Aula 2 - Evolução, mutação, hibridação e poliplodia de plantas cultivadas

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO RIO GRANDE DO SUL
- UERGS –
Melhoramento Vegetal
Três Passos, agosto de 2017
Evolução de plantas cultivadas e sua importância p ara 
o melhoramento de plantas 
Eventos: Domesticação, mutação, poliploidia e 
hibridação
História da agricultura
� Período Neolítico :
- 9.000 a 11.000 anos atrás
- Rio Tigre (entre Irã e Nordeste do Iraque)
- Exemplo: trigo e cevada
� Período Histórico :
- 2.500 a 3.000 anos atrás
- Descoberta do “ Novo Mundo ” (Hemisfério Ocidental) - América
- Exemplo: aveia e centeio
� Período Moderno:
- Domesticação de plantas forrageiras
- Produtos de valor industrial ou farmacêutico
- Interesse em genes de espécies silvestres relaciona das as 
espécies cultivadas
Eventos importantes:
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Origem da agricultura
� a invenção da agricultura deve ter ocorrido no fina l do Período 
Mesolítico e início do Período Neolítico (10 a 12.0 00 anos atrás);
� o primeiro local de origem da agricultura não é conh ecido;
� evidências arqueológicas indicam que a agricultura teve or igem
nos vales férteis dos grandes rios do Oriente Próximo, em uma
região chamada Crescente Fértil .
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“O Período Neolítico é considerado como o marco inicial da origem 
e desenvolvimento da agricultura”.
Período Neolítico ou Revolução Neolítica
� início da sedentarização (casas permanentes);
� uso de instrumentos de pedra polida;
� desenvolvimento de casas permanentes;
� desenvolvimento da cerâmica;
� desenvolvimento da tecelagem;
� domesticação de plantas e animais;
� cultivo de grãos, forrageiras e árvores frutíferas.
Principais eventos ocorridos:
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A Revolução Neolítica também é conhecida como “ Pedra Nova ” ou 
“ Idade da Pedra Polida ” (~ 7.000 a 10.000 anos atrás).
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Casa permanente Cerâmica
Instrumentos de pedra e madeira Pedra polida
Hipóteses para a origem da agricultura
� Progresso cultural – do mais simples para o mais complexo, da vida
nômade para a vida sedentária (mais confortável), do selvag em para
uma forma mais civilizada;
� Mudanças ambientais – ocorrência de condições favoráveis para a
agricultura como temperatura, umidade e concentração de di óxido
de carbono na atmosfera;
� Pressão populacional – o aumento da população tornou os recursos
silvestres escassos, forçando o homem a adotar a agricultur a como
alternativa para a obtenção de alimentos;
� Coevolução – efeito evolutivo mútuo de duas espécies interagindo
entre si. Neste caso, a espécie humana e uma espécie silvestr e que
está sendo submetida a um processo de domesticação;
� Religião – domesticação de espécies por razão religiosa;
� Modelo “Sem Modelo” – não existe um modelo universal para expli-
car a origem da agricultura.
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“ Domesticação : processo de mudança genética da espécie vege-
tal, passando do estado silvestre ao cultivado”.
Domesticação das espécies cultivadas
� a domesticação é um processo evolutivo , dirigido pelo homem 
e que visa adaptar as plantas as necessidades humana s;
� plantas domesticadas possuem partes ou produtos de grande 
interesse do homem;
� plantas domