AULA CULTURA DE TECIDOS

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO
DEPARTAMENTO DE AGRONOMIA
CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Dra. Jacqueline Pereira – PNPD
Dra. Jacqueline Pereira – PNPD
CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Definição: conjunto de metodologias que permitem o crescimento
e a multiplicação de células, tecidos, órgãos ou partes de órgãos de
uma planta (explante) sobre um meio nutritivo em condições
assépticas.
Esta técnica baseia-se, principalmente:
• Totipotência
• Meio nutritivo
• Reguladores de crescimento
CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Década de 1950 - primeiros trabalhos de cultura de tecidos
realizados no Brasil
Instituto Biológico de São Paulo
Universidade de São Paulo (USP)
Entre 1975 e 1980 - novos laboratórios foram criados
Universidade de Campinas (Unicamp)
Instituto Agronômico de Campinas (IAC)
Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa)
CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Atualmente - o País conta com vários laboratórios distribuídos
em universidades, institutos de pesquisa e em empresas privadas.
ETAPAS DA CULTURA DE TECIDOS 
Cultivo in vitro
ETAPAS
1) Seleção e obtenção do explante
ETAPAS DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Gemas Raízes Folhas
Células 
isoladas
Protoplastos Semente
Embriões 
zigóticos
Antera
A escolha do explante dependerá:
• Objetivos desejados
• Disponibilidade e capacidade de resposta do material vegetal
Cultivo in vitro
ETAPAS
1) Seleção e obtenção do explante
Os explantes são uma mistura de células em variados estados
fisiológicos, bioquímicos e de desenvolvimento
ETAPAS DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Explante
Expostas ao cultivo in vitro
Respostas variadas
Capacidade de responder ao estímulo in vitro - COMPETÊNCIA
Cultivo in vitro
ETAPAS
1) Seleção e obtenção do explante
ETAPAS DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Cultivo in vitro
ETAPAS
1) Desinfestação do explante
ETAPAS DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Esterilização do explante
Solução de hipoclorito de cálcio 2%
Solução de hipoclorito de sódio 0,5-1% 
(5 – 20 minutos)
Lavados com água destilada autoclavada
A concentração e o tempo variam com o tipo e idade do tecido
Cultivo in vitro
ETAPAS
1) Preparo do meio de cultivo
ETAPAS DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Sais minerais (macro e micronutrientes)
Vitaminas
Reguladores do crescimento
Cultivo e subcultivos
Cultivo in vitro
ETAPAS
ETAPAS DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Assepsia Recipiente
Luminosidade Temperatura
1) Condições de cultivo adequadas
Cultivo in vitro
ETAPAS
2) Regeneração
ETAPAS DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Órgãos ou 
brotos
Organogênese 
Células somáticas 
para formação do 
embrião
Embriogênese
somática 
Tecidos 
meristemáticos
Micropropagação
Via direta ou indireta
ETAPAS DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Via direta Via indireta
Formação e proliferação 
de calos
Calos: grupo ou massa de células,
com crescimento desordenado que
pode apresentar certo grau de
diferenciação
Cultivo in vitro
ETAPAS
2) Regeneração
ETAPAS DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Organogênese
Cultivo in vitro
ETAPAS
2) Regeneração
ETAPAS DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Embriogênese
somática 
Cultivo in vitro
ETAPAS
2) Regeneração
É necessário um período para desdiferenciar e obter
competência para a via embriogênica para iniciar a cultura
celular
Organogênese
Embriogênese
somática 
ETAPAS DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Cultivo in vitro
ETAPAS
2) Regeneração
Vias direta e indireta – requer a fase de aclimatação após a
produção da plântula
Aclimatação – exposição das plântulas ao ambiente externo
• Umidade relativa mais baixa
• Variações nas condições de temperatura
e luminosidade
• Crescimento sustentável da plântula
Cultivo in vitro
ETAPAS
2. 1.) Aclimatação
ETAPAS DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Organogênese
Embriogênese
somática 
Cultivo in vitro
ETAPAS
2) Regeneração
ETAPAS DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Micropropagação
Explante: Tecido meristemático
Vantagens:
• Não tem a fase de calo
• Economia de tempo
• Elimina a variação somaclonal (variação genética - associada a
longos períodos de cultura de calos)
Cultivo in vitro
ETAPAS
3) Transplante para condições de campo
ETAPAS DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
APLICAÇÕES DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
• Produção em grande escala, pequeno espaço, durante o ano todo
• Propagação de espécies de difícil propagação por sementes
• Produção clonal de plantas, alta qualidade fitossanitária
• Conservação de germoplasma
• Recuperação de plantas livres de doenças através de cultura de
meristema
• Manipulação genética
• Estudos de desenvolvimento
APLICAÇÕES DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Dentre todas as aplicações da cultura de tecidos de plantas, as de
maior impacto foram:
• Melhoramento genético de plantas
• Recuperação de genótipos livres de vírus e outros agentes
fitopatogênicos
APLICAÇÕES DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
