Melhoramento Genético do Tomateiro

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LGN 313 LGN 313 –– MELHORAMENTO GENÉTICOMELHORAMENTO GENÉTICO
Fernando Fernando AngeloAngelo PiottoPiotto
Departamento de Genética Departamento de Genética –– Laboratório de Genética Bioquímica de PlantasLaboratório de Genética Bioquímica de Plantas
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MELHORAMENTO GENÉTICO DO TOMATEIROMELHORAMENTO GENÉTICO DO TOMATEIRO
• 40 mil ha de tomate para mesa
– 2.453.700 t/ano (63,4 %) 
– Produtividade de 63,5 t/ha
• 18 mil ha de tomate para processamento
– 1.414.000 t/ano (36,6 %)
– Produtividade de 70 t/ha
Introdução ao Tomateiro
R$ 4,2 
Bilhões
Fonte: IBGE
• Solanaceae
– Lycopersicon esculentumMill.
– Solanum lycopersicum L.
• Espécie autógama
– 2n = 2x = 24 cromossomos
• 13 espécies relacionadas
• Genoma: 710 milhões de pb
Introdução ao Tomateiro
Espécies ancestrais
auto-incompatíveis
Cultivares
Latino-Americanas
var. cerasiforme
Cultivares
modernas
Antigas cultivares
Européias e
Norte-Americanas
Evolução do Estilete
Latitude 0° a 30° S
Ampla gama de habitats
Ambientes contrastantes
• S. lycopersicum var. cerasiforme
• S. pimpinellifolium
• S. cheesmaniae
• S. galapagense
• S. neorickii
• S. chmielewskii
• S. habrochaites
• S. chilense
• S. pennellii
• S. peruvianum
São consideradas 14 
espécies atualmente
Solanum ochranthum
Solanum juglandifolium
Solanum lycopersicoides
Solanum sitiens
Spooner et al., 2005 (Taxon)
Bai & Lindhout, 2007 (Annals of Botany)
Melo et al., 2009 (Acta Horticulturae)
1524
1554
“pomi d’oro”
17111850
melhoramento
1870
3 gargalos de garrafa 
(bottlenecks)
Domesticação fora do centro de origem
Poucos acessos levados para Europa
Práticas de melhoramento genético
Processo de Domesticação do Tomateiro
Estreitamento na Base Genética
http://www.taps.org.br
Grande diversidade 
morfológica
Baixa diversidade 
genética
Espécie Espécie 
cultivadacultivada
Melhoramento
Hibridação
S. S. lycopersicumlycopersicum
S. lycopersicum var. cerasiforme
S. pimpinellifolium
S. cheesmaniae
S. galapagense
S. chmielewskii
S. neorickii
S. habrochaites
S. pennellii
S. peruvianum
S. chilense
Atherton & Rudich, 1986
(The Tomato Crop)
Morfologia Floral
Pétalas
Sépalas
Ovário
Estilete
Anteras
Camada de 
abscisão 
Camada de 
abscisão 
Cachos Florais
Escolha das floresEscolha das flores
Emasculação
Emasculação
Emasculação
Hibridação
Coleta do PólenColeta do PólenHibridação
Coleta do PólenColeta do PólenHibridação
Coleta do PólenColeta do PólenHibridação
• Coleta de pólen
• Cones de anteras
• Saquinhos ou potes
• Armazenamento
Hibridação
Coleta do PólenColeta do PólenHibridação
Coleta do PólenColeta do PólenHibridação
Coleta do PólenColeta do PólenHibridação
CruzamentoCruzamentoHibridação
Hibridação CruzamentoCruzamento
Hibridação CruzamentoCruzamento
Hibridação CruzamentoCruzamento
Métodos de Melhoramento
• Introdução e SeleçãoIntrodução e SeleçãoIntrodução e SeleçãoIntrodução e Seleção
• Seleção Genealógica (Pedigree)*Seleção Genealógica (Pedigree)*Seleção Genealógica (Pedigree)*Seleção Genealógica (Pedigree)*
• SSD (SingleSSD (SingleSSD (SingleSSD (Single----Seed Descent)*Seed Descent)*Seed Descent)*Seed Descent)*
• População (Bulk)População (Bulk)População (Bulk)População (Bulk)
• Retrocruzamentos*Retrocruzamentos*Retrocruzamentos*Retrocruzamentos*
• Seleção RecorrenteSeleção RecorrenteSeleção RecorrenteSeleção Recorrente
Avaliação de Produção
•• Avaliações escalonadasAvaliações escalonadasAvaliações escalonadasAvaliações escalonadasAvaliações escalonadasAvaliações escalonadasAvaliações escalonadasAvaliações escalonadas
•• 10 cachos por planta10 cachos por planta10 cachos por planta10 cachos por planta10 cachos por planta10 cachos por planta10 cachos por planta10 cachos por planta
•• Parcelas de 18 a 20 plantasParcelas de 18 a 20 plantasParcelas de 18 a 20 plantasParcelas de 18 a 20 plantasParcelas de 18 a 20 plantasParcelas de 18 a 20 plantasParcelas de 18 a 20 plantasParcelas de 18 a 20 plantas
•• Produção Total e ComercialProdução Total e ComercialProdução Total e ComercialProdução Total e ComercialProdução Total e ComercialProdução Total e ComercialProdução Total e ComercialProdução Total e Comercial
•• Frutos do tipos A Frutos do tipos A Frutos do tipos A Frutos do tipos A Frutos do tipos A Frutos do tipos A Frutos do tipos A Frutos do tipos A –––––––– AA AA AA AA AA AA AA AA –––––––– AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
•• Frutos danificadosFrutos danificadosFrutos danificadosFrutos danificadosFrutos danificadosFrutos danificadosFrutos danificadosFrutos danificados
Avaliação de Produção
Salada
A
AA
AAA
Italiano
A
AA
AAA
TipoTipo DiâmetroDiâmetro transversal do fruto (SALADA)transversal do fruto (SALADA)
AAAAAA MaiorMaior que 85 mmque 85 mm
AAAA EntreEntre 65 e 85 mm65 e 85 mm
AA MenorMenor que 65 mmque 65 mm
Melhoramento
• O que melhorar?
