APOSTILA PROVA 2

Prévia do material em texto

RESUMOS AULAS TEÓRICAS 
PARTE II 
 
 
MELHORAMENTO GENÉTICO VEGETAL 
 
 
 
 
 
 
PROFESSORA NÁDIA NARDELY L. D. PARRELLA 
I/2013 
 
1 MELHORAMENTO DE PLANTAS ALÓGAMAS 
I. INTRODUÇÃO 
 Plantas alógamas são aquelas que realizam preferencialmente polinização 
cruzada (acima de 95%). Neste caso, a fertilização ocorre quando o pólen de 
uma planta fertiliza o estigma da flor de outra planta. As espécies alógamas 
são caracterizadas pela heterozigose, apresentando heterose e endogamia. 
Como vimos no capítulo 4, existem vários mecanismos que incentivam ou 
determinam a alogamia (fecundação cruzada). Apesar de várias espécies de 
importância econômica serem alógamas, o milho é a espécie alógama que tem 
sido mais estudada. Isto se deve ao fato do milho ser uma espécie monóica, 
com flores do sexo feminino e flores do sexo masculino (pendão). Nas 
alógamas, as plantas não transmitem seus genótipos para a geração seguinte 
como ocorre em espécies autógamas, mas sim os seus alelos. Portanto, a 
cada geração surgirão novos indivíduos que apresentarão constituição alélicas 
diferentes dos seus pais. Nas alógamas, o que tem maior importância não é a 
constituição genética do indivíduo (genótipo), mas sim o conjunto gênico dessa 
população (pool gênico). Este é um grande desafio no melhoramento de 
alógamas, pois os genótipos superiores não são mantidos nos filhos, já que 
estes apresentarão segregação. O melhoramento de autógamas trabalha com 
a obtenção de linhas puras superiores (indivíduos superiores) enquanto o 
melhoramento de alógamas trabalha com o melhoramento de populações. 
Como base para entender o melhoramento das espécies alógamas, devemos 
conhecer alguns conceitos de Genética de População. 
EQUILÍBRIO DE HARD-WEINBERG 
Segundo Ramalho et al. (1990), podemos definir população como um conjunto 
de indivíduos da mesma espécie, que ocupam o mesmo local, apresentam uma 
continuidade no tempo e possuem a capacidade de se intercasalar ao acaso, e 
portanto, de trocar genes entre si. Duas propriedades importantes das 
populações são sua freqüência genotípica e sua frequecia alélica. A 
Freqüência genotípica é a proporção que um determinando genótipo está 
presente na população. A Freqüência alélica é a proporção que um 
determinado alelo está presente na população. Em 1908, Hardy na Inglaterra e 
Weinberg na Alemanha propuseram independentemente a Lei do Equilíbrio, 
que ficou conhecida como Lei do Equilíbrio de Hardy-Weinberg. Segundo esta 
lei, em uma população panmítica, não existindo fatores que interfiram na 
casualização natural dos cruzamentos (mutação, migração, seleção e 
oscilação), as freqüências alélicas e genotípicas permanecerão constantes 
geração após geração. Vamos usar como exemplo uma característica com dois 
alelos (A e a) para explicar essa Lei. A freqüência do alelo A é identificada por 
p e a freqüência do alelo a é identificada por q, sendo p + q = 1. Assim na 
próxima geração teríamos as seguintes freqüências alélicas e genotípicas para 
o cruzamento Aa x Aa. 
f(A) = p f(a) = q f(A) = p f(AA) = p2 f(Aa) = pq f(a) = q f(Aa) = pq f(aa) = q2 
 Nesta população, as freqüências genotípicas são representadas por D 
(dominantes), H (heterozigotos) e R (recessivos). A soma D + H + R = 1. Então 
(p+q)2 = p2 + 2pq + q2 = D + H + R = 1. Outras propriedades importantes são: 
f(A) = p = p2 + pq = D + 1⁄2H f(a) = q = q2 + pq = R + 1⁄2H 
Considerando uma população de 100 indivíduos, onde tenham sido 
identificados 50 genótipos do tipo AA, 20 do tipo Aa e 30 do tipo aa, tem-se 
que: 
AA = 50; Aa= 20 e aa = 30 
A freqüência alélica será: 
f (A) = (50 + 1⁄2 x 20)/100 = 0,60 f (a) = (30 + 1⁄2 x20)/100 = 0,40 
Será que esta população está em equilíbrio de Hardy- Weinberg? 
f (AA) = (0,60)2 = 0,36 f (Aa) = 2pq = 2 x 0,6 x 0,4 = 0,48 f (aa) = (0,40)2 = 
0,16 
 Os valores observados devem ser testados através do teste de Chi-quadrado 
para se concluir se os valores diferem dos valores esperados. Se a população 
não estiver em equilíbrio, é necessária somente uma geração de cruzamentos 
ao acaso para que ela volte ao equilíbrio. 
EFEITO DA SELEÇÃO NAS FREQÜÊNCIAS ALÉLICAS 
A seleção pode ser definida como a eliminação de determinados genótipos da 
população. A seleção pode ser natural ou artificial. Devido a esta eliminação, 
há alterações nas freqüências alélicas e genotípicas, e em conseqüência, a 
população afasta-se do equilíbrio. O efeito da seleção nas freqüências alélicas 
depende do tipo de interação alélica e do coeficiente de seleção. Vamos ver 
um exemplo de seleção quando há dominância completa, sendo desvantajoso 
o alelo recessivo. Também considerando a eliminação de todos os indivíduos 
portadores do gene homozigótico recessivo. 
Um exemplo: Altura de milho onde o alelo Br (planta normal) tem freqüência de 
0,6 e br (planta anã) de 0,4. Pergunta: qual a freqüência dos alelos Br e br e 
dos genótipos normal e anã após um ciclo de seleção? Se a freqüência do 
alelo Br = q = 0,6 e Br = p = 0,4, as freqüências genotípicas na população 
original serão (0,6)2BrBr + 2x0,6x0,4Brbr + (0,4)2brbr = 0,36 BrBr + 0,48 Brbr + 
0,16 brbr. Então nesta população teremos uma freqüência de 0,84 de plantas 
altas (BrBr e Brbr) e 0,16 de plantas anãs (brbr). Se fizermos seleção 
eliminando as plantas baixas, a população selecionada terá 100% de plantas 
altas. Através de uma regra de três simples, podem ser obtidas as freqüências 
genotípicas corrigidas: 
 