MICROPROPAGAÇÃO COMERCIAL DE PLANTAS
Micropropagação comercial de plantas
O método baseia-se na produção de plantas:
• Uniformes e sadias
• Velocidade muito maior do que os métodos convencionais
• Capacidade da manutenção de quantidades consideráveis de
plantas/ m2
• Laboratórios que se dedicam à multiplicação in vitro, em
larga escala, de plantas de importância econômica são
denominados biofábricas
APLICAÇÕES DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
CETENE - Centro de Tecnologias Estratégicas do Nordeste
(criado em 2005)
A Biofábrica Governador Miguel Arraes
Missão: desenvolver e produzir vegetais em larga escala com
interesse econômico e estratégico para a conservação da
biodiversidade da região NE e aumento da produtividade de
produtores rurais
CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
• A principal cultura vegetal: Cana-de-açúcar
• Disponibilidade para produção:
 10 variedades de cana-de-açúcar
 frutíferas (banana)
 oleaginosas
 florestais
• Capacidade de produção: ~ 1.000.000mudas/ano
BIOFÁBRICAS
FUSÃO DE PROTOPLASTOS
Isolamento e fusão de protoplastos
O que é protoplasto?
Célula vegetal individualizada,
desprovida das paredes celulares.
APLICAÇÕES DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Ação de enzimas pectocelulolíticas-
digerem os componentes das
paredes celulares
Isolamento e fusão de protoplastos
APLICAÇÕES DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Fusão de protoplastos:
• Choques de corrente
elétrica
• Eletrofusão, quer seja
mediado por um
agente químico, PEG
Protoplastos
Nessa condição, as células podem ser manipuladas de várias
formas, com aplicações em diversas áreas da pesquisa em
vegetais
Melhoramento de plantas 
Seleção torna-se mais simples, pela facilidade de 
impor uma pressão seletiva mais homogênea
Selecionar em meio de cultura, linhagens de 
células tolerantes a herbicidas, patógenos ou 
outros estresses
APLICAÇÕES DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
APLICAÇÕES DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Melhoramento de plantas 
Fusão de protoplastos interespecíficos
Essa técnica supera as barreiras 
pré e pós-zigóticas
Fusão de protoplastos
Pré-zigótico – antes da fecundação
Pós-zigótico – após a fecundação
PRÉ-ZIGÓTICAS PÓS-ZIGÓTICAS
Isolamento ecológico ou Habitat Inviabilidade do híbrido
Isolamento sazonal ou temporal Esterelidade do híbrido
Isolamento sexual Degeneração do híbrido
Isolamento mecânico
Isolamento gamético
APLICAÇÕES DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Fusão de protoplastos
RESGATE DE EMBRIÕES RAROS 
Domesticação
Perda de genes que conferiam tolerância
e resistência a estresses 
bióticos e abióticos
Difícil dentro da espécie
Espécies selvagens ou silvestres
Espécies interespecífica
APLICAÇÕES DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Resgate de Embriões Raros
Problema para os melhoristas
Fonte de resistência?
APLICAÇÕES DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Resgate de Embriões Raros
• A técnica de resgate de embriões em meio de cultura permite
que estes se desenvolvam normalmente
• Possibilita a obtenção de híbridos interespecíficos,
intraespecíficos, intergenéricos
• Facilitando a busca do melhorista por genes de interesse
APLICAÇÕES DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Resgate de Embriões Raros
Meio artificial utilizado substitui o endosperma
Função: nutrir o embrião, é necessário que todas as exigências
nutricionais sejam bem conhecidas.
Composição e concentração do meio: Depende do estádio de
desenvolvimento do embrião
Embriões muito jovens - suplementação do meio com
reguladores de crescimento, antioxidantes, vitaminas, além de
outras substâncias necessárias ao desenvolvimento
APLICAÇÕES DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Resgate de Embriões Raros
APLICAÇÕES DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Resgate de Embriões Raros
• O óvulo fecundado é, então, cultivado artificialmente dando
origem ao embrião
• De modo geral, o que se observa com mais frequência é o cultivo
do óvulo fecundado em associação ao ovário ou parte dele
• O tecido do ovário é responsável pela produção e fornecimento
em quantidade adequada de várias substâncias essenciais para o
desenvolvimento do embrião
Cultivo de embriões Fertilização artificial
PRODUÇÃO DE DUPLO-HAPLOIDES
Programa de Melhoramento
Atingir a homozigose
Longo período – sete a nove gerações
APLICAÇÕES DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Duplo-haploides
Como acelerar esse processo?
Como acelerar esse processo?
Produção de plantas haploides 
seguidas da duplicação dos cromossomos
Processo denominado Haplodiploidização
APLICAÇÕES DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Duplo-haploides
Haplodiploidização
Permite ganho de tempo fantástico para o melhoramento,
facilitando enormemente a obtenção de novas cultivares
APLICAÇÕES DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Duplo-haploides
• Células gametofíticas 
• São estimuladas para formação de um embrião 
• Indução da regeneração da planta 
• Plantas regeneradas requerem duplicação cromossômica
Forma natural ou por indução com colchicina (anti-mitótico)
MELHORAMENTO TRADICIONAL MELHORAMENTO POR 
HAPLODIPLOIDIZAÇÃO 
Ge 
Ga 
Ge 
1 
 
