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Melhoramento Vegetal Origem e evolução das plantas cultivadas: Centro de Origem e Diversidade Teoria Sintética/Moderna da Evolução (Neodarwinismo) Seleção natural: permanecem no ambiente os indivíduos mais adaptados, de forma a Junção das ideias de Darwin (seleção natural) com os conhecimentos da genética, que considera três fatores evolutivos (alteração de frequência alélica) principais: O primeiro fator que gera/cria variabilidade genética é a mutação, que gera novos alelos. É a fonte original, e tida como um fenômeno raro, ocorrendo de 1:1000000 de gametas e, nem toda mutação é útil. Evolução: para a genética e melhoramento, a evolução corresponde a qualquer alteração na frequência alélica da população visando torna-la mais adaptada. Após esse processo, é necessário que a população seja encaminha a um processo de ganho além do da vantagem adaptativa. A adaptação possui mais caminhos a serem seguidos para ser plena. Agora, são necessários os fatores que ampliam a variabilidade: Recombinação genética ou mistura de alelos, pela segregação independente de cromossomos homólogos e pelo crossing over, ou pela distribuição aleatória de cromossomos na meiose e a permuta gênica; Hibridização interespecífica com a união de espécies relacionadas, como a Fragaria virginiana x F. chiloensis; Alteração na estrutura e número de cromossomos ou poliploidia (duplicação e alterações numéricas), sendo alguns estéreis (triploides) e se reproduzem assexuadamente. Ex.: Café arábica Coffea canephora x C. eugenioides duplicação do número de cromossomos Coffea arabica (2n = 22) (2n = 22) (2n = 44) tetraploide Migração Seleção natural, tendo como alvo a variabilidade existente entre indivíduos de uma mesma espécie, e que orienta as populações para uma maior adaptação. Aqui, as características mais favoráveis que são hereditárias tornam-se mais comuns em gerações sucessivas de uma população. A ideia principal é a seguinte: as espécies se modificam porque elas sofrem mutações, que podem ser boas ou ruins, dependendo do ambiente que elas vivem. Muitas gerações não são equilibradas e não passam pelo crivo de seleção natural. Erosão Genética É a perda da variabilidade genética. Se tem uma redução de espécies da que se é plantada, ou da variedade de determinada espécie. Redução da biodiversidade. Ela ocorre quando um gene se perde com a eliminação de determinada espécie ou variedade; Uma das formas de erosão ocorre pela seleção artificial de espécies cultivadas pelo homem na atividade agrícola, escolhendo as cultivares que atendem melhor às suas necessidades, e cultivando-as em grande escala, uniformemente e padronizada. Outra forma é o extensivo plantio de cultivares melhoradas que possuem base genética estreita (muito parecidas entre si), que gera a vulnerabilidade genética. A expansão das fronteiras agrícolas também contribuiu para o desaparecimento dos parentes silvestres das espécies cultivadas. A diversidade é essencial para o melhoramento, por conta das características genéticas existentes que podem ser úteis ao homem. Quanto maior o leque de opções, isto é, quanto maior a diversidade, maiores são as chances de se encontrar caráteres que possam solucionar problemas de cultivo através do melhoramento. Fonte de recursos genéticos para o melhoramento Busca da variabilidade em centros de origem e diversidade da espécie A primeira pessoa a realizar coletas de diferentes espécies, e a descrever em registro diversas espécies cultivadas e seus parentes silvestres, fora Nicolai Ivanovich Vavilov. Vavilov identificou algumas regiões no mundo que eram isoladas naturalmente, observando grande diversidade de determinadas espécies, denominando-as centros de origem de plantas cultivadas (localização geográfica em que as espécies se originaram). São oito no total, assim divididos: Chinês – mais antigo e mais rico (soja, bambu, rabanete, espécies de Brassica e Allium), e é também um centro secundário (tipos que migraram do centro primário) do feijão e do