Aula 1 Intodução a genética na Agropecuária

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Introdução aos estudos genéticos naagropecuária
Universidade Federal do Cariri – UFCA
Centro de Ciências de Agrárias e Biodiversidade – CCAB
Curso de Agronomia
Prof. Lucas Nunes da Luz
lucasluz@cariri.ufc.br
INTRODUÇÃO
Genética (do grego genno = fazer nascer)
“É a ciência dos genes, da hereditariedade e da variação dosorganismos”.
“Explica o fato pelo qual os descendentes se assemelham aosseus ascendentes”.
“Ramos da biologia que estuda a forma como se transmitem ascaracterísticas biológicas de geração para geração”.
Hereditariedade
Pode ser conceituada como a tendência de iguais gerar
iguais
Variação
É definida como sendo todas as diferenças ambientais ou
genéticas entre os organismos relacionados pela
descendência
• São forças antagônica. Isto porque, enquanto a hereditariedade está
relacionada com semelhanças entre os indivíduos no decorrer das
gerações, a variação é exatamente ao contrário.
• Embora antagônicas neste aspecto, a hereditariedade e a variação são
forças que se complementam.
• Pois a variação permite que existam diferenças sobre as quais atua a
seleção havendo o melhoramento e evolução.
• Por outro lado o resultado da seleção só será positivo, ou seja será
mantido, se a variação sobre a qual ela atuou for herdável.
Variabilidade Genética
• Variabilidade Genética
• Variabilidade genética indica a porção da diversidade genéticadisponível.
• Diversidade Genética
• O somatório da informação genética conhecida e potencial ouainda desconhecida.
• Perda da Variabilidade
• Erosão Genética
• Exploração excessiva de espécies
• Perda e fragmentação do habitat
• Introdução de espécies e doenças exóticas
• Uso de híbridos e monocultura
• Expansão Agrícola
• Importância
• É muito importante para os programas de melhoramento genético vegetal.
• O conhecimento da variabilidade é importante para um bom manejo do banco degermoplasma.
V
A
R
I
A
B
I
L
I
D
A
D
E
Diversidade Genética
• Centro de Origem: região geográfica ou local onde a espécie se
originou ou onde ela foi primeiramente domesticada
• Centro de Diversidade:
• Centro de Diversidade Primária: local ou região onde há além daespécie cultivada de interesse econômico, social ou cultural,ocorrem espécies silvestres relacionadas.
• Centro de Diversidade Secundária: Local ou região onde ocorrepoucas espécies silvestres relacionadas
• Centro de Diversidade Secundária
• Brasil
• Laranja Bahia
• Mutações ou Hibridações
Centros de Origem
• Vavilov 1916:
Os centros de origem das espécies coincidem com áreas geográficas onde
existe a maior variabilidade genética nas espécies. Traçou linhas em torno de
áreas nas quais a agricultura era praticada há longo tempo e onde as
civilizações indígenas surgiram. 8 Centros de Origem das plantas cultivadas
• Vavilov – 1926
• Centro Chinês;
• Centro Indiano
• Centro Indo-Malaio;
• Centro Asiático Central;
• Centro do Oriente Próximo;
• Centro do Mediterrâneo;
• Centro Abissínio;
• Centro Mexicano do Sul e Centro Americano;
• Centro Sul Americano:
Centro Chilóe
Centro Brasileiro- Paraguaio.
Divisões da Genética
Genética de Transmissão – Engloba os princípios básicos da genética e como ascaracterísticas são passadas.
Genética Molecular – Estuda a natureza química do gene, como a informaçãogenética é codificada, replicada e expressa.
Genética de Populações – Explora a composição genética de grupos de indivíduosmembros da mesma espécie e como esta composição muda com o tempo eespaço.
Essa divisão ainda pode ser subdividida em outros ramos:
Genética de cromossomos
Genética bioquímica
Genética quantitativa
História da Genética (Uso empírico)
Embora seja considerada uma ciência nova – quase um produto dos últimos 100
anos – as pessoas tem usado os princípios há milhares de anos.
A primeira evidência é encontrada na domesticação de plantas e animais que
começou entre 10000 a 12000 anos.
Acredita-se que a primeira agricultura no mundo foi desenvolvida no Oriente
Médio, no que hoje é a Turquia, Iraque, Irã, Síria, Jordânia e Israel a
aproximadamente 10000 anos.
Há 4000 anos técnicas sofisticados já estavam em uso no oriente médio.
Os Assírios e os Balônios desenvolveram várias centenas de variedades.
Primeiros Registros Escritos
Escritos Hindus datados de 2000 anos atribuem muitas características aopai, e sugerem que as diferenças entre irmãos podem ser atribuídas aefeitos da mãe.
Estes Mesmos escritos advertem que devemos evitar casamentos comcônjuges com características indesejáveis que podem ser passadas para osfilhos.
Família Médici - Itália
O Talmude, livro Judaico, apresenta uma compreensão estranhamenteprecisa da herança a hemofilia.
O livro diz que se uma mulher tiver dois filhos que morreram desangramento após a circuncisão, os próximos filhos não de vem sercircuncisados, nem os filhos de sua irmã, embora os filhos de seuirmão sim.
Por volta de 520 a.c, o médico grego Alcmaeon fez dissecações de animaise propôs que o cérebro era não só o principal local da percepção, mastambém a origem do semên.
Esta proposta desencadeou o conceito de Pangênese proposto porHipócrates 370 a.c.
Esta teoria propôs que pequenas partículas, chamadas gêmulas, levavaminformações de várias partes do corpo para os órgãos reprodutivos deonde eram passados para o embrião.
A Pangênese levou os gregos mais antigos a propor a noção da Herança decaracteres adquiridos.
E essas idéias persistiram até o surgimento da da ciência moderna nosséculos XXVII e XXVIII.
A Ascensão da Genética Moderna
Os fabricantes de óculos holandeses começaram a montar
microscópios simples e no final de 1500, permitiu que Robert
Hooke a descoberta das células em 1665.
Com a descoberta desse novo mundo microscópio deu origem
à idéia do Pré-Formismo.
De acordo com o Pré-Formismo dentro do ovócito ou
espermatozóide existe uma pequena miniatura do adulto, um
homúnculo.
“homúnculos em miniaturas”
TEORIA CROMOSSÔMICA DA HERANÇA
1865 - Gregor Mendel – cada característica governada por um par defatores hereditários → segregação → gameta portador de apenas um fator→ Trabalhos não reconhecidos na época.
1876 - Oskar Hertwig – núcleo celular com participação no processo deformação de novas células, e por conseguinte, de novos seres vivos.
1882 – Walther Flemming - descobre corpos com formato de bastãodentro do núcleo das células → “cromossomos”. Estuda o comportamentodos bastões na divisão celular.
1884 – 1885 – Edouard Strasburger, Rudolf Kolliker, Augus Weimann →cromossomos poderiam ser a base celular da hereditariedade.
Gregor Mendel (☼1822 - †1884)
Redescoberta das Leis de Mendel
 1900 – O holandês Hugo de Vries , o alemão Carl Correns e o
austríaco Erich Tschermak chegam de forma independente aos
resultados de Mendel sobre as leis da hereditariedade.
1902 - O norte-americano Walter Sutton – concluiu que os cromossomos
contém unidades hereditárias e que seu comportamento durante a
meiose é ao acaso – bases para a teoria cromossômica da
hereditariedade.
1905 – O botânico e geneticista dinamarquês Wilhelm Johannsen criou os
termos genótipo e fenótipo trabalhando com feijões.
1905 - William Bateson → usou pela primeira vez o termo genética para
descrever o estudo da variação e hereditariedade. Introduziu os termos
"homozigótico","heterozigótico" e "alelo“.
1940 - foram obtidas as primeiras evidências de que a substância
hereditária era o ácido desoxirribonucléico, conhecido pela sigla DNA.
Watson e Crick, 1953: Molecular struture of nucleic
acids
1953 - James Watson e Francis Crick → propõem modelo da dupla-hélice
para a molécula de DNA, além de descrever como ocorre a replicação do
DNA.
1960 – Codigo genético → cientistas descobriram que os genes contém
instruções escritas em uma espécie de código molecular.
CROMOSSOMOS E DIVISÃOCELULAR
Unidade básica de todo ser vivo – célula!!!
Formação de uma planta ou animal =
crescimento e diferenciação.
Multiplicação celular – mitose.
Onde ocorre a mitose?
 (célula) = eucariontes e
procariontes.
Núcleo → cariolinfa + nucléolo + cromatina.
Estrutura dos cromossomos:
• Centrômero = constrição primária DNA repetitivo.
• Constrições secundárias geralmente estão as RON´s genes produção
de rRNA´s.
• Telômeros  seqüências próprias de DNA  conservada em várias
espécies (algumas raras exceções) hexanucleotídeo: TTAGGG.
 Cariótipo = representação morfológica dos cromossomos que
caracterizam uma espécie.
