o aumento no peso
de grãos do trigo e o aumento da área
foliar
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Ciclo de vida e sistemas 
de hibridação
 Redução do ciclo de perene para anual durante a
domesticação.
 O gênero Gossypium é caracterizado por ser antigo e de
arbustos perenes. As espécies cultivadas são do tipo anual e
desenvolvidas sob domesticação.
 Isso permitiu que o algodão fosse cultivado além da zona
temperada, onde anteriormente seu cultivo era restrito.
 Troca da fecundação cruzada para autofecundação.
 Relação positiva entre estabilidade na produção de frutos e
sementes quando ocorre autofecundação.
 Com a domesticação, é observada uma redução na esterilidade
das flores, bem como um aumento da fertilidade.
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Fatores genéticos envolvidos 
na domesticação
Mutação
Hibridação Interespecífica
Poliploidia
Seleção artificial
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MUTAÇÕES
Alteração na 
sequência de 
nucleotídeos
Na estrutura ou 
número de 
cromossomos
Capaz de gerar 
variabilidade
Espontânea ou 
pelo uso de 
mutagênicos
Facilitou a 
domesticação de 
algumas espécies
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MUTAÇÕES
Espontâneas
• Baixa frequência
• Aleatória
• Pode ser desvantajosa
Induzidas
• Agentes químicos e
físicos
• Visa mutações
promissoras
ISHIY et al. (2006) identificaram uma nova variedade
de arroz, SCS Andosan 114, progênie mutante da
cultivar ‘IR 840’ após o tratamento com radiação
gama.
• Mais produtiva 
• Maior teor de amido no grão
• Maior tolerância a doenças e toxidez por ferro
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Hibridação Interespecífica
 O cruzamento ou hibridação ocorre entre indivíduos de espécies diferentes, mas relacionadas.
 A hibridação interespecífica ocorreu naturalmentee hoje os melhoristas podem utilizá-la para buscar
características em espécies aparentadas ou mesmo criar novas espécies.
Maior tamanho e 
qualidade
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POLIPLOIDIA
Células ou organismos que 
contenham mais de duas 
cópias de cada um de seus 
cromossomos. 
• Triplóides – 3x
• Tetraplóides – 4x
• Pentaplóides – 5x
• Hexaplóides – 6x...
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POLIPLOIDIA
 Importante mecanismo no processo de domesticação das plantas.
Plantas poliploides são mais vigorosas, com frutos e sementes maiores.
Triplóides Tetraplóides Octaplóides
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• Conjuntos originados de uma única espécie
• Aumento no tamanho de folhas, frutos e folhas
• Baixa fertilidade
Autopoliplóides
• Cruzamento de duas ou mais espécies
• Teve maior impacto na domesticação
• Quando duplicado o seu cromossomo, origina um 
anfidiplóide
Alopoliplóides
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Poliplóides Artificiais
Colchicinia: impede a
formação das fibras do fuso e
faz com que os cromossomos
não se separem na mitose.
Tratamentos prologados
podem produzir séries
numéricas de 4n, 6n, 8n e etc.
A poliploidia induzida pode ser
uma poderosa ferramenta
para o melhoramento
genético.
Poliploidização na própria 
espécie, como um modo de 
se tentar conseguir plantas 
maiores e melhores; 
Poliploidização de um 
híbrido para restaurar a 
fertilidade do híbrido estéril;
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TRIPLÓIDES
Quando plantas tetraplóides 4n ou
diplóides 2n não reduzidas
produzem gametas 2n viáveis que se
unem na fertilização com gameta
haplóides;
Os triplóides são estéreis devido
irregularidades na meiose;
Crescem vigorosamente dão frutos
grandes com pouca ou nenhuma
semente..
