melhoramento genético cana de açúcar

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Melhoramento Genético
Alunos: Mateus Grisoste, Patricia Ribeiro, Patricia Santos, Rogério Petry
Docente: Carlos Jorge
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Introdução
	O potencial de produção é o papel fundamental da cana-de-açúcar. E seus subprodutos, tanto na agricultura quanto na indústria, fazem desta cultura uma das mais importantes atividades da agroindústria nacional. 
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	O Brasil é hoje o maior produtor mundial de cana, com mais 571 milhões de toneladas na safra 2011/2012, em uma área de aproximadamente 9 milhões de hectares cultivados, o que representa apenas 3% da área agrícola do País. 
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Introdução
 	Os bons números e o aprimoramento tecnológico permitem que o País seja também o maior exportador mundial de açúcar, respondendo sozinho por 61,8% de todo o produto comercializado no mundo. Na fabricação de álcool, que utiliza aproximadamente 1,5% da área agricultável do País, o Brasil também é o maior exportador e produtor mundial.
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Introdução
	Não é de hoje que especialistas vêm buscando maneiras de aprimorar o cultivo da planta, tornando-a mais produtiva e resistente, entre outras vantagens agronômicas. 
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Introdução
	Com o êxito do mapeamento de seu genoma, abrem-se as portas para uma infinidade de possibilidades, entre elas, o melhoramento genético assistido por marcadores moleculares e a biotecnologia aplicada à cana-de-açúcar.
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Introdução
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	Ela é originária da espécie Saccharum officinarum, provém do Sudeste asiático. A nova variedade surgiu do cruzamento da espécie primordial com mais quatro modelos alternativos do gênero Saccharum. Desta engenharia genética emergiu a cana-de-açúcar como é hoje conhecida. A origem da espécie Saccharum officinarum, por exemplo, está intimamente associada à atividade humana, pois ela tem sido cultivada desde a pré-história. 
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Origem
Chegada ao Brasil
	A cultura da cana-de-açúcar sempre foi muito importante para a economia brasileira. As primeiras mudas de cana chegaram ao Brasil por volta de 1515, vindas da Ilha da Madeira (Portugal), e o primeiro engenho de açúcar foi construído em 1532, na capitania de São Vicente (na região Sudeste). Mas foi no Nordeste, especialmente nas Capitanias de Pernambuco e da Bahia, que os engenhos de açúcar se multiplicaram.
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	No século seguinte, já éramos o maior produtor e fornecedor mundial de açúcar, posição mantida até o final do século XVII. Historicamente, a cana-de-açúcar sempre foi um dos principais produtos agrícolas do Brasil e atualmente o País é novamente o maior produtor mundial da cultura. É na região interiorana de São Paulo que se localiza a maior parte dos canaviais.
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Chegada ao Brasil
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	O Brasil é responsável por grande parte do açúcar comercializado no mundo e é o maior exportador. Em relação ao álcool, o País também é o maior produtor e exportador mundial. Em 2012, as exportações de etanol renderam aproximadamente 2,4 milhões de dólares em divisas para o País.
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Importância Econômica
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Classificação Botânica
Reino: Plantae
Divisão: Magnoliophyta
Classe: Liliopsida
Ordem: Poales
Família: Poaceae
Gênero: Saccharum
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 Descrição da Cultura
	É uma planta herbácea de grande porte, seu ciclo é perene que pode atingir vários metros de altura. O caule é do tipo colmo, desenvolve-se em touceiras com cerca de 3 metros de altura e possui nós e entrenós visíveis, casca lisa e cerosa. Os colmos são espessos e repletos de suco açucarado. 
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	As folhas, com até 1,5 metro de comprimento, cerca de 6 centímetros de largura e com disposição dística, nascem dos nós do caule, possuem a bainha que envolve os entre nós e têm uma nervura central distinta, saliente na parte inferior. As flores, mínimas, congregam-se em enormes pendões terminais, de coloração cinzento-prateada.
