Prova de engenharia genética

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Prova de engenharia genética 
 
 
 
QUESTÃO: 
 
Num programa de melhoramento genético de plantas tem sido notado que ao 
longo dos anos uma determinada característica não vem atingindo ganhos 
genéticos reais, a planta em questão é autógama, de ciclo curto e permite obter 
quaisquer tipo de população segregante. Essa planta tem o genoma de referência 
disponível e projetos de RNAseq. A planta não tem centro de origem na América do 
sul mas dispõe de diversos bancos bancos de germoplasma espalhados ao redor do 
mundo, a característica em questão tem herança do tipo quantitativa. 
Construa estratégias considerando as técnicas de engenharia genética 
disponíveis que possam ampliar o ganho genético dessa planta nesta característica 
específica. Também indique as principais vantagens e desvantagens quanto ao 
tempo e custo com relação a adoção de sua estratégia. 
 
RESPOSTA: 
 
Considerando as informações contidas no enunciado da questão, chegamos 
à conclusão de que o programa de melhoramento genético que vinha sendo 
desenvolvido ao longo dos anos para essa determinada espécie de planta em 
questão era um programa de melhoramento clássico, e, que neste programa, 
apenas uma determinada característica (a característica X) não vinha atingido 
ganhos genéticos reais. 
A característica de interesse neste programa de melhoramento, possui 
herança quantitativa, ou seja, o fenótipo desejado é influenciado por diversos genes 
e sofre bastante influência ambiental, dificultando o melhoramento genético da 
planta por métodos convencionais. Em casos como essas plantas com genótipos 
diferentes podem apresentar fenótipos idênticos, portanto a seleção baseada na 
escolha por fenótipo muitas vezes pode não trazer os resultados esperados. 
Para aumentar as chances de ganho genético em caracteristicas 
quantitativas em um programa de melhoramento é importante que os experimentos 
sejam projetados de modo a diminuir a influência ambiental, os experimentos devem 
sofrer boa casualização, deve-se prestar atenção no delineamento utilizado a fim de 
que haja controle local e fazer realizar o maior número possível de repetições. 
O requisito básico da seleção no melhoramento de espécies autógamas é 
utilizarmos populações com variabilidade genética (diferentes genótipos), isto pode 
ser conseguido através da hibridação (fusão de gametas geneticamente diferentes, 
que resulta em indivíduos híbridos heterozigotos para um ou mais locus) ou 
cruzamento. O objetivo do melhoramento por hibridação é reunir em uma nova 
linhagem pura que podem apresentar as características Xs desejáveis 
A hibridação artificial de espécies autógamas objetiva reunir em uma nova 
linhagem pura, alelos favoráveis presentes em duas ou mais cultivares comerciais, 
linhagens elites de programas de melhoramento, em plantas introduzidas ou 
também, espécies relacionadas. Os híbridos resultantes podem ser conduzidos por 
autofecundações, por alguma técnica de avanço de gerações, até atingir 
homozigosidade e efetuar seleção de linhagens superiores. 
 
 
QTL (Quantitative trait Loci) 
Análise de QTL é um método estatístico que liga os dados fenotípicos e 
genotípicos para determinar em quais regiões específicas dos cromossomos se 
encontram as sequências responsáveis por fenótipos quantitativos. Para realizá-la é 
necessário se ter duas ou mais variedades de organismos geneticamente diferentes 
quanto a característica de interesse e marcadores genéticos consigam distinguir 
entre essas linhas parentais, 
O mapeamento dos QTL’s viabiliza a realização de estudos básicos no 
programa de melhoramento e a implementação da seleção assistida por 
marcadores, também auxilia no direcionamento dos cruzamentos, a identificação 
individual e a clonagem de QTL´s. O objetivo deste processo é identificar a ação, 
interação, número e localização exata destas regiões, para realizá-lo utiliza-se de 
análises estatísticas e de marcadores moleculares que ao proporcionarem um mapa 
do genoma oferecem a possibilidade de estudar a arquitetura dessas 
características, ou seja, identificar, mapear e medir a magnitude dos efeitos 
envolvidos no controle dessas características. Tem como desvantagem a 
necessidade de que os marcadores estejam associados fortemente aos genes de 
interesse e de que sejam estáveis. 
 
eQTL (expression Quantitative Trait Locus) 
 
 eQTL diz respeito á uma região do cromossomo que contribui para uma 
porção da variação na produção de um determinado mRNA de indivíduos de uma 
população. Um gene pode ter múltiplos ou apenas um eQTL, o mapeamento dos 
eQTL quando combinados com os QTLs em análises de correlação permite 
determinar diretamente os possíveis genes responsáveis pela característica de 
interesse ( Druka et al, 2009). 
Esta análise traz como desvantagem o fato de ser trabalhosa (se faz 
necessário a análise do RNAseq de todos os indivíduos da população) e de ser uma 
análise estatística complexa e em desenvolvimento. 
 