Produção de tetraploides -
colchicina
Cruzamento de tetraploide 
com diplóide
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TETRAPLÓIDES
 Frequentemente se originam a partir
da duplicação de um diplóide (2n)
Orquídeas: flores de maior tamanho,
intensificação do colorido e
durabilidade de flores, além de
maior resistência à doenças
Rosas tetraploides: folhas e flores
bem maiores
 Tomate tetraploide: mais rico em
vitamina C
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ALOPOLIPLÓIDES ARTIFICIAIS
Os alopoliplóides são sintetizados pelo
cruzamentos de espécies aproximadas e
duplicação dos cromossomos nos
híbridos, resultando em um indivídio
anfidiploide.
Atualmente os alopoliplóides são
sintetizados na agricultura.
Os cromosomos do híbrido estéril obtidos
a partir do cruzamento interespecífico
são duplicados com utilização da
colchicinia.
TRITICALE
Produtividade do trigo x 
Resistência do centeio
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SELEÇÃO
Principal contribuição do homem para 
a domesticação das plantas. 
Indivíduo deixa mais 
descendentes – mais 
adaptado
Alteração da frequência 
alélica e genotípica
Seleção feita pelo 
homem pode ser 
oposto à seleção 
natural
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Recursos 
Genéticos 
Vegetais
Bruna Mundim – Doutoranda em Genética 
e Bioquímica - UFU
UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA
INSTITUTO DE BIOTECNOLOGIA
MELHORAMENTO GENÉTICO VEGETAL
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 O intercâmbio de espécies ainda é uma atividade essencial
nos tempos atuais.
 Importantes culturas de determinado país, não são, em geral,
nativas.
• Milho – México
• Soja – China
• Café – Etiópia
 Grande diversidade de espécies.
 Variabilidade dentro de cada uma, de natureza genética e
ambiental.
 Variabilidade genética é essencial para o melhoramento.
RECURSOS GENÉTICOS
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 Nicolai Ivanovich Vavilov: primeiro e mais importante trabalho sobre
mensuração e distribuição da diversidade genética das espécies no
mundo.
 Identificou algumas regiões do mundo isoladas por mares, montanhas,
planícies ou desertos, nas quais observou grande diversidade de
determinadas espécies, denominando-as centros de origem.
 O interior do centro de origem de uma espécie é caracterizado pelo
acúmulo de alelos dominantes.
 O acúmulo de alelos recessivos ocorre preferencialmente na periferia dos
centros.
 Centro de diversidade de algumas espécies não coincide com centro de
origem.
RECURSOS GENÉTICOS
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CONCEITOS
Centro de origem x Centro de 
diversidade
 Local de provável origem e
evolução da espécie.
 Local com maior
variabilidade da espécie.
Centro de origem primário x 
secundário
 Onde se encontra a maior 
diversidade de espécies. 
 Tipos que migraram do
centro primário.
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O centro de origem pode 
“desaparecer” ao 
decorrer dos anos ou a 
espécie pode migrar. 
Vavilov identificou oito 
centros de origem de 
espécies.
Algumas espécies 
originam-se fora desses 
centros.. 
Espécies encontradas em 
um centro, podem 
também serem 
encontradas em outro. 
Milho – centro primário é 
o México e o secundário, 
a China.
CENTRO DE ORIGEM
América do NorteAustrália
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Centros de origem
1- Chinês: Trigo-mourisco, Cereja, Pepino, Laranja, feijão, sorgo...
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Centros de origem
2 – Indiano
2a. Indo-Malaio: Arroz, Limão, Melão, Manga...
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Centros de origem
3 – Asiático Central: Cenoura, Uva, Alho, Cebola, Melancia...
35
Centros de origem
4 – Oriente Próximo: Abóbora, Trigo, Repolho... 
36
Centros de origem
5 – Mediterrâneo: Aveia, Aspargo, Couve-flor, Alface, Azeitona...
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Centros de origem
6 – Abssínio: Cevada, Linho, Banana, Gergelim, Café...
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Centros de origem
7 – México – América Central: Milho, Feijão, Tomate, Cabaça, Cacau...
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Centros de origem
8 – Sul-Americano: Seringueira
8a. Chiloé
8b. Brasil – Paraguai: Maracujá, Mandioca, Amendoim...