- Identificar o número e morfologia dos cromossomos;
 Classificação cromossômica  razão entre braços e índice
centromérico (Guerra, 1986):
Metacêntrico
r = 1,00 a 1,70
Submetacêntrico
r = 1,71 a 3,00
Acrocêntrico
r = > 7,01
Subtelocêntrico
r = 3,01 a 7,00
Número de cromossomos nas células somáticas de algumas espécies:
- Milho (Zea mays) = 20 cromossomos;
- Feijão (Phaseolus vulgaris) = 22 cromossomos;
- Arroz (Oryza sativa) = 24 cromossomos;
- Bovinos (Bos taurus) = 60 cromossomos;
- Suínos (Sus scrofa) = 40 cromossomos; e
- Homem (Homo sapiens) = 46 cromossomos.
Cariograma de Carica papaya, apresentando nove pares de
cromossomos homólogos.
CROMOSSOMO - partes constituintes
• CROMONEMA
• CROMÁTIDE
• CROMÔMERO
• CENTRÔMERO
• TELÔMERO
• SATÉLITE
• RON
CROMONEMA E CROMÁTIDE
• filamento unitário que constitui o cromossomo
• O número de cromonemas por cromossomo pode variar
conforme a espécie
• Cromátide: É o filamento recém originado por duplicação que
ainda se acha ligado ao seu irmão pelo centrômero.
CROMÔMEROS
• Granulações cromáticas observadas ao longo do
filamento cromossômico;
• Resultantes da espiralização ou condensação do
cromonema;
• São constantes em número, tamanho e forma ao
longo do cromossomo;
• São mais evidentes na prófase durante
leptóteno;
• São interpretados como zonas de eucromatina
do cromonema que se encontra condensada.
CENTRÔMERO
• CENTRÔMERO/CINETÓCORO
• Constrição primária, parcialmente descondensada (
baixa densidade de DNA, baixa colorabilidade)
• Relacionado indiretamente com o mecanismo de
divisão cromossômica
• Região na qual o cromossomo se prende á fibra do
fuso acromático
• Monocêntrico
• Policêntrico (Camundongo)
TELÔMEROS
• Não se distingue morfologicamente do restante do braçocromossômico;
• Não é possível determinar o seu limite proximal ou a suaextensão;
• Importante para o funcionamento cromossômico e paraa individualidade do cromossomo;
• É uma região altamente conservada e consiste deseqüências do tipo TTTAGGG, em disposição seqüencial;
• Telomerase: estabiliza e repara as terminações doscromossomos quando danificadas.
SATÉLITE
• É uma constrição secundária;
• Está associado com o nucléolo (Prófase);
• Nesta região se situam os genes RON;
• O número de satélite é constante em cada espécie e
raramente superior a dois;
• A região do satélite é fortemente corada com o nitrato de
prata que tem afinidade por proteínas nucleolares.
Cromossomo
Z. biebersteiana
2n=4
V. geraedii
2n=600
Bennett (1998)
IMPORTÂNCIA DA GENÉTICA
6.000 anos → seleção de plantas e animais.
Redescobrimento das Leis de Mendel → século XX = desenvolvimento da
genética → “Ciência nova”.
Genética atual – hereditariedade, constituição química + função +
regulação do gene.
Agropecuária x pressão populacional
Incremento na produção de alimentos + melhoria da qualidade dos alimentos
= diminuir dependência de alimentos e combustíveis e, ampliar as
exportações.
Importância da Genética
Produção de alimentos x crescimento da população
Melhoramento genético
 Produção do milho híbrido = aumento expressivo na
produção!!
 Minnesota (EUA) – 2.010 kg/ha (1930) → 6.290 kg/ha
(1980).
 58% incremento na produção → milho híbrido =
Melhoramento genético.
 Aumento de 230% da produção - Catuaí e Mundo
Novo cultivar primitivo.
 Resistência a ferrugem do cafeeiro.
 Incremento na produção – ovos e carnes.
 Peso médio das aves - 1.360 g aos 86 dias (1948) →
1.814 g aos 49 dias (1981).
 Incremento de 25% e redução de 37 dias para o abate.
 60 70 ovos – 270 ovos
H
E
T
E
R
O
S
E
Pêra no semi-árido! Quem diria!!
M
E
L
H
O
R
A
M
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N
T
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Genética na medicina:
- incremento de 10.000 vezes na produção de penicilina
Penicillium chrysogennum (2 mg/l → 20g/l).
- Engenharia genética – incremento na produção de insulina e
hormônio do crescimento.
- Terapia Gênica.
Obs.: Prêmio Nobel – dr. Norman Borlaug (melhoramento do
trigo, 1970), e dra. Barbara McClintock (citogenética em
milho).