citrus; Indiano e Indo-Malaio – arroz, sorgo, berinjela, pepino, manga, coco, algodão, cana-de-açúcar; Asiático Central – trigo, cebola, cenoura, uva, melão; Oriente Próximo – beterraba, alface, aveia, centeio; Mediterrâneo – lentilha, beterraba, nabo. cebola; Abissínio ou Etíope – fava, mamona, café, cevada; Mexicano do Sul e Centro-Americano – milho, feijão, fava, e algumas Curcubitas; Sul-Americano, Chiloé, Brasil e Paraguai – Batata, feijão, algodão, fumo, caju, maracujá, cacau, chá-mate. Alguns autores acham mais apropriado o tempo Centro de Diversidade, sendo o local com maior variabilidade genética da espécie. Quase sempre há consonância entre o centro de origem e o de diversidade. Nesses centros, são encontrados então cultivares primitivos, híbridos naturais entre cultivares primitivos, parentes selvagens e gêneros relacionados. Pode ser visto que algumas espécies se adaptaram melhor longe do seus centros de diversidade. Importância: Ecológica: forma de preservação, proteção e conservação das áreas; Melhoramento: fonte de alelos e de variabilidade. Crescente fértil Origem das civilizações mais antigas. É possível que o início do cultivo de espécies vegetais tenha sido nesse local. A região possuía clima favorável para espécies anuais e de sementes grandes (inverno úmido e frio, e verão quente e seco). Verão – sobrevivência através da dormência. Inverno – proporciona a germinação e desenvolvimento. Conservação das espécies São dois os métodos básicos de conservação das espécies: In situ Conservação feita em reservas genéticas, extrativistas e de desenvolvimento sustentável. É feita no local de origem e diverside. Ela é definida como sendo a conservação dos ecossistemas e dos habitats naturais e a manutenção e a reconstituição de populações viáveis de espécies nos seus ambientes naturais e, no caso de espécies domesticadas e cultivadas, nos ambientes onde desenvolveram seus caracteres distintos. Ex situ A manutenção de recursos genéticos é feita em câmaras de conservação de sementes (-20º C), cultura de tecidos (conservação in vitro), criogenia - para o caso de sementes recalcitrantes, em estruturas denominadas de bancos de germoplasma. Envolve a manutenção, fora do habitat natural, de uma representatividade da biodiversidade, de importância científica ou econômico-social, inclusive para o desenvolvimento de programas de pesquisa, particularmente aqueles relacionados ao melhoramento genético. Tem como objetivos: preservar genes por séculos; permitir que em apenas um local seja reunido material genético de muitas procedências, facilitando o trabalho do melhoramento genético; garantir melhor proteção à diversidade intraespecífica, especialmente de espécies de ampla distribuição geográfica. Este método implica, entretanto, na paralisação dos processos evolutivos, além de depender de ações permanentes do homem, visto concentrar grandes quantidades de material genético em um mesmo local, o que torna a coleção bastante vulnerável. Germoplasma é todo material hereditário de uma espécie ou, ainda todo o patrimônio genético de uma espécie. É o conjunto de genótipos de uma dada espécie. O banco reúne uma coleção viva de todo esse patrimônio genético. É o local no qual se armazena o material genético de uma dada espécie. É o banco de alelos que podem ser utilizados como fonte de variabilidade em programas de melhoramento. Se encontram nele: Espécies silvestres do mesmo gênero da cultivada; Variedades nativas ou crioulas; Linhas puras e variedades de polinização aberta oriundas de áreas onde o nível tecnológico se manteve constante nos últimos 50 anos; Cultivares obsoletos; Cultivares em uso desenvolvidos por melhoramento genético e utilizados em áreas de agricultura intensiva; Outros produtos do programa de melhoramento. Os bancos de germoplasma devem possuir duascoleções: Coleção base: função de conservação de germoplasma no longo prazo. Agrupa a variabilidade possível das espécies alvo; Coleção ativa: conservação a médio e curto prazo. Utilizado para avaliação, documentação