• Características
• A qual mercado o produto é destinado?
• Consumo in natura (para mesa), Indústria
• Qual grupo de mercado será o alvo (para mesa)?
• Salada, Santa Cruz, Italiano, Cereja
Características Importantes no 
Melhoramento do Tomateiro
VegetativaVegetativa
Hábito de crescimento
Altura
Arquitetura Foliar
Enfolhamento
Arquitetura de raiz
ReprodutivaReprodutiva
Quantidade Flores
Formato dos frutos
Cor dos frutos
Tamanho dos frutos
Frutos longa vida
Sabor
Textura
Tolerâncias eTolerâncias e
ResistênciasResistências
Pragas
Doenças
Desordens 
Fisiológicas
• Hábito de crescimento
• Porte da planta
– Tomate para mesa
– Tomate para processamento industrial
Melhoramento: órgãos vegetativos
Diferenças Importantes
Tomate Indústria
Plantas de Crescimento DeterminadoPlantas de Crescimento Determinado
Tomate rasteiroTomate rasteiro
Uniformidade de maturaçãoUniformidade de maturação
Possibilidade de colheita mecanizadaPossibilidade de colheita mecanizada
Impacto no Teor de Sólidos Solúveis Totais (ºImpacto no Teor de Sólidos Solúveis Totais (ºBrixBrix))
Tomate para MesaTomate para Mesa
Plantas de Crescimento DeterminadoPlantas de Crescimento Determinado
Cultivo em Sistema “Mexicano”Cultivo em Sistema “Mexicano”
Tomate Para MesaTomate Para Mesa
Plantas de Crescimento IndeterminadoPlantas de Crescimento Indeterminado
Tomate Para Mesa
Crescimento Indeterminado
Tomate Para MesaTomate Para Mesa
Plantas de Crescimento IndeterminadoPlantas de Crescimento Indeterminado
Necessidade de Necessidade de tutoramentotutoramento
Colheita escalonadaColheita escalonada
Maior qualidade de frutosMaior qualidade de frutos
Tamanho padrãoTamanho padrão
Carmel-Goren et al., 2003
(Plant Molecular Biology)
1
2
3
1
2
1
1
Determinado
1
2
3
Indeterminado
1
3
2
1
3
2
Hábitos de Crescimento
Crescimento Indeterminado Crescimento Indeterminado –– SELF-PRUNING (SP)
Crescimento Determinado Crescimento Determinado –– self-pruning (sp)
• Variações tamanho dos frutos
– Poligenes
– fasciated (f)
– QTL fw2.2
Melhoramento: órgãos reprodutivos
Frary et al., 2000 (Science)
fasciated (f)
Grande diversidade no tamanho, formato e cor dos frutos
Coloração dos frutosColoração dos frutos
Beta-carotene (B)– Laranja
Delta-carotene (Del) – Amarelo
yellow flesh (r) – Amarelo
colorless fruit epidermis (y) – Rosa
Anthocyanin fruit (Aft) – Escuro
Formato dos frutosFormato dos frutos
ovate (o) – Formato oval
Sun (Sun) – Alongado 
fasciated fruit (f) – Multilocular
• Variações na cor dos frutos
– Tipos de carotenóides
– Nutracêutica (Alimentos Funcionais)
– Culinárias típicas
Melhoramento: órgãos reprodutivos
Diversidade de Cores e FormasDiversidade de Cores e Formas
Mercado Europeu x Mercado BrasileiroMercado Europeu x Mercado Brasileiro
Salada ou Caqui Santa Cruz Italiano
Cereja
Grupos de Mercado no Brasil
Salada = 60%
Outros = 30%
Mercado
Frutos Longa Vida
• Tipos
– Normal
– Longa Vida Estrutural
– Longa vida
• non ripening (nor)
• alcobaça (alc ou norA)
• ripening inhibitor (rin)
Della Vecchia & Koch, 2002
Variações na cutícula dos frutos
Saladié et al., 2007 (Plant Physiology)
Frutos Longa Vida
• Híbrido (heterozigoto):
• Aspecto “mesclado”
• Sabor comprometido
• Pleiotropia
Melhoramento: órgãos reprodutivos
GenótipoGenótipo ClasseClasse
VidaVida MédiaMédia
PósPós--ColheitaColheita
Tipo de Tomate Tipo de Tomate 