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 Descrição da Cultura
	Dentre as gramíneas forrageiras, a cana-de-açúcar se destaca por dois aspectos: alta produção de matéria seca (MS) por hectare e capacidade de manutenção do potencial energético durante o período seco. Além disso, o seu replantio se faz necessário apenas a cada quatro ou cinco anos.
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Descrição da Cultura
Florescimento da cana de açúcar
Pode ser dividido em quatro fases:
A transformação do meristema apical em gema floral
Transformação da gema floral em inflorescência.
Desenvolvimento da inflorescência e da folha bandeira.
Emissão da inflorescência.
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Florescimento da cana de açúcar
O florescimento da cana de açúcar é indesejável devido a perca de produtividade.
Para o melhoramento genético florescimento é essencial para obtenção de cruzamentos.
O florescimento é muito influenciado por fatores ambientais como fotoperiodo, temperatura, umidade do ar e do solo.
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Reprodução sexuada 
Reprodução Sexual pode ser classificada em três grupos: Autógamas, Alógamas e autógamas com frequente alogamia.
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Reprodução sexuada 
Alógamas: O numero de espécies alógamas é superior ao de espécies autógamas, pois possui diversos mecanismos que podem prevenir a autogamia ou favorecer a alogamia. Esse tipo de reprodução é em outras palavras fecundação cruzada, onde a polinização é feita com pólen de outra planta e produziram sementes. As sementes gerarão indivíduos com código genético diferenciado.
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Reprodução sexuada 
Autógamas é em outras palavras à auto fecundação, que é quando o próprio indivíduo pode se fertilizar. A transferência do pólen de uma antera para o estigma da mesma flor ou de outra flor da mesma planta.
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Reprodução sexuada 
Autógamas com frequente alogamia: algumas espécies apresentam a taxa natural de fecundação cruzada intermediaria em relação as das espécies autógamas e das alógamas, estabelecendo-se como um grupo à parte.
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Reprodução assexuada
Onde ocorre propagação vegetativa: Essas plantas também podem se reproduzir por brotamento, a partir dos seus rizomas. Os novos indivíduos serão idênticos ao pai, uma vez que não houve troca de genes. Os rizomas só brotam se possuírem pontos nodais - conhecidos popularmente como "olhinhos".
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 Variedades
	As variedades comerciais de cana-de-açúcar cultivadas atualmente nada mais são do que refinamentos de cruzamentos realizados no início do século XX na ilha de Java. Àquela época, algumas variedades da espécie Saccharum officinarum – rica em açúcar, mas muito suscetível a doenças –, foram cruzadas com outra espécie, a Saccharum spontaneum, que é pobre em açúcar, mas resistente aos problemas do campo. 	
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	Os híbridos obtidos tinham maior capacidade de armazenamento de sacarose, resistência a doenças, vigor, rusticidade e tolerância a fatores climáticos. Apesar de a maior parte da cana plantada comercialmente no mundo ser hoje fruto do cruzamento entre S. officinarum e S. spontaneum, as análises de DNA mostram preponderância da carga genética da primeira.
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 Variedades
Planta herbácea de raiz geniculada e em parte fibrosa; colmo arqueado na base, cilíndrico, simples articulado e um pouco mais grosso nos internos.
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Saccharum officinarum (S. officinarum): 
Principais Espécies
Dentro desta espécie encontram-se as canas de colmos mais finos e fibrosos, com baixos teores de açúcar, porém com perfilhamento vigoroso e abundante e sistema radicular bem desenvolvido.
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Saccharum spontaneum (S. spontaneum):
Principais Espécies
Saccharum robustum (S. robustum):
 As plantas desta espécie apresentam como característica marcante a altura de seus colmos (algumas chegam a 10 m de altura), mantendo um diâmetro considerado grosso.
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Principais Espécies
	Neste grupo são encontradas plantas de porte baixo ou médio, colmos finos, fibrosos e baixos teores de açúcar. São canas consideradas rústicas, pela pouca exigência em clima e solo, porém suscetíveis ao vírus do mosaico.