 
Se as plantas selecionadas forem cruzadas ao acaso, na próxima geração 
teremos (0,715)2BrBr + 2x0,715x0,285 Brbr + (0,285)2brbr = 0,51 BrBr + 0,41 
Brbr + 0,08 brbr. Isto significa uma freqüência de plantas altas de 0,92 e de 
plantas baixas de 0,8. Podemos observar neste exemplo que a seleção altera a 
freqüência alélica e genotípica, e podemos usá-la para melhorar nossas 
populações. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 MELHORAMENTO DE POPULAÇÕES POR MEIO DE 
SELEÇÃO 
 INTRODUÇÃO 
 Os métodos de melhoramento de plantas alógamas podem ser divididos em 
duas categorias: (a) Melhoramento de Populações, e (b) Variedades Híbridas e 
Sintéticas. Neste capítulo estudaremos diferentes métodos de melhoramento 
de populações através da seleção. No caso do milho, as populações 
melhoradas podem ser utilizadas diretamente para a produção comercial, 
principalmente por pequenos produtores familiares. Neste caso, essas 
populações são denominadas Variedades de Polinização Aberta. Outro uso 
das populações melhoradas é a obtenção de linhagens endogâmicas que 
serão utilizadas na produção de híbridos. O principal objetivo do melhoramento 
de populações através da seleção é aumentar a freqüência dos alelos 
favoráveis, melhorando então as características das populações. Os métodos 
de melhoramento de populações podem ser agrupados em duas classes: 
 A. Sem teste de progênies, por exemplo Seleção Massal 
B. Com teste de progênie, por exemplo Espiga-por-fileira 
Nos métodos sem teste de progênie a seleção é baseada no fenótipo enquanto 
que nos métodos com teste de progênie a seleção é feita com base na 
performance dos descendentes. 
SELEÇÃO MASSAL 
Na seleção massal a população original é avaliada e um número de plantas é 
selecionada com base no fenótipo. A semente de polinização aberta das 
plantas selecionadas é agrupada para dar origem à próxima geração. O ciclo 
de seleção pode ser repetido uma ou mais vezes para aumentar a freqüência 
de alelos favoráveis. Um dos principais problemas da seleção massal é que ela 
é baseada somente no fenótipo. Por isso, este tipo de seleção é muito 
influenciado pelo ambiente. O principal uso desse método é na obtenção de 
novas variedades em espécies vegetais que ainda não foram muito trabalhadas 
geneticamente ou para caracteres de alta herdabilidade. Como vimospara 
plantas autógamas, a seleção massal também pode ser usada na produção de 
sementes para a manutenção da pureza varietal em campos de sementes. 
Neste caso fazemos a seleção truncada ou roughing, retirando as plantas fora 
do padrão. A seleção massal é o método mais antigo de melhoramento de 
plantas e vem sendo utilizada pelos agricultores a milhares de anos. Isto 
ocorria quando os agricultores escolhiam as melhores espigas/plantas para 
darem origem à geração seguinte. 
ESQUEMA DA SELEÇÃO MASSAL 
SELEÇÃO MASSAL ESTRATIFICADA 
A seleção massal estratificada tem por objetivo melhorar o controle da 
heterogeneidade do solo (melhor controle ambiental). Isto é obtido dividindo-se 
a área em estratos e praticando a mesma intensidade de seleção em cada 
estrato. A intensidade de seleção dentro de cada estrato pode variar de 1 a 
10%. Na recombinação deve ser empregado um mesmo número de sementes 
por planta. É utilizado bordadura para garantir que as plantas estejam 
submetidas ao mesmo nível de competição. Araújo e Paterniani (1999) 
descrevem a seleção massal estratificada utilizada no programa de 
Melhoramento de Milho do IAPAR. Cada estrato é composto por uma linha com 
10 m de comprimento (5 plantas/metro e 90 cm entre linhas), sendo composto 
por 50 plantas ou 9 m2. Normalmente, semeia-se um campo isolado com cerca 
de 100 estratos para seleção, selecionando-se 5 plantas competitivas por 
estrato (10% de seleção). Posteriormente, é feita a seleção de espigas, 
restando 2 plantas por estrato (4 % de seleção). 
 
SELEÇÃO COM TESTE DE PROGÊNIE 
SELEÇÃO ESPIGA-POR-FILEIRA 
Os métodos de seleção-por-fileira são métodos que utilizam o teste de 
progênie. Estes métodos tem apresentado razoável sucesso em caracteres 
com alta herdabilidade, mas não são eficientes para caracteres de baixa 
herdabilidade como a produtividade. As etapas deste método são apresentados 
na Figura 1. Dentro de uma população de polinização livre selecionam-se 50 a 
200 plantas. A semente de cada planta é dividida em duas amostras 
identificadas. Uma amostra é utilizada para semeadura das linhas de avaliação 
de progênies (uma linha para cada planta selecionada) e a outra é mantida 
guardada (essa semente é chamada de semente remanescente). Com o 
resultado da avaliação das linhas de progênies, mistura-se a semente 
remanescente das espigas que originaram as melhores linhas de progênies 
para se formar a população melhorada. A principal limitação do método é a 
falta de repetição das linhas de progênies. 
 
 
 
 
 
 
SELEÇÃO ESPIGA-POR-FILEIRA MODIFICADO 
Este método é uma modificação do método espiga-por- fileira e também pode 
ser chamado de Seleção entre e dentro de famílias de meios irmãos. Essência: 
avaliação e seleção de progênies de meio-irmãos (PMI) e depois, da seleção 
das melhores plantas dentro das progênies selecionadas. 
Este método inicia-se com a seleção de espigas em uma população de 
polinização livre (as espigas de cada planta se constituem progênie de meio 
irmão). As espigas são debulhadas e as sementes de cada progênie colocadas 
em sacos separados. As PMI são avaliadas em ensaios de produção onde 
serão anotados todos os caracteres de interesse. Para o ensaio de avaliação 
de progênies utilizam-se delineamento experimental tipo látice quadrado. Em 
função do resultado são escolhidas as melhores progênies. A intensidade de 
seleção é de 10 a 20%. Esta etapa constitui-se seleção entre progênies. Com a 
utilização da semente remanescente, planta-se um lote isolado de 
despendoamento, onde as progênies selecionadas constituirão as fileiras 
femininas e as masculinas serão plantadas com uma mistura de sementes de 
todas as progênies selecionadas. Pode-se usar uma proporção de 1 
masculina:2 feminino ou 1 masculina:3 feminino. Por ocasião da colheita, 
escolhe-se dentro de cada fileira feminina as melhores plantas. Esta etapa 
constitui-se a seleção dentro de progênies. As espigas dessas plantas 
constituem as novas progênies de meio irmãos a serem avaliadas na geração 
seguinte. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 SELEÇÃO RECORRENTE 
INTRODUÇÃO 
A seleção recorrente é uma técnica de melhoramento de populações que tem 
por objetivo a concentração de alelos favoráveis, mantendo a variabilidade 
genética da população. As populações melhoradas através da seleção 
recorrente podem ser utilizadas diretamente como variedades de polinização 
aberta ou então para obtenção de linhagens endogâmicas utilizadas na 
produção de híbridos. O que significa recorrente? Significa repetir os mesmos 
procedimentos ciclo após cada ciclo de seleção, tornando o processo de 
acumulação dos alelos favoráveis um processo contínuo e deslocando-se a 
média por meio dos ciclos de seleção. Um ciclo de seleção recorrente envolve 
basicamente quatro fases que são: a) obtenção de progênies, b) avaliação de 
progênies, c) seleção, d) recombinação. 
 Obtenção de progênies: meio irmãos, irmãos germanos e progênies 
parcialmente endogâmicas S1 e S2. 
 Avaliação das progênies: deve ser realizado em ensaios envolvendo 
repetições e locais, por meio de delineamento experimental apropriado. 
Em milho é comum o uso do látice, sendo usadas de 200 a 400 
progênies, sendo que uma parcela é constituída por 20 a 25 plantas. 
 Seleção de progênies: baseada em médias ou totais de parcelas. A 
seleção pode ser truncada ou combinada. Truncada somente um caráter 
e combinada mais de um caráter. A intensidade de seleção varia de 10 a 
20%. 
 Recombinação de progênies selecionadas: tem por finalidade gerar 
variabilidade para o próximo ciclo de seleção. Para a recombinação 
utiliza-se a semente remanescente das progênies selecionadas. Vale 
lembrar que parte das sementes é destinada aos ensaios de avaliação e 
outra parte (semente remanescente) deve ser armazenada 
cuidadosamente para na próxima safra ser utilizada no campo de 
recombinação caso essa progênie seja selecionada. Dessa forma a 
recombinação é feita somente entre progênies selecionadas. 
Tipo de recombinação: o método mais usado é o irlandês. Este método 
consiste na retirada de uma pequena quantidade de semente de cada progênie 
selecionada. Estas são reunidas e homogeneizadas e vão se constituir-se nas 
linhas macho (fornecedoras de pólen). Em milho, a cada 4 a 6 progênies 
semeadas, intercala-se uma linha macho. Quando da emissão dos pendões, as 
plantas das progênies são despendoadas (linhas fêmeas), o que garante que 
estas plantas serão polinizadas apenas com a mistura de pólen das linhas 
macho. 
 A seleção recorrente pode ser intrapopulacional, quando visa melhorar uma 
população e interpopulacional, quando visa melhorar duas populações, 
buscando a heterose entre elas (também chamada de S.R. RECÍPROCA). Os 
métodos de seleção recorrente podem ser divididos basicamente em dois tipos: 
aqueles onde não é feita a avaliação das progênies (Seleção Recorrente 
Fenotípica) e aqueles onde a avaliação das progênies é realizada através de 
testes de combinação (Seleção Recorrente para Capacidade Geral de 
Combinação, Seleção Recorrente para Capacidade Específica de Combinação 
e Seleção Recorrente Recíproca). 
SELEÇÃO RECORRENTE FENOTÍPICA (SRF) 
 Este é o tipo mais simples de seleção recorrente, não sendo feita nenhuma 
avaliação das progênies (testes de capacidade de combinação). Por ser 
baseado no fenótipo, este tipo de metodologia é eficiente somente para 
caracteres de alta herdabilidade. Este método de seleção pode ser considerado 
uma extensão da seleção massal. O método consiste na seleção de plantas em 
uma população com variabilidade, que são então autopolinizadas (obtenção de 
progênies S1). Em seguida, as progênies S1 das plantas selecionadas são 
recombinadas, antes de se começar um novo ciclo de seleção.SELEÇÃO RECORRENTECOM TESTE DE PROGÊNIE 
 Os métodos de seleção recorrente com teste de progênie são uma extensão 
da seleção de espigas por fileira. A principal diferença está na realização de 
testes de capacidade de combinação, que também podem ser chamados de 
testes de TOP CROSS. Neste tipo de seleção, as progênies não são testadas 
diretamente, mas sim são cruzadas com um testador. O que difere entre os 
métodos é de seleção para capacidade de combinação é o tipo de testador 
usado. 
 SELEÇÃO RECORRENTE PARA CAPACIDADE GERAL DE COMBINAÇÃO 
(CGC). 
Este método começa com a autofecundação de um bom número de plantas de 
uma população (obtenção de progênie do tipo S1) e as sementes de cada 
planta autofecundada são colhidas separadamente. Parte da semente é 
guardada (sementes remanescentes) para ser usada na fase de recombinação 
e a outra parte é utilizada para semear as linhas femininas do teste TOP 
CROSS. Como linha masculina é utilizado um testador de base genética 
ampla, como por exemplo uma variedade ou híbrido duplo. Para reduzir o 
tempo gasto em cada ciclo, os cruzamentos TOP CROSS podem ser feitos fora 
da época normal de plantio. As sementes obtidas no cruzamento de TOP 
CROSS devem ser avaliadas em ensaios envolvendo locais e repetições, 
selecionando-se os melhores. Para a recombinação utiliza-se a semente 
remanescente das progênies selecionadas com os resultados dos ensaios de 
TOP CROSS. Após a recombinação, obtém-se, na verdade, uma variedade 
sintética com um ciclo de seleção. Na SR para Capacidade Geral de 
Combinação há o acúmulo de genes com ação aditiva. 
SELEÇÃO RECORRENTE PARA CAPACIDADE ESPECÍFICA DE 
COMBINAÇÃO (CEC) 
A diferença básica deste método com o de Capacidade Geral de Combinação 
consiste no uso de testador de base genética restrita como uma linhagem com 
elevado grau de endogamia. Com isso esperasse o acúmulo de genes de ação 
de sobredominância. 
SELECÃO RECORRENTE INTERPOPULACIONAL 
Também conhecido como Seleção Recorrente Recíproca (SRR), tem por 
objetivo melhorar a heterose entre duas populações visando unicamente a 
obtenção de linhagens. 
SELEÇÃO RECORRENTE RECÍPROCA 
Método: Autofecundação de um bom número de plantas da população A. 
Posteriormente é feito cruzamento dessas progênies utilizando-se da 
população B como testador. O mesmo procedimento é feito com a populaçao 
B, utilizando-se a população A como testador. As progênies autofecundadas 
serão o genitor feminino enquanto a outra população será o genitor masculino. 
Para isso semeiam-se, alternadamente, fileiras de plantas do testador e das 
progênies autofecundadas. As sementes dos cruzamentos serão submetidas a 
