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1 Profa. Dra: Bárbara Dantas Fontes Soares Importância do Estudo da Genética A Genética e sua importância • Assunto de interesse quase comum (Revistas, Jornais, Telejornais, etc.) Assuntos na mídia: • Clonagem de animais; • Sequênciamento do genoma humano; • Desenvolvimento de organismos geneticamente modificados. �Aumento da produção e qualidade de alimentos de origem animal e vegetal: Ex: Milho híbrido 0 1,3 2,6 3,9 5,2 6,5 7,8 9,1 t/ha 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 Variedade Híbrido Duplo Híbrido Simples Dados da produtividade de grãos de milho (t/ha de 1860 a 2010) - EUA Benefícios para a sociedade humana 2010 10,4 • Produção de carne Ano Peso médio Tempo para obtenção 1930 1.500 g 105 2008 2.300 g 42 Ganho de 53% Redução de 63 dias Ex: Melhoramento de aves Benefícios para a sociedade humana • Produção de ovos Aves caipira: 60 a 80 ovos/ave/ano Aves melhorada: 270 ovos/ave/ano Ex: Melhoramento de aves Benefícios para a sociedade humana Ex: Melhoramento de bovinos Benefícios para a sociedade humana Países produtores 2001 2007 % do mercado EUA 11.983 12.096 20,0 Brasil 6.895 9.470 15,7 União Européia 8.346 8.175 13,5 China 5,503 7.494 12,4 Argentina 2.640 3.200 5,3 India 1.770 2.500 4,1 México 1.925 2.200 3,6 Austrália 2.049 2.197 3,6 Mundo 53,377 60.437 100,0 Países Exportadores 2001 2007 % do mercado Brasil 741 2.189 28,8 Austrália 1.376 1.400 18,4 Índia 365 735 9,7 EUA 1.029 649 8,5 Argentina 169 532 7,0 Total 5.842 7.605 100,0 Principais países produtores e exportadores de carne bovina no período de 2001 a 2007. (Dados 1.000 toneladas equivalente de carcaça) 2 Aumento de produtividade em espécies florestais Ex: Aracruz Celulose: Eucalipto 1960 �20 m3/ha/ano de madeira �45 m3/ha/ano • Aumento no volume de madeiraAtualmente Seleção em populações introduzidas associada à propagação assexuada – obtenção de clones 1968 � 5,8 toneladas/ha/ano � 11 toneladas/ha/ano Atualmente Aumento no rendimento de celulose em espécies florestais Ex: Aracruz Celulose: Eucalipto Expansão de novas fronteiras Ex: Cultura da soja Até 1970 Sul do Brasil �1,32 milhões de ha Obtenção de linhagens insensíveis ao fotoperíodo 2,0 milhões de toneladas 60 milhões de toneladas em 2009/10 CURIOSIDADE: Obtenção de estirpes de Rhizobium mais adaptados às condições do cerrado, o que propiciou o cultivo da soja com altas produtividades sem o emprego de fertilizantes nitrogenados, permitindo sensível redução no custo de implantação. t/ha 9,0 7,0 5,0 3,0 0 300 600 900 Milho Ferro BR 201 AG 1043 Produtividade média de grãos de milho (t/ha) obtida por três cultivares de milho, avaliados em diferentes níveis de adubação. a) Cultivar de milho primitivo – milho Ferro; b) Híbrido duplo BR 201; c) Híbrido simples AG 1043 Níveis de Adubação t/ha Cultivares melhoradas x cultivar primitiva Benefícios para a sociedade humana �Desenvolvimento de produtos geneticamente modificados Ex: Produção de penicilina Penicillium chrysogennum 2 mg/l Linhagens melhoradas 20 g/l Aumento de 10 mil vezes Ex: A soja transgênica É produzida a soja transgênica Roundup-Ready, resistente ao herbicida Roundup: "redução" nos gastos com herbicidas e aumento da produtividade. 3 Ex: O milho Bt É produzido o milho transgênico Bt, assim chamado por ter sido modificado a partir da inserção de genes da bactéria Bacillus thuringiensis, produtores de uma substância inseticida. Ex: Bactérias transgênicas e produção de hormônios humanos Genes da insulina humana e do hormônio do crescimento humano foram clonados e inseridos em bactérias, que passaram a constituir verdadeiras “fábricas” de produção desses hormônios. Ex : Hormônio do crescimento O rato da esquerda recebeu, quando era zigoto, o gene do hormônio do crescimento humano e atingiu o dobro do tamanho dos ratos normais. Ex: 1997- Primeiro caso de clonagem em animais Ian Wilmut Dolly foi estrela! Dolly morre aos seis anos de idade. bilhões Norman Borlaug - Nobel da Paz em 1970 Bárbara MacClintock Prêmio Nobel de Fisiologia e Medicina (1983) - Milho Norman Borlaug cientista da área de agricultura, pai da chamada “revolução verde” que ganhou o prêmio Nobel da Paz por seu trabalho no combate à fome mundial que salvou milhões de vidas Geneticistas reconhecidos por pesquisas em agropecuária 4 Conclusão • A genética é uma ciência em evolução permanente. Por mais que se descubra novas coisas, haverá sempre algo mais para saber, para experimentar, para inventar. • As técnicas de engenharia genética permitem isolar qualquer gene, modificá-lo