Seleção assistida por marcadores 
 
Uma vez que os métodos convencionais de seleção não proporcionaram 
ganho genético para a caracteristica x, o próximo passo neste programa de 
melhoramento poderia ser o uso da a seleção assistida por marcadores moleculares 
(SAM), os marcadores moleculares do DNA podem ser uma ferramenta bastante útil 
se estreitamente ligados a esta característica x, pois permitem monitorar no 
processo de transferência de alelos desejáveis. 
Os dados das análises anteriores auxiliam na etapa de escolha dos genitores 
e o planejamento dos cruzamentos (que são etapas de fundamental importância 
para o sucesso de um programa de melhoramento), uma vez que com o 
conhecimento dos alelos de interesse, agora pode-se predizer os indivíduos que 
carregam ou não o maior número deles com uma maior segurança a fim de obter a 
progênie com o genótipo desejado. 
Uma vez que a decisão tenha sido de utilizar marcadores moleculares, uma 
série de outras questões surgem. Entre elas, as de que tipo de marcador utilizar e 
qual é o número mínimo de marcadores necessários para caracterizar um grupo de 
cultivares,as respostas baseiam-se muito na espécie em questão e nas técnicas já 
desenvolvidas. 
Em primeiro lugar, o nível de polimorfismo varia muito de uma espécie para 
outra, o número de variedades a serem caracterizadas,o polimorfismo detectado 
para uma espécie varia muito com o tipo de marcador utilizado. Outro aspecto 
importante é o número mínimo de indivíduos que deve ser analisado antes que o 
padrão molecular de um cultivar seja estabelecido. Em espécies que se reproduzem 
por autofecundação, encontrar variabilidade dentro de um cultivar é comum,nesse 
caso, é possível que a caracterização inicial seja feita com uma mistura de DNA de 
pelo menos 10 indivíduos, pois essa amostrará os alelos presentes no cultivar. 
É importante que esses indivíduos sejam em um momento testados 
separadamente, pelo menos para uma parte dos marcadores, para que seja 
estabelecido o nível de variabilidade existente dentro do cultivar. Existe pouca 
informação disponível a respeito da variação dentro do cultivar e do número mínimo 
de plantas que devem ser testadas para evitar o estabelecimento de um padrão 
molecular que não represente o cultivar em estudo. O fato é que variação dentro do 
cultivar existe e caberá ao pesquisador estudar e amostrar o germoplasma da 
espécie com que trabalha até que estabeleça o procedimento adequado de 
amostragem. 
A seleção genômica ampla (GWS) é um método que integra as ferramentas 
da genética quantitativa e as tecnologias genômicas em uso no melhoramento, 
propiciando grande salto qualitativo nos sistemas de avaliação genética. Esta nova 
abordagem experimental vem rapidamente mudando os paradigmas do 
melhoramento genético de plantas, causando verdadeira revolução na capacidade 
preditiva de forma a maximizar o ganho genético por unidade de tempo. Para isto,GWS enfatiza a predição simultânea dos efeitos genéticos de milhares de 
marcadores de DNA (SNP, DArT ou SSR) dispersos no genoma de um organismo, 
possibilitando capturar os efeitos da maioria os locos (tanto de pequenos quanto de 
grandes efeitos) e explicar quase a totalidade da variação genética do caráter 
quantitativo. 
Há duas estratégias básicas para uso de Seleção assistida em programas de 
melhoramento: 
i) retrocruzamento de alelos favoráveis em germoplasma elite, por meio de 
retrocruzamento assistido por marcadores (MABC); 
ii) predição de valores genéticos de indivíduos candidatos à seleção, por meio 
de seleção recorrente assistida por marcadores (MARS); 
 
A estratégia MARS possui como base o melhoramento de populações F2 por 
ciclo sucessivos de seleção assistida por marcadores; isto é, baseada em dados 
fenotípicos e moleculares em F2, seguido por três ou mais ciclos de seleção 
baseada exclusivamente em marcadores. Resultados de simulação mostram que 
esta estratégia contribui com respostas superiores às obtidas pela seleção 
fenotípica, quanto ao acúmulo de alelos favoráveis em genótipos ao longo dos ciclos 
de seleção. Por se enquadrar nos métodos de seleção assistida por marcadores, 
assim como o MABC, o método MARS utiliza apenas QTLs com efeitos 
significativos associados aos caracteres sob seleção. Para emprego de MAS como 
estratégia de melhoramento, há necessidade da determinação do número, posição 
e efeitos dos QTLs marcados. 
 Têm-se verificado que MAS apresenta superioridade em relação à seleção 
fenotípica apenas quando o tamanho da população genotipada é muito grande, da 
ordem de 500 genótipos ou mais. Sabe-se, também, que a vantagem de MAS sobre 
a seleção fenotípica é proporcional à porcentagem da variância genética explicada 
pelo marcador. A questão chave, portanto, é determinar quantos marcadores/QTLs 
são responsáveis pela variação no caráter quantitativo e quantos são necessários 
para explicar a maior parte dessa variância genética. 
Para espécies autógamas, que a planta da situação presente, em que a 
seleção recorrente em geral não é aplicada rotineiramente devido à dificuldade de 
realização de cruzamentos e consequente limitação de sementes para uma seleção 
baseada em experimentos com repetições. A GWS também apresenta-se como 
bastante promissora, pois facilita a aplicação do método. A GWS pode ser 
implementada por meio do uso das tecnologias de marcadores moleculares atuais e 
uma população de estimação (EP) com indivíduos cuidadosamente selecionados e 
associados aos candidatos à seleção. Resultados de simulação e com dados reais 
têm revelado o grande potencial dessa estratégia em aumentar a eficiência do 
melhoramento. As plataformas de genotipagem vêm se tornando cada vez mais 
viáveis e financeiramente acessíveis aos programas de melhoramento de plantas, 
de forma a possibilitarem a aplicação de GWS na maioria das espécies de 
importância econômica, pelo menos em médio prazo. Como os custos de 
genotipagem continuam a reduzir, a seleção fenotípica tornará, comparativamente, 
mais onerosa para amplo número de caracteres de interesse. 
Uma vez estabelecido esse requisitos recomendamos a proteção do cultivar 
usando os próprios marcadores utilizados,a Lei de proteção de cultivares foi 
sancionada, em abril de 1997, com o objetivo de fortalecer e padronizar os direitos 
de propriedade intelectual. De acordo com a legislação, cultivar é a variedade de 
qualquer gênero ou espécie vegetal, que seja claramente distinguível de outras 
conhecidas por uma margem mínima de características descritas, pela 
denominação própria, homogeneidade, capacidade de se manter estável em 
gerações sucessivas, além de ser passível de utilização. 
 
 
 
 
REFERENCIAS 
 
Druka et al. Expression quantitative trait loci analysis in plants. Plant biotechnology 
Journal. V.8, n.1, Pages 10–27, January 2010. 
 
 
Júnior, Odilon P. M. SELEÇÃO GENÔMICA AMPLA (GWS) APLICADA AO 
MELHORAMENTO POPULACIONAL. 2013. Tese de Doutorado. Universidade 
Federal de Goiás. Disponível em: 
 Acesso 9 jul 2017. 
 
Miles, C. & Wayne, M. Análise de locus (QTL) característica quantitativa . Educação 
de natureza, v.1 n.1, p. 208, 2008. Disponivel em: 
 
Acesso em 09 jul 2017. 
● Ir para o conteúd 
Ministério da Agricultura Pecuária e Abastecimento.Proteção de 
Cultivares.Disponivel em: 
 Acesso em 09 jul 2017. 
 
 
 
 
http://www.agricultura.gov.br/assuntos/insumos-agropecuarios/insumos-agricolas/protecao-de-cultivar/protecao-de-cultivares#acontent
	Druka et al. Expression quantitative trait loci analysis in plants. Plant biotechnology Journal. V.8, n.1, Pages 10–27, January 2010.