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Importância do centro de origem 
e centro de diversidade
Ecológico
Áreas de proteção 
e conservação
Preservar genes e 
variabilidade 
genética 
Melhoramento
Aproveitamento 
da variabilidade 
disponível 
Desenvolver 
cultivares 
superiores aos 
atuais. 
Erosão 
genética
Perda de espécies, 
genótipos ou 
genes
Fenômeno 
irreversível
Vulnerabilidade 
genética
Cultivares com 
base genética 
estreita
Monocultivo
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VULNERABILIDADE GENÉTICA
Novos 
cultivares 
muito 
aparentados 
entre si
Restrito 
número de 
cultivares 
ocupando 
grandes áreas 
de plantio
Riscos para a 
agricultura –
vulnerabilidad
e à epidemias 
de doenças e 
insetos. 
Cultivares 
muito 
resistentes 
devido à 
seleção –
diminui o risco 
da 
homogeneidad
e
Os riscos 
devem ser 
acompanhado
s, porém não é 
comprovado 
que a 
agricultura 
atual seja mais 
vulnerável.
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VULNERABILIDADE GENÉTICA
 Batata
• Fome na Irlanda em 1840 –
Epidemia da requeima
(Phytophthora infestans) nos
batatais.
• 90% da população dependia da
batata como alimento principal.
• A fome matou 2 milhões de
irlandeses.
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VULNERABILIDADE GENÉTICA
 Trigo
• Epidemia da ferrugem do colmo
do trigo (Puccinia graminis) nos
Estados Unidos em 1947.
• Preocupa os agricultores até os
dias atuais.
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VULNERABILIDADE GENÉTICA
 Milho - 1970
• Doença causada pelo fungo
(Bipolaris maydis), conhecida como
“praga da folha do milho sulino”.
• Atacou as plantações de milho de
Estados norte-americanos e alguns
Estados chegaram a perder metade
de suas lavouras.
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VULNERABILIDADE GENÉTICA
Cercospora zeae-maydis Phakopsora pachyrhizi Claviceps sorghi
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USO E MANUTENÇÃO DE 
GERMOPLASMA
Germoplasma: termo vago e impreciso
Todo o material hereditário de uma espécie ou, ainda, uma amostra capaz de perpetuar parte da
variabilidade genética de uma espécie.
Subamostra: porção de material biológico coletado.
Acesso: amostra de germoplasma que tenha a capacidade de manter constante as frequências
alélicas originais na ausência de migração, mutação, seleção e deriva.
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GERMOPLASMA
Espécies silvestres do 
mesmo gênero da 
cultivada;
Variedades nativas ou 
crioulas e tipos especiais 
ou estoques genéticos;
Linhas puras e cultivares 
de polinização aberta 
oriundos de áreas onde 
o nível tecnológico se 
manteve;
Cultivares obsoletos, 
encontrados apenas em 
bancos de 
germoplasma;
Cultivares em uso, 
desenvolvidos por 
melhoramento genético 
e utilizados em área de 
agricultura intensiva;
Outros produtos dos 
programas de 
melhoramento;
Representa a variabilidade dentro de cada 
espécie.