e reintroduzi-lo em qualquer outro organismo vivo. • Estes conhecimentos oferecem ao mundo novas possibilidades terapêuticas e agronômicas. No entanto, é necessário refletir sobre as questões de ética e de biossegurança. Variação e seu significado biológicoVariação e seu significado biológico Genética é a ciência que estuda a hereditariedade e a variação de características dos organismos Variação e seu significado biológicoVariação e seu significado biológico Hereditaridade = herança = genes Variação = Diferenças observadas entre indivíduos aparentados • Variação Ambiental • Variação Genética Variação e seu significado biológicoVariação e seu significado biológico Variação ambiental Flutuações na fertilidade do solo, nutrição, temperatura, ataque de doenças ou pragas, umidade, etc. Ex: clones de eucalipto em condições diferentes de fertilidade Nunca pode ser transmitida àdescendência Variação e seu significado biológicoVariação e seu significado biológico Variação genética Diferenças nas constituições genéticas que surgem através do mecanismo de mutações. Pode ser transmitida à descendência = É hereditária Outras definições importantes • Caráter: Atributos biológicos que identificam um indivíduo Ex: Milho: altura da planta, cor das folhas, tamanho das raízes, cor dos grãos, tamanho dos grãos, teor de proteínas, produtividade de grãos, etc. Ex: Bovino: Sexo, a cor da pelagem, a presença ou não de chifres, a produtividade de leite, o teor de gordura no leite, etc. 5 Conservação da Conservação da variabilidade genéticavariabilidade genética Conservação in situ Preservação no ambiente onde a espécie evoluiu. Conservação ex situ Preservação realizada em bancos de germoplasma. Germoplasma: conjunto de genótipos representantes de uma espécie. Conservação da variabilidade Conservação da variabilidade genéticagenética O QUE CONSERVAR???????? 6 Conservação da Conservação da variabilidade genéticavariabilidade genética Conservação in situ Espécies selvagens e parentes das culturas que se auto-perpetuam em ambientes naturais ou agrícolas Genes dessas espécies transferidos para espécie cultivada contribuindo: � tolerância a condições de estresse ambiental; � Resistência a pragas e doenças; � Melhor sabor; � Qualidades culinárias; � Valor nutricional. Conservação da variabilidade genética Conservação ex situ Principalmente cultivares primitivas das espécies mais importantes Potencial fonte de variação; ameaça de extinção Banco de germoplasma � Local onde se armazena o material genético das espécies de interesse: BANCO DE ALELOS = formas alternativas dos genes = diversidade genética. COMO CONSERVAR???????? Conservação ex situ COMO CONSERVAR???????? Conservação ex situ Silo Global de Sementes de Svalbard - Noruega (Svalbard Global Seed Vault) COMO CONSERVAR???????? www.agencia.cnptia.embrapa.br - 466 × 622 - Pesquisa por imagemFigura3: Embriões zigóticos de coqueiro criopreservadosem tambor de nitrogênio líquido. Ações para o estabelecimento de protocolos de conservação por ... Conservação ex situ 7 COMO CONSERVAR???????? Conservação ex situ COMO CONSERVAR???????? Conservação ex situ COMO CONSERVAR???????? Conservação in situ Atividades realizadas em um banco de germoplasma 1. Prospecção e coleta; 2. Introdução, intercâmbio e quarentena; 3. Caracterização; 4. Conservação; Banco de sementes, preservação “in vivo”, cultura de tecidos, criopreservação de pólen, meristemas, embriões, sêmen e microorganismos. a) Sementes ortodoxas: milho, feijão, trigo, arroz, soja, algodão, etc. b) Sementes recalcitrantes: café e cacau 5. Multiplicação e regeneração; Conservação da variabilidade genética no Brasil EMBRAPA Recursos Genéticos e Biotecnologia (CENARGEM): 1974 Banco de sementes: Acessos de feijão, arroz, cevada, soja, trigo, sorgo, milho, caupi, algodão, triticale, amendoim, aveia, etc. Conservação in vitro de espécies de propagação vegetativa: mandioca, batata-doce, cará, batata, banana, morango, aspargo, etc. Conservação da variabilidade genética no Brasil EMBRAPA Recursos Genéticos e Biotecnologia (CENARGEM): 1974 Conservação in situ iniciou-se em1984 com a criação de 5 reservas genéticas: Pinheiro-do-paraná, imbuía, erva-mate, jequitibá, cedro, angico, mogno, etc. 8 https://www.fao.org.br/quemSomos.asp A FAO lidera os esforços internacionais de erradicação da fome e da insegurança alimentar. Reforça a agricultura e o desenvolvimento sustentável, como estratégia a longo prazo, para aumentar a produção e o acesso de todos aos alimentos, ao mesmo tempo em que preserva os recursos naturais.