Longa VidaLonga Vida
Homozigoto (var) Normal – Mole 4 dias Tradicional
Homozigoto (var) Normal – Firme 8 – 12 dias Estrutural
Heterozigoto (híb) alc – Firme 12 – 16 dias alc
Heterozigoto (híb) rin – Firme 12 – 20 dias rin
Heterozigoto (híb) nor – Firme 16 – 20 dias nor
Heterozigoto (híb) rin e nor – Firme 20 – 28 dias rin/nor
var = variedade; híb = híbrido
No inverno, os frutos duram em média 4 dias a mais Della Vecchia & Koch, 2002
Tolerâncias e Resistências
•• FungosFungos
•• BactériasBactérias
•• VírusVírus
•• NematóidesNematóides
•• InsetosInsetos
•• Desordens FisiológicasDesordens Fisiológicas
FusariumFusarium –– raça 3raça 3
• FungosFungosFungosFungos
– I1, I2, I3 (Fusarium oxysporium f. lycopersici)
– Ve (Verticiulium albo atrum)
– Sw (Stemphylium solani; Stemphylium lycopersici )
– Cf1... Cf9 (Cladosporium fulvum)
• BactériasBactériasBactériasBactérias
– Pto (Pseudomonas syringae pv. Tomato)
• VírusVírusVírusVírus
– Tm-1, Tm-2, Tm-3 (TMV)
– Ty1, Ty-2, Ty-3 (TYLCV)
• PragasPragasPragasPragas
– Mi (Nematóides do gênero Meloidogyne)
Tolerâncias e Resistências
Pacote Mínimo
I1, I2, Ve, Mi
Híbridos com até
12 resistências
• Transgenia
• Seleção assistida por marcadores
• Mapeamento de QTLs
• Mutagênese
• Sequenciamento
Biotecnologia no Melhoramento do Tomateiro
http://www.sgn.cornell.edu/about/tomato_sequencing.pl
Acesso: 18/05/2010
Biotecnologia no Melhoramento do Tomateiro
Genoma do Tomateiro Sequenciado!!!
nature, v.485, p.635-641, 2012
Biotecnologia no Melhoramento do Tomateiro
http://www.eppo.org
www.agric.nsw.gov.au Helicoverpa armigera 
(Broca-dos-Frutos)
Biotecnologia no Melhoramento do Tomateiro
Kumal & Kumal, 2004 (Crop Protection)
• Transgênico:
• Expressa a proteína Cry1Ab de Bacillus thuringiensis
• Resistência a Helicoverpa armigera (Broca-dos-Frutos)
Controle Transgênico
Controle
TransgênicoTransgênico
Biotecnologia no Melhoramento do Tomateiro
•• Proteção contra o câncerProteção contra o câncer
•• Doenças cardiovascularesDoenças cardiovasculares
•• Doenças degenerativas relacionadas à idadeDoenças degenerativas relacionadas à idade
•• AntiAnti--inflamatóriosinflamatórios
•• Promotores de acuidade visualPromotores de acuidade visual
•• Retardadores da obesidade e diabetesRetardadores da obesidade e diabetes
Acúmulo de Antocianinas nos FrutosAcúmulo de Antocianinas nos Frutos
Biotecnologia no Melhoramento do Tomateiro
Butelli et al., 2008 (Nature Biotechnology)Barra = 2cm
Delila (Del) / Rosea1 (Ros1)
Genes de Boca-de-Dragão
(Antirrhinum majus)
http://www.dkimages.comhttp://www.dkimages.com
BocaBoca--dede--DragãoDragão
((AntirrhinumAntirrhinum majusmajus))
http://www.specialtyproduce.com/produce/Indigo_Cherry_Tomatoes_8548.php
Melhoramento Convencional: Índigo Rose
Base Genética: Solanum lycopersicoides, S. chilense e S. cheesemanii
• Uso da variabilidade genética entre espécies:
• Cultivar “Índigo Rose”
• Maior acúmulo de antocianinas
• Potencial nutracêutico
Comerciantes
(pós-colheita)
Tolerâncias:
Pragas e Doenças
Produtividade
Estresses
abióticos
Arquitetura
e hábito
Firmesa
Sabor
Cor
Textura
Longa
vida
Nutracêutica
ProdutorConsumidor
O que é necessário melhorar no tomateiro?
Objetivos do 
Melhorista
OBRIGADO!!!OBRIGADO!!!
fpiotto@gmail.comfpiotto@gmail.com
http://www.dempseyseeds.com/product_images/e/946/indigo4__08712_zoom.jpg