avaliações, inclusive utilizando sementes do testador como testemunha. 
Seleciona-se 10 a 20% das seleções, aquelas que revelarem maior capacidade 
combinatória com o testador. Faz-se blocos de intercruzamento das sementes 
remanescentes das progênies selecionadas pelo método irlandês. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 RESISTÊNCIA A DOENÇAS 
INTRODUÇÃO 
 O melhoramento para resistência a doenças é um dos principais objetivos do 
melhoramento. Isto porque o controle de doenças através do uso de 
variedades resistentes é o mais barato e de fácil utilização. Outras vantagens 
são a menor agressão ao meio ambiente (comparado com o uso de 
agrotóxicos), ao agricultor (que fica menos exposto aos agrotóxicos) e ao 
consumidor que pode consumir produtos sem agrotóxicos. Um exemplo prático 
é o ataque da ferrugem asiática na soja, para a qual ainda não existem 
cultivares resistentes. A EMBRAPA estima que a redução de produção 
provocada por esta doença associada aos gastos com controle químico 
somaram 2 bilhões de reais, somente na safra 2003/2004 
(http://www.cnpso.embrapa.br) Em algumas espécies, o controle de 
importantes doenças só é feito através da utilização de variedades resistentes. 
Por exemplo temos: ferrugens e carvões em cereais e cana-de-açúcar; 
murchas vasculares em hortaliças; e viroses na maioria das culturas. Segundo 
Michereff (2001), três etapas básicas devem ser consideradas em qualquer 
programa de obtenção e utilização de variedades resistentes: 
1) Identificar fontes de resistência, ou seja, identificar no germoplasma 
genótipos que possuam genes de resistência; 
2) Incorporar estes genes em cultivares comerciais por meio dos métodos de 
melhoramento; 
3) Após a obtenção de um cultivar resistente, traçar a melhor estratégia para 
que a resistência seja durável face à natureza dinâmica das populações 
patogênicas. 
VARIABILIDADE DOS PATÓGENOS/RAÇAS FISIOLÓGICAS 
 Um dos problemas que os melhoristas têm que enfrentar é a variabilidade dos 
organismos fitopatogênicos (fungos, bactérias, vírus e nematóides). O termo 
raça fisiológica vem sendo utilizado para descrever os patógenos da mesma 
espécie, morfologicamente semelhantes e com mesma virulência. Patógenos 
de distintas raças fisiológicas apresentam diferentes níveis de virulência. As 
raças fisiológicas são identificadas ou diferenciadas pela reação que causam 
num grupo selecionado do hospedeiro cujos componentes são denominados 
variedades diferenciadoras (Bueno et al., 2001). Em geral existem apenas dois 
tipos de reação: resistência e susceptibilidade. É muito importante para o 
melhorista conhecer as raças fisiológicas das principais doenças na cultura que 
ele está trabalhando. O aparecimento ou introdução de novas raças de um 
patógeno pode “quebrar” a resistência de uma cultivar a determinada doença. 
O melhorista precisa então introduzir novos genes de resistência para essa 
nova raça fisiológica. 
FONTES DE RESISTÊNCIA 
 Podemos utilizar diferentes fontes de germoplasma como doadoras de genes 
de resistência. A melhor fonte são as variedades adaptadas com alto potencial 
produtivo ou variedades crioulas. Na falta de resistência no material comercial, 
o melhorista pode utilizar germoplasma selvagem obtido do centro de 
diversidade da espécie. Quando genes de resistência não são encontrados no 
germoplasma da espécie, podemos tentar obter essa resistência em espécies 
aparentadas, através de cruzamento interespecífico. No caso da resistência ser 
derivada de um ou pouco genes, ela pode ser introduzida em uma cultivar 
comercial através do método dos retrocruzamentos. No caso de cruzamento 
interespecífico, temos de fazer a introgressão do germoplasma exótico, através 
de sucessivos retrocruzamentos com a espécie na qual queremos introduzir a 
resistência. Temos um bom exemplo de busca de genes de resistência através 
do cruzamento interespecífico em café. Híbrido de Timor e Icatu são híbridos 
interespecíficos utilizados para a transferência de genes de resistência à 
ferrugem-do-cafeeiro, da espécie Coffea canephora para C.arabica. Híbrido de 
Timor é resultante de hibridação natural entre estas duas espécies, enquanto 
Icatu foi obtido por polinização artificial. A cultivar IAPAR 59 originou-se do 
cruzamento entre Coffea arabica, Villa Sarchi 971/10 e o Hibrido de Timor 
832/2 , realizado no CIFC - Centro de Investigação das Ferrugens do Cafeeiro, 
em Portugal. De qualquer forma, a conservação de variabilidade genética em 
bancos de germoplasma é muito importante para garantir que genes de 
resistência presentes em variedades selvagens, crioulas ou espécies 
aparentadas não sejam perdidos. Além da conservação, também é importante 
a caracterização das diferentes fontes de germoplasma para a resistência a 
diferentes doenças. Com o avanço das técnicas de biologia molecular e 
transgenia, já é possível a utilização de genes de resistência de espécies não 
aparentadas ou mesmo de animais e microorganismos. 
RESISTÊNCIA VERTICAL E HORIZONTAL 
 A resistência pode ser classificada de acordo com sua efetividade contra raças 
do patógeno. Segundo Vanderplank (1963), existem resistências que são 
efetivas contraalgumas raças do patógeno e resistências que são efetivas 
contra todas as raças. No primeiro caso, temos as resistências verticais, ao 
passo que no segundo caso temos as resistências horizontais. 
O controle genético: na maioria dos casos, a resistência vertical é do tipo 
monogênica enquanto a resistência horizontal é do tipo poligênica. 
Durabilidade: de forma geral a resistência vertical é de curta duração, pois os 
patógenos têm capacidade de quebrá-la, quando aparecem ou são 
introduzidas novas raças para as quais as cultivares não tem resistência. Já a 
resistência horizontal parece ser mais durável, pois ela se mantém mesmo com 
o aparecimento de novas raças do patógeno. Efeitos na epidemia: a resistência 
vertical, por ser efetiva apenas contra algumas raças do patógeno, age no 
sentido de reduzir a quantidade de inóculo inicial, fazendo com que o início da 
epidemia seja atrasado. Já a resistência horizontal, reduz a taxa de 
desenvolvimento da doença, sem afetar significativamente o inóculo inicial. A 
resistência horizontal está presente em maior ou menor grau em todas as 
espécies de hospedeiros. Os genes que determinam este tipo de resistência 
não são específicos, mas sim genes que normalmente existem em plantas 
sadias, regulando os processos fisiológicos normais. A resistência horizontal 
tende a ser perdida quando as culturas são melhoradas para resistência 
vertical, ou quando elas são melhoradas sobre proteção de agroquímicos. 
Consequentemente, a maioria das cultivares modernas tem uma resistência 
horizontal consideravelmente menor que as cultivares de 1900s. 
TEORIA GENE-A-GENE DE FLOR DE FLOR INTERAÇÃO PATÓGENO-
HOSPEDEIRO 
 H.H.Flor, estudando a ferrugem-do-linho nos Estados Unidos, foi o primeiro 
cientista a determinar uma interação entre planta e patógeno. Segundo a 
hipótese de Flor, para cada gene que condiciona uma reação de resistência no 
hospedeiro existe um gene complementar no patógeno que condiciona a 
avirulência. Essa interação ficou conhecida como teoria da interação gene a 
gene De acordo com o conhecimento atual da interação gene a gene, o alelo 
de avirulência (V) codifica uma molécula elicitora que é reconhecido por um 
receptor específico (codificado pelo alelo R) na planta hospedeira. O 
reconhecimento da molécula elicitora inicia uma rota de transdução de sinais 
que ativam genes envolvidos na resposta de hipersensibilidade. Por outro lado, 
se o patógeno não possuir o gene de avirulência, este não será reconhecido 
pelo hospedeiro, resultando em interação compatível (suscetibilidade). A 
resistência só ocorre quando o hospedeiro possui o gene de resistência (R) e o 
patógeno o gene de avirulência (V) correspondente. Qualquer outra situação 
resulta em susceptibilidade (Tabela ou Quadro 16.2). 
 