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CONSERVAÇÃO DO GERMOPLASMA
Conservação In 
SituRealizada no ambiente 
onde a espécie se 
encontra
Conservação Ex
Situ
Realizada em condições 
artificiais, fora do habitat 
natural
Conservação In 
Vitro
Um tipo de conservação 
Ex Situ, realizada em 
condições laboratoriais
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BANCO DE GERMOPLASMA
 É um tipo de conservação Ex situ
 Uma amostra da variabilidade genética de determinada espécie é conservada em condições
artificiais
 São os locais onde se armazenam o material genético das espécies
 Esses bancos são responsáveis por
Estudar os 
materiais 
prováveis de 
armazenamen
to
Coletá-los
Realizar o 
intercâmbio 
destes com 
programas de 
melhoramento
Realizar 
quarentena 
quando há 
risco de 
contaminação
Caracterização 
do material
Multiplicação 
e regeneração
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BANCO DE GERMOPLASMA
Coleção ativa
Preservada a médio prazo
Reduzido número de acessos
Representativa da coleção-base (70-80% 
da variabilidade e 10-15% dos acessos)
Constitui a primeira fonte de variabilidade 
para os programas de melhoramento
Coleção-base
Preservada no longo prazo
Deve conter o maior número de acessos 
possível
Só deve ser usada quando a coleção ativa 
não apresentar acessos com 
características desejadas
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BANCO DE GERMOPLASMA
Bancos de sementes In vivo na forma de 
viveiros
Cultura de tecidos Criopreservação de 
pólen, meristemas, 
embriões, sêmen e 
microorganismos
 A conservação de sementes é a forma mais indicada quando se trata de germoplasma
vegetal, devido ao tamanho reduzido
 Conservação In vitro é indicada para espécies que se propagam vegetativamente e que a
preservação na forma de viveiros é inviável devido ao custo
 Os métodos não são excludentes, mas sim complementares
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BANCO ATIVOS DE GERMOPLASMA
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BANCO DE SEMENTE
As sementes são 
armazenadas em 
câmaras frias
Preservação por 
longo período
Mantidas em 
condição estática 
quanto ao aspecto 
evolucionário
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BANCO DE SEMENTE
 Svalbard Global Seed Vault
 Situado na ilha Spitsbergen, no arquipélago
ártico Svalbard, na Noruega
 Repositório com maior segurança para
armazenar germoplasma
 Possui duplicatas de acessos de outros
bancos, com o objetivo de garantir
disponibilidade de recursos mesmo na
ocorrência de perda em outros bancos
 Patrocinado pelo governo norueguês e
com recursos de diversos países
https://www.seedvault.no/
Svalbard Global Seed Vault
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BANCO IN VIVO
 Banco de germoplasma ativo, inaugurado em
2008 na Embrapa Cerrado.
 Conservação de 125 acessos de maracujá
• 46 espécies
• 27 híbridos interespecíficos
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BANCO DE GERMOPLASMA PELO 
MUNDO
 Associação da África Ocidental para
Desenvolvimento do Arroz – Costa do
Marfim.
 Banco de Germoplasma da Batata –
Alemanha.
 Banco de Germoplasma Nórdico – Suécia.
 Centro Internacional de Agricultura
Tropical – Colômbia.
 Centro Internacional de Melhoramento de
Milho e Trigo – México.
 Centro Internacional para Melhoramento
da Banana e Plátano – França.
 Centro Nacional de Recursos Genéticos e
Biotecnologia – Brasília, Brasil.
 Instituto de Melhoramento de Plantas –
Inglaterra.
 Instituto de Produção de Plantas Vavilov –
Rússia.
 Instituto Internacional de Agricultura
Tropical – Nigéria.
 Instituto Internacional de Pesquisa dos
Trópicos Semiáridos – Índia.
 Instituto Internacional de Pesquisa em
Arroz – Filipinas.
 Jardim Botânico Real – Inglaterra.
 Laboratório Nacional de Sementes – EUA.
 Serviço de Pesquisa Agropecuária – EUA.
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Questões
1) Defina o termo Domesticação e cite quais as principais consequências da domesticação para o homem.
2) O que é a síndrome da domesticação?
3) Quais as principais características foram alteradas nas plantas devido à domesticação?
4) Descreva os fatores genéticos envolvidos na domesticação.
5) De qual maneira a colchicina pode ser utilizada na produção de poliploides? Qual a importância de
produzir artificialmente estes organismos?
6) Diferencie centro de origem e centro de diversidade.
7) Quais são os centros de origem descritos por Vavilov? Apresente exemplos de cada um deles.
8) Defina deriva genética e vulnerabilidade genética.
9) Defina germoplasma, subamostra e acesso.
10) De qual forma o germoplasma pode ser conservado?
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Obrigada pela atenção!
(34) 98804-9720
brunamundim94@gmail.com
Tem alguma dúvida? 
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