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Principais Espécies
Saccharum barberi (S. barberi):
 Esta espécie compreende as canas ou variedades originárias da China ou do Japão, e são caracterizados por apresentarem porte alto, colmos fibrosos e finos, sistema radicular abundante e forte.
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Principais Espécies
Saccharum sinense (S. sinense):
Saccharum edule (S. edule):
São plantas originárias da Nova Guiné e ilhas vizinhas. Sua aparência é similar a S. robustum, exceto quanto as suas inflorescências que são mais compactas. Por apresentar flores inférteis. 
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Principais Espécies
Subprodutos
Da cana-de-açúcar pode-se aproveitar praticamente tudo, pois os subprodutos e resíduos podem ser utilizados na alimentação humana e animal, na fertilização de solos e na co-geração de energia.
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Etapas do melhoramento genético
	São cinco etapas: 
Cruzamentos, 
Produção de plântulas, 
Seleção e obtenção dos clones, 
Avaliação dos clones em diferentes condições edafoclimáticas,
Lançamento da(s) cultivar(es).
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Métodos de Melhoramento
Em essência, o melhoramento baseia-se na seleção e clonagem de genótipos superiores presentes em populações segregantes, que são obtidas através de cruzamentos sexuais entre indivíduos diferentes. 
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Métodos de Melhoramento
O sucesso desses processos depende de vários fatores, dentre os quais a escolha adequada dos genitores de forma a maximizar a chance de obter ganhos com a seleção, a instalação de experimentos com boa precisão experimental, a escolha correta dos caracteres e épocas de avaliação.
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Métodos de Melhoramento
A maioria das características consideradas na seleção são de natureza quantitativa, tais como teor de sólidos solúveis, teor de sacarose, diâmetro e número de colmos, teor de fibras, resistência ao acamamento e florescimento, precocidade, resistência a pragas e doenças, etc.
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Métodos de Melhoramento
Anualmente, os programas de melhoramento geram populações segregantes formadas de milhares de plântulas, as quais serão posteriormente submetidas à seleção. O número de plântulas (ou seedlings) varia de acordo com o programa, e depende de fatores técnicos e econômicos. Essas populações segregantes são então submetidas à seleção em diferentes esquemas, que são apresentados a seguir.
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a) Geração de variabilidade para efetuar seleção
A variabilidade genética disponível para seleção provém de cruzamentos sexuais e pode ser realizada de diferentes maneiras:
cruzamentos biparentais, onde cruzamentos são feitos usando dois genitores conhecidos, podendo algum deles ser usado exclusivamente como fêmea; 
policruzamentos, quando um grande número de genótipos é intercruzado; nesse caso, colhe-se sementes nas panículas de todos genitores envolvidos, o que impede a identificação da fonte de pólen;
polinização livre, onde sementes são colhidas em plantas crescendo livremente.
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b) Etapas iniciais de seleção
	De forma geral considera-se: 
a) seleção com baixa intensidade em etapas iniciais, realizando-a apenas para os caracteres de alta herdabilidade, 
b) aumento da intensidade de seleção à medida que a precisão experimental aumenta, 
c) recomendação de cultivo apenas quando houver muitos resultados experimentais, em diferentes locais e anos de cultivo.
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c) Avaliações de clones em experimentos com repetições
Nessa etapa, os genótipos selecionados em (b) são comparados com base em experimentos usando delineamentos estatísticos apropriados.
Outros caracteres que não foram avaliados na etapa anterior são agora considerados, e comumente são feitas também avaliações da capacidade de rebrota.
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d) Ensaios de competição
Os clones selecionados em (c) são então avaliados em experimentos com muitas repetições e locais de avaliação, e também ao longo de vários cortes.
Quando a precisão experimental permitir razoável segurança nas recomendações, após avaliações por vários cortes, ambientes e anos de cultivo, finalmente os novos cultivares podem ser usados comercialmente. 