e intercâmbio de germoplasma pelos melhoristas. Atividades realizadas em um banco de germoplasma Prospecção e coleta Uma das formas de se adquirir material genético. A prospecção consiste no estudo prévia do local de coleta, visando garantir sucesso da expedição de coleta. É feita uma visita no centro de origem (local de maior variabilidade) das espécies, e enfim a coleta dos materiais para estudo (germoplasma). ?Introdução, intercâmbio e quarentena; Introdução das espécies no banco de germoplasma (método de melhoramento); O germoplasma é utilizado como cultivar após serem realizados testes de avaliação, e seleção, desde que haja variabilidade, ou utilizá-lo em cruzamentos; Intercâmbio é a troca de material genético entre instituições e melhoristas, sendo uma forma mais viável de se adquirir germoplasma do que se deslocar até um centro de diversidade; É a maneira mais eficiente de se ampliar a variabilidade. Quarentena é um processo obrigatório qual todo germoplasma deve passar antes de ser introduzido no país, por precaução de entrada de patógenos e qualquer organismo que possa comprometer as espécies aqui presentes. Ela é feita em estações quarentenárias, como IAC, ou CERNAGEM. Caracterização É o fichamento das características da espécie coletada. Essa etapa é uma das maiores limitações para o uso do material genético quando esta está em falta. Sem ela, não há como fazer os planos adequados para o melhoramento. Aqui inclui a tolerância, resistência, qualidades nutricionais etc. Ela deve ser realizada periodicamente. É feita por avaliação morfológica e também pela utilização de marcadores de DNA. Conservação Ex situ: na forma de sementes (forma principal, tanto para ortodoxas e recalcitrantes). As sementes funcionam como filtro para pragas e doenças?. Forma que ocupa menos espaço, e possui menor custo. In vivo: a planta em si sob condições de cultivo, requerendo manejo e tratos culturais. Usada quando espécies vegetais apresentam sementes recalcitrantes; in vitro: Na forma de cultura de tecidos, como banana e abacaxi, que são assexuadas, de sementes recalcitrantes, e podem ser propagadas pelo tecido. Facilita o intercâmbio, ocupa menos espaço para manutenção de grande número de acessos, possui potencial para rápida produção de grande número de plantas, e não possui doença. O custo é alto. Criopreservação (-196ºC em nitrogênio líquido). Utilizado para pólen, meristemas e sêmen. Multiplicação e Regeneração Multiplicação do material genética para poder realizar o intercâmbio com outros bancos; A regeneração diz respeito à renovar o poder germinativo. Dependendo da espécie e da frequência, é indicado que ela seja feita quando esta atingir valor inferior a 80%. Ex.: Uma semente de alface consegue manter seu poder germinativo por 50 anos, o tabaco por 10 anos, e o trigo por 1000 anos. Estratégias Nacionais para a Conservação dos Recursos Genéticos Primeira iniciativa pela Embrapa no Brasil, após a criação da CENARGEM (Centro de Recursos Genéticos e Biotecnologia). Locais com bancos: Sete Lagoas, Goiânia, Bahia Pré-melhoramento de Germoplasma Vegetal Relação entre RGV e o melhoramento RGV é a fonte de matéria prima para que se realize o melhoramento, é o “combustível”. Causas da baixa utilização de RGV Falta de caracterização do germoplasma; Falta de avaliação das coleções; Pouca disponibilidade de semente; Satisfação dos melhoristas com a variabilidade existente no germoplasma elite; Ausência de programas de pré-melhoramento. O pré-melhoramento consiste na identificação de genes ou caracteres de interesse em germoplasma exótico ou em populações que não foram submetidas a qualquer processo de melhoramento, com posterior incorporação em germoplasma elite agronomicamente adaptado. Contribuições do pré-melhoramento Identificação de genes potenciais; Formação de novas populações; Melhor conhecimento dos acessos; Fornece maior quantidade de informação dos acessos; Incrementar a utilização dos RGV nos programas de melhoramento.
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