 Linhagem 1 x Linhagem 2 
 
metas AB Ab aB ab 
nótipos da F2 AABB AaBB aaBB 
 AABb AaBb aaBb 
 Aabb Aabb aabb 
 
F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 
Gerações 
 Linhagem 1 x Linhagem 2 
G
eração F1 
Duplicação espontânea 
ou induzida por colchicina 
 
 AABB AAbb aaBB aabb 
Plantas duplo-haploides com 
100% de homozigose 
 A B 
 
Figura - Comparação entre processos de produção de linhagens homozigotas.
A - Autofecundações; B - Haplodiploidização de micrósporos.
Piramidização
de genes de 
resistência
APLICAÇÕES DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
PRODUÇÃO DE SEMENTES SINTÉTICAS
Embriões zigóticos – fertilização dos gametas
Embriões somáticos - células somáticas 
• Ausência da recombinação genética
proporcionada pela união dos gametas
• Ausência do endosperma.
Produção de sementes sintéticas
APLICAÇÕES DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Sementes sintéticas 
• Embriogênese somática direta ou indireta
• No processo de fabricação de sementes
sintéticas, os embriões somáticos são
encapsulados em hidrogel
Produção de sementes sintéticas
APLICAÇÕES DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
Produção de sementes sintéticas
APLICAÇÕES DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
CONSERVAÇÃO E INTERCÂMBIO DE 
GERMOPLASMA
As técnicas de cultura de tecidos de plantas in vitro podem
contribuir em todas as etapas do processo de conservação de
germoplasma
• Coleta
• Indexação para doenças
• Quarentena
• Multiplicação
• Caracterização
Conservação e intercâmbio de germoplasma
• Avaliação
• Armazenamento
• Distribuição
APLICAÇÕES DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
TRANSGENIA
Transgenia
APLICAÇÕES DA CULTURA DE TECIDOS VEGETAIS
A cultura de tecidos é uma ferramenta que oferece soluções
originais para os programas de melhoramento vegetal, soluções
estas podm resultar na otimização do tempo e na qualidade das
cultivares a serem lançadas por esse programa
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Jacqueline Wanessa de Lima Pereira
jacquelinewlp@gmail.com