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Programas de melhoramento
É Composto por:
Controle de doenças da cana-de-açúcar.
Estratégias para obtenção de variedades resistentes.
Busca de resistência nos genitores.
Avaliação da resistência dos clones.
Em busca da cana transgênica.
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Programas de melhoramento
Controle de doenças da cana de açúcar
Com uma maior oferta de variedades é possível diversificar o plantio e melhorar a estratégia para o controle de doenças. Outra medida é a produção de mudas sadias em viveiros estrategicamente planejados e rotineiramente submetidos à prática do “roguing”. 
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Programas de melhoramento
Estratégias para obtenção de variedades resistentes
A estratégia de trabalho da Fitopatologia dentro do Programa de Melhoramento do Centro de Tecnologia Canavieira (CTC) caracterizar a reação dos genitores usados nos cruzamentos e também dos clones oriundos destes.
Possui um projeto específico que visa orientar as unidades produtoras a obter mudas sadias para as variedades mais indicadas para os seus ambientes de produção
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Programas de melhoramento
Busca de resistência nos genitores	
A caracterização da reação dos genitores visa promover uma prospecção de genes de resistência para depois tentar transmiti-los à progênie por meio de cruzamentos dirigidos. Vários trabalhos têm demonstrado que, para determinadas doenças, os genes ligados à resistência possuem um coeficiente de herdabilidade (h2) grande o suficiente para permitir a sua exploração. Em outras palavras, a progênie será tanto mais resistente quanto maior for a resistência dos genitores.
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Programas de melhoramento
Avaliação da resistência dos clones
Os clones são testados ao longo do programa de melhoramento visando determinar a reação dos mesmos às principais doenças: carvão, mosaico, escaldadura, ferrugem e raquitismo. Com exceção da última, essas doenças quase sempre possuem um caráter eliminatório para os indivíduos tidos como suscetíveis, em função do potencial de dano que apresentam.
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Etapas do melhoramento genético
Em essência, o melhoramento baseia-se na seleção e clonagem de genótipos superiores presentes em populações segregantes, que são obtidas através de cruzamentos sexuais entre indivíduos diferentes. O sucesso desses processos depende de vários fatores.
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Etapas do melhoramento genético
Escolha adequada dos genitores de forma a maximizar a chance de obter ganhos com a seleção.
A instalação de experimentos com boa precisão experimental.
A escolha correta dos caracteres e épocas de avaliação.
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Transgênicos 
O centro de tecnologia canavieira, em piracicaba, guarda variedades resistentes a insetos, com alto teor de açúcar e até mesmo mais tolerantes a seca. O objetivo é aumentar a produtividade.
o CTC (Centro de Tecnologia Canavieira)  realiza pesquisas relacionadas à transgenia desde 1994, quando foi responsável pela primeira transformação genética da cana-de-açúcar no Brasil, resultando em uma variedade de cana transgênica tolerante a herbicida. 
Ao projeto interessam "apenas" cerca de 50 mil genes que controlam o crescimento, o desenvolvimento, a produtividade, o teor de açúcar da cana, além de outros parâmetros essenciais, como, por exemplo, a resistência a insetos que comprometem a produtividade das plantações. 
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Aproximadamente 20 programas desenvolvem pesquisas de melhoramento da cana no Brasil, todas em conformidade com as normas da CTNBio. A escola superior de agricultura (Esalq/USP) introduziu genes da soja na cana de açúcar para obter, uma planta bastante resistente a broca da cana. 
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Transgênicos
O Projeto Genoma
Dependendo do volume de informações que o Genoma Cana gerar, o Brasil poderá entrar para o seleto grupo de países capazes de utilizar uma técnica chamada Etiquetas de Seqüências Expressas. 
O EST é uma tecnologia de sequenciamento genético de plantas, rápido e incompleto, que identifica as porções dos genes que codificam proteínas, os chamados genes funcionais.