ESTRATÉGIAS PARA AUMENTO DE RESISTÊNCIA 
 As cultivares modernas de plantas autógamas apresentam grande 
vulnerabilidade por serem homogêneas, já que são constituídas de uma única 
linha pura. A grande variabilidade dos patógenos faz com que a resistência 
vertical contida nessas cultivares tenha uma vida útil curta. A seguir, vamos 
mostrar algumas estratégias tem sido propostas para tentar prolongar sua vida 
útil. 
Piramidação de genes 
 Nesta estratégia, vários genes de resistência vertical a um determinado 
patógeno serão incorporados no mesmo genótipo. Ela parte da premissa que é 
muito difícil o aparecimento de uma “super raça” do patógeno, contendo todos 
os genes de virulência necessários para quebrar esta combinação de genes de 
resistência. O processo de obtenção de variedades através da piramidação de 
genes geralmente é lenta. Os genes de resistência vertical são incorporados 
por retrocruzamento. O uso de piramidação de genes tem sido preconizado 
para controlar a ferrugem do feijoeiro. 
Rotação de genes 
 O princípio deste método é o mesmo da rotação de culturas. Neste caso, as 
variedades que serão utilizadas na rotação possuem genes de resistência a 
diferentes raças fisiológicas do patógeno. A principal função desta estratégia é 
diminuir a pressão de seleção sobre o patógeno. Um lado negativo desta 
estratégia é que os agricultores não gostam de trocar de variedade. 
Multilinhas 
 Multinhas são uma mistura de linhagens (ou linhas puras) isogênicas, isto é, 
que diferem entre si por possuírem diferentes genes de resistência vertical a 
determinado patógeno. As multilinhas têm sido utilizadas no controle de 
doenças de plantas autógamas tais como trigo e aveia. As multilinhas são 
obtidas através do método dos retrocruzamentos, sendo que cada linha recebe 
genes de resistência a uma ou algumas raças predominates do patógeno. Ação 
das multinhas: nas multilinhas as plantas resistentes à determinada raça se 
constituem em uma barreira para a dispersão de esporos das plantas 
suscetíveis. Apesar das plantas suscetíveis serem infectadas, há uma 
diminuição na concentração e dispersão dos esporos. Isto atrasa o ataque e 
faz com que os prejuízos com a doença sejam diminuídos. Apesar da 
resistência vertical, a ação das multilinhas se assemelha à da resistência 
horizontal. A grande vantagem do uso das multilinhas é sua estabilidade. 
USO DA BIOTECNOLOGIA 
 A biotecnologia pode ser utilizada para obtenção de variedades com maior 
resistência a doenças. Podemos utilizar a biotecnologia para entendermos 
melhor o processo de infecção, para introdução de transgenes e para auxiliar 
na seleção de materiais resistentes com o uso de marcadores moleculares. 
Entendimento do processo de infecção 
Através da utilização das técnicas de biologia molecular tem sido possível 
identificar e clonar os genes envolvidos no processo de infecção, tanto do 
patógeno como o de plantas. Com estas informações, será possível entender 
os genes envolvidos no processo de doença e no processo de defesa da 
planta. O conhecimento destes mecanismos são muito importantes para que os 
melhoristas possam desenvolver estratégias de melhoramento mais eficientes 
de controle de doenças em plantas. 
Uso de marcadores moleculares 
Uso de transgenia 
A transformação genética de plantas pode ser utilizada para a introdução de 
transgenes visando a obtenção de variedades resistentes. 
 
 
 
 
 
 
 
5 PLANTAS TRANSGÊNICAS 
 A transformação genética é a transferência (introdução) de um ou vários 
genes em um organismo sem que haja a fecundação ou o cruzamento. Os 
organismos transformados geneticamente recebem o nome de transgênicos e 
os genes inseridos são denominados de transgenes. Estes organismos 
também são chamados de organismos geneticamente modificados (OGMs). 
Portanto, vegetais transformados geneticamente são chamados de plantas 
transgênicas. 
 A principal vantagem para o melhorista no uso da tecnologia dos transgênicos 
é a possibilidade de transferência de características (genes) de plantas não 
relacionadas (ou seja, sexualmente incompatíveis) ou mesmo de animais e 
microorganismos. No melhoramento convencional, a troca de genes está 
limitada somente a espécies que são sexualmente compatíveis. 
 Neste capítulo vamos estudar as técnicas utilizadas para a produção de uma 
planta transgênica, apresentar alguns exemplos de plantas transgênicas e 
discutir os benefícios e riscos da utilização dessa tecnologia. 
COMO FAZER UMA PLANTA TRANSGÊNICA 
 Os passos necessários para a obtenção de uma planta transgênica 
podem ser resumidos em: 
(a) isolamento e clonagem de um gene útil; 
 (b) transferência desse gene para dentro da célula vegetal; 
(c) integração desse gene ao genoma da planta; 
(d) regeneração de plantas a partir da célula transformada; 
(e) expressão do gene introduzido nas plantas regeneradas; 
(f) transmissão do gene introduzido de geração em geração. 
 A transformação genética em vegetaissó foi possível a partir do 
desenvolvimento das técnicas de cultura de tecido vegetais. Essas técnicas 
possibilitam a obtenção (regeneração) de uma planta a partir de uma única 
célula vegetal. Por meio das diferentes técnicas que serão apresentadas neste 
capítulo, é possível introduzir uma seqüência de DNA (gene) em uma célula e 
então regenerar uma planta transgênica a partir dessa célula transformada. 
Os métodos de transformação de plantas podem ser divididos em: indiretos 
(através do uso da Agrobacterium tumefaciens) e diretos (bombardeamento). 
 
 
A. Uso de Agrobacterium tumefaciens como vetor 
 A transferência de DNA por meio da Agrobacterium tumefaciens é o 
método mais usado na obtenção de plantas transgênicas de plantas 
dicotiledôneas. A Agrobacterium tumefaciens é uma bactéria gran-negativa 
que possui um plasmídeo (DNA extracromossomal) chamado de plasmídeo Ti 
(indutor de tumor) que possui a habilidade de transferir uma parte de seu DNA 
para a célula vegetal que está infectando. Esse DNA é chamado de T-DNA, e 
contém genes envolvidos na produção de reguladores de crescimento vegetais 
e opinas. Em condições naturais, quando o T-DNA é transferido para a célula 
vegetal essa produzirá substâncias que servirão de alimento (opinas) para o 
patógeno e levarão a célula vegetal a se multiplicar, formando tumores ou 
calos. Por meio da manipulação genética do plasmídeo Ti, foi possível a 
substituição das seqüências nativas na região de transferência do plasmídeo 
(T-DNA) por genes de interesse. Assim, quando o Agrobacterium contendo um 
plasmídeo Ti manipulado infecta uma célula vegetal, ele transferirá o gene de 
interesse para dentro da célula transformada. 
A infecção com Agrobacterium geralmente é feita em tecidos vegetais tais 
como folhas. Em geral, coloca-se o Agrobacterium em co-cultivo com o tecido a 
ser transformado por 24-48 horas, sendo em seguida transferido para meio 
com antibióticos com a finalidade de matar a bactéria e selecionar as células 
transformadas, que serão então regeneradas. 
O número de espécies transformadas por Agrobacterium é muito grande, entre 
as quais estão incluídas as seguintes: tomate ( ), soja ( ) e algodão ( ). Uma 
limitação na utilização de Agrobacterium é que essa bactéria não consegue 
infectar de forma eficiente a maioria das monocotiledôneas. Pôr isso foram 
desenvolvidos métodos alternativos de transformação de plantas. 
B. Bombardeamento 
 A transformação por meio do bombardeamento de microprojéteis é um 
método mecânico de introdução de DNA que pode ser usado na maioria das 
espécies ou genótipos. Ela pode ser usada em espécies que não são 
infectadas de forma eficiente pelo Agrobacterium, tais como os cereais. 
Esse método de transformação é constituído de um acelerador (também 
chamado de canhão) que impeli microprojéteis metálicos (partículas) 
carregando DNA para dentro de células, tecidos ou orgãos vegetais intactos, 
que são posteriormente regenerados. Existem vários modelos de aceleradores, 
mas os mais utilizados atualmente utilizam o gás hélio comprimido para gerar a 
força necessária para a aceleração de partículas. Entre os protótipos mais 
utilizados temos o “Biolistic ™ PDS 1000/He” da empresa BioRad que utiliza 
altas pressões de hélio. As partículas metálicas mais utilizadas no 
bombardeamento são as de tungstênio e ouro. As partículas são 
preparadas com a precipitação do DNA. O método mais utilizado para 
precipitação de DNA utiliza CaCl2 e espermidina associado com partículas de 
tungstênio. A transformação por bombardeamento ocorre sob vácuo, para 
aumentar a eficiência de penetração das partículas. 
É necessária a calibração das condições de bombardeamento para cada 
espécie e material celular utilizado. Devem ser testadas várias alturas de 
disparo, um ou mais tiros, adição de osmóticos no meio, etc. Um 
bombardeamento muito forte pode levar à morte das células, enquanto um 
muito fraco leva a uma baixa ou nula transformação. Por esse método 
foram transformadas várias espécies tais como soja ( ) e milho ( ). O 
bombardeamento de partículas também tem sido utilizado para a 
transformação de cloroplastos ( ) e mitocondrias ( ). 
C. Marcadores de Seleção 
 Marcadores de seleção são necessários para aumentar a produção de 
células e plantas transgênicas. Um marcador de seleção permite o crescimento 
preferencial das células transformadas na presença do agente seletivo, 
evitando o crescimento das células não transformadas. Genes que conferem 
resistência a antibióticos ou herbicidas podem ser usados como marcadores de 
seleção. 
O agente de seleção mais usado na transformação vegetal é o gene NPT II (de 
neomicina fosfotransferase, tipo II), que confere resistência a antibióticos como 
canamicina e geneticina. Os meios de seleção são acrescidos de doses entre 
15 e 100 mg/l de canamicina, que são tóxicas para células vegetais não 
transformadas. 
Genes de resistência a herbicidas também tem sido usados com freqüência 
como marcadores de seleção. Entre os mais usados, temos o gene BAR que 
confere resistência ao herbicida Basta ® (princípio ativo fosfonotricina ou PPT). 
Para cada protocolo de transformação, é necessário determinar a dose do 
agente seletivo adequada para a espécie e tipo celular usados. Uma dosagem 
muito alta pode provocar a morte de todas as células e uma subdosagem pode 
levar ao aparecimento de escapes (plantas não transformadas). 
III. EXEMPLOS DA APLICAÇÃO DA TRANSGENIA 
 As características modificadas através da transformação genética 
podem ser divididas em: característica do tipo input e características do tipo 
output. 
 Características do tipo input são aquelas relacionadas com o processo 
produtivo. Esse tipo de característica visa principalmente a redução do custo de 
produção e abrangem por exemplo plantas transgênicas com resistência a 
herbicida, doenças e insetos. A maioria das plantas transgênicas já liberadas 
para plantio comercial contém transgenes para características do tipo input. 
Características do tipo output são aquelas relacionadas com o consumidor, 
visando principalmente agregar valor ao produto final, através da melhoria 
nutricional ou melhor conservação pós-colheita. 
A. Resistência a herbicidas 
 Entre as características que tem causado maior impacto está a 
resistência aos herbicidas. A competição com plantas daninhas é um dos 
principais fatores que afetam a produtividade das culturas. Plantas 
transgênicas com resistência a herbicidas facilitam e tornam mais barato o 
controle de plantas daninhas. 
 A soja Round up Ready® da empresa Monsanto possui resistência ao 
herbicida glifosato (Round up™). Esta resistência foi obtida pela introdução do 
gene EPSPS clonado da bactéria Agrobacterium tumefaciens estirpe CP4. A 
EMBRAPA possui um acordo comercial com a Monsanto e já lançou várias 
cultivares de soja resistentes ao herbicida glifosato. Nesse caso, a 
transferência do transgene foi feita através do método dos retrocruzamentos, 
utilizando a soja RR como pai doador e as cultivares da EMBRAPA como pai 
recorrente. 
O milho Liberty link da empresa Aventis possui resistência ao herbicida 
glufosinato (Basta®). Esta resistência foi obtida através da introdução do gene 
PAT, que foi clonado da bactéria Streptomyces hygroscopicus. 
B. Resistência a insetos 
 O uso de inseticidas é a forma mais comum de controle de pragas nas 
plantas cultivadas. A utilização de plantas transgênicas com resistência a 
insetos pode reduzir a necessidade de aplicação desses agrotóxicos, com 
conseqüente redução dos custos de produção. 
O genes cry (ou genes BT), que codificam a toxina da bactériaBacillus 
thrurigienses, tem sido utilizados na obtenção de plantas transgênicas 
resistentes a insetos. Variedades transgênicas de algodão (Bollguard®) e milho 
(Yieldguard®) resistentes a insetos da ordem Lepdoptera foram obtidos pela 