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O Projeto Genoma
Através do seqüenciamento, os pesquisadores "decifram" a ordem das bases químicas que constituem o código genético de um ser vivo. De posse dessas informações, o Projeto Genoma Cana pode descobrir genes responsáveis pelo metabolismo da sacarose (o açúcar da cana) e também outros genes que causam a resistência da planta a doenças e a condições ruins de clima
e de solo.
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Mapeamento Genético
O mapeamento genetico apresenta grande potencial para a analise do genoma, pois permite dissecar geneticamente os caracteres de herança simples, fornecendo informações importantes para o auxilio do melhoramento. 
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Mapeamento Genético
Tendo em vista que o genoma de cada individuo possui características que o diferencia dos demais, a analise molecular permiti detectar variabilidade genética como também determinar pontos de referencia nos cromossomos, possibilitando assim, um aumento da eficiência da seleção precoce e indireta em cana de açucar. 
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Mapeamento Genético
O uso de marcadores moleculares possibilita otimizar a pratica de seleção no melhoramento, uma vez que são capazes de revelar a variabilidade genética existentes no DNA e não estarem sujeitos às influencias de efeitos ambientais.
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Perspectivas Futuras
Pesquisadores desenvolvem método para análise do genoma da cana
Apesar da importância econômica da cana-de-açúcar para países como o Brasil e da série de investimentos e esforços feitos desde a década de 1970 no país para realizar melhoramento genético da planta, a compreensão do genoma dessa cultura agrícola ainda é limitada, afirmam especialistas na área.
Isso porque, diferentemente de organismos como os humanos –que têm duas cópias de cada um de seus 23 pares de cromossomo, sendo uma recebida do pai e a outra da mãe, e duas variantes de cada gene herdado dos genitores –, a cana-de-açúcar possui um arranjo genético muito mais complexo, com várias cópias de cada cromossomo e numerosas variantes de cada gene.
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Perspectivas Futuras
Um grupo de pesquisadores das Universidades em colaboração com colegas da Austrália e dos Estados Unidos, desenvolveu uma metodologia de análise do genoma de plantas poliploides (com mais de dois conjuntos de cromossomos do mesmo tipo e origem) que poderá auxiliar a desvendar a complexa estrutura do genoma da cana.
Segundo um dos pesquisadores "A nova metodologia representa um divisor de águas na história do melhoramento genético e da genômica da cana-de-açúcar", disse Anete Pereira de Souza, professora do Instituto de Biologia e pesquisadora do Centro de Biologia Molecular e Engenharia Genética (CBMEG) da Unicamp e uma das autoras do estudo, à Agência FAPESP.
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Perspectivas Futuras
"É como se antes, com as ferramentas de que dispúnhamos, pudéssemos olhar o genoma da cana-de-açúcar com uma lente de aumento de 10 vezes, e agora, com a metodologia que desenvolvemos, conseguimos analisá-lo com um microscópio eletrônico com aumento de 100 milhões de vezes, com resolução muito maior", comparou.
A nova metodologia consiste na combinação do uso de marcadores moleculares de polimorfismo de base única (SNPs, na sigla em inglês) com uma análise genético-estatística inovadora para determinar a estrutura genética e genômica de poliploides complexos, como a cana de-açúcar.
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Perspectivas Futuras
"Um dos desafios enfrentados para realizar melhoramento genético da cana-de-açúcar, por exemplo, é identificar qual variante de gene é responsável por uma determinada característica de interesse agrícola – como a resistência a pragas ou maior produção de açúcar –, e em que dosagem deve estar presente no genoma da planta", explicou.
"Por meio dessa nova metodologia será possível identificar regiões de interesse no genoma da planta e cloná-las por intermédio de uma biblioteca com mais de 400 mil clones de variantes de genes de cana-de-açúcar que construímos paralelamente ao desenvolvimento do estudo, e que poderão ser utilizados para transformação genética caso haja interesse", disse Souza.
OBRIGADO
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