introdução do gene Bt-Cry1A(b). 
Grandes áreas variedades de algodão e milho Bt estão sendo plantadas nos 
Estados Unidos e outros países. 
C. Resistência a doenças 
 O controle genético de doenças através do uso de variedades 
resistentes é o método de controle preferido por ser mais barato e de fácil 
utilização ( ). A transgenia pode ser uma alternativa para a obtenção de 
cultivares resistentes a doenças quando fontes de resistência não forem 
encontradas no germoplasma da espécie. 
A maior contribuição da transgenia na geração de plantas resistentes a 
doenças até o momento vem do desenvolvimento de estratégias contra 
doenças virais. Essa resistência tem sido obtida principalmente através da 
introdução de seqüências genômicas dos próprios patógenos, estratégia que é 
denominada de resistência derivada do patógeno. 
Entre as primeiras plantas transgênicas resistente a viroses liberadas para 
plantio comercial está o mamoeiro resistente ao vírus da mancha anelar 
(PRSV) no Havaí. Esse mamoeiro transgênico foi liberado em 1998, sendo que 
a resistência foi obtida através da introdução de partes do gene que codifica a 
capa protéica do vírus PRSV. No Brasil, a EMBRAPA está testando mamoeiros 
transgênicos contra o vírus da mancha anelar em Cruz das Almas (Bahia). 
Nos Estados Unidos, além do mamoeiro, várias outras plantas já foram 
aprovadas para comercialização, como abóboras resistentes aos vírus WMV 
(watermelon mosaic vírus), ZYMV (zucchini yellow mosaic vírus) e CMV 
(cucumber mosaic vírus) e batatas resistentes aos vírus PLRV (potato leafroll 
vírus) e PVY (potato vírus Y). 
D. Alteração do amadurecimento 
 Diferentes estratégias podem ser usadas na obtenção de plantas 
transgênicas com maturação alterada. O processo de maturação pode ser 
alterado desligando genes responsáveis pela síntese do etileno, bloqueando a 
ação do etileno e desligando genes expressos durante a maturação. 
 A primeira planta transgênica liberada para o plantio comercial foi o tomate 
Flavr Sarv™ da empresa Calgene, em 1994. Esse tomate possuía um gene 
antisenso para a enzima poligaracturonase (degrada a pectina da parede 
durante o amadurecimento), possuindo uma vida de prateleira mais longa que 
um tomate convencional. 
A estratégia antisenso é utilizada quando se quer diminuir ou bloquear a ação 
de um gene. Nesse caso, a planta é transformada com um fragmento de DNA 
do gene alvo em orientação oposta à orientação normal. A transcrição do 
transgene gera um RNA (RNA antisenso) que é complementar ao RNAm do 
gene que se quer alterar. O RNA antisenso se liga ao RNAm do gene alvo, 
bloqueando sua tradução e a formação da proteína correspondente. FIGURA 
E. Qualidade nutricional 
 Um dos grandes objetivos do melhoramento de plantas é a obtenção de 
variedades com maior qualidade nutricional. Vários grupos de pesquisa estão 
desenvolvendo projetos visando a obtenção de variedades com maior valor 
nutritivo através da transgenia. 
Milhões de pessoas nos países subdesenvolvidos sofrem de deficiência em 
vitamina A, que pode levar a problemas de visão principalmente em crianças. O 
arroz é a principal fonte de alimento no mundo, mas uma fonte muito pobre em 
vitamina A e seus precursores. Pela inserção de dois transgenes da planta 
Narcisso e um transgene da bactéria Erwinia foi possível obter arroz 
transgênico com capacidade de produzir cerca de 20 vezes mais beta caroteno 
(precursor da vitamina A) que o arroz convencional. Esse arroz foi chamado de 
arroz dourado (golden rice). 
IV. CONSIDERAÇÕES SOBRE BENEFÍCIOS E RISCOS DO USO DE 
PLANTAS TRANSGÊNICAS 
 A produção e utilização de plantas transgênicas tem provocado um 
grande debate tanto na comunidade científica como na mídia. Geralmente 
pessoas com diferentes pontos de vista apresentam os benefícios e riscos do 
uso dessa tecnologia para o melhoramento, produtores, meio ambiente e 
consumidores. 
 A. Pontos positivos 
Para o melhorista, a principal vantagem da utilização de transgênicos parece 
ser a possibilidade da utilização de genes que não poderiam ser obtidos pela 
hibridação. Outra vantagem é a possibilidade de introdução de um gene 
específico sem a necessidade de cruzamentos e retrocruzamentos. Com isto 
existe a possibilidade de diminuição no número de gerações e, 
consequentemente, do tempo necessário para o desenvolvimento de um novo 
cultivar. Este impacto deve ser mais evidente em espécies perenes que 
geralmente tem ciclo de vida longo. 
O produtor pode ser beneficiado com o uso de plantas transgênicas 
principalmente pela diminuição do custo de produção e do uso de agrotóxicos. 
Plantas transformadas com resistência a insetos- pragas e doenças necessitam 
de menos aplicações de defensivos. 
 Para o meio ambiente, o uso de plantas transgênicas pode levar a um menor 
uso de defensivos, diminuindo a poluição ambiental. 
O consumidor ainda não tem se beneficiado de forma expressiva da transgenia 
pois a grande maioria das plantas transgênicas liberadas são do tipo input. 
Entretanto, futuramente pode haver melhoria da qualidade dos alimentos e 
menor uso de defensivos químicos. 
B. Pontos negativos 
 A transgenia não aumenta a produtividade de modo direto, pois as 
técnicas de transformação genéticas só tem a capacidade de introduzir um ou 
pouco genes. A produtividade é um caráter quantitativo, governado por muitos 
genes. 
 A integração do transgene no genoma da planta é ao acaso e pode levar a 
alteração na expressão de outros genes da planta. 
 O uso da transgenia é limitado pela capacidade de regeneração das espécies. 
Espécies que tem não tem capacidade de serem regeneradas por cultura de 
tecidos não podem ser transformadas. 
Para a utilização de variedades transgênicas os agricultores tem que pagar 
“royalties” para as empresas detentoras das patentes, o que pode acarretar na 
elevação do custo das sementes e a necessidade de compra de sementes a 
cada safra. Além disso, existe uma concentração da transgenia em poucas 
Empresas Multinacionais. 
 Em certos locais existem plantas daninhas que podem cruzar naturalmente 
com plantas cultivadas. Neste caso, deve ser considerado a possibilidade de 
fluxo gênico entre plantas transgênicas resistentes a herbicidas e essas plantas 
daninhas. 
O uso de genes para resistência a insetos-pragas, principalmente em plantas 
perenes, pode levar ao aparecimento muito rápido de indivíduos resistentes. 
Por isso, o uso de plantas transgênicas com resistência a pragas deve ser 
utilizada dentro das estratégias do manejo integrado de pragas. 
 A introdução de novos genes (proteínas) pode levar ao aparecimento de 
alergias em pessoas suscetíveis. Por isso existe uma grande discussão da 
necessidade ou não de identificar nos rótulos os produtos que contenham 
plantas geneticamente modificadas. 
V. CONCLUSÕES 
 A produção de plantas transgênicas, apesar de trazer uma série de 
vantagens para o melhorista, não diminui a importância do melhoramento 
convencional. Na verdade, as técnicas de engenharia genética vieram apenas 
auxiliar o melhorista a fazer um trabalho mais eficiente. 
 
 
REFERÊNCIAS 
BESPALHOK F., J.C.; GUERRA, E.P.; OLIVEIRA, R. Endogamia e Heterose. 
In: BESPALHOK F., J.C.; GUERRA, E.P.; OLIVEIRA, R. Melhoramento de 
Plantas. Disponível em www.bespa.agrarias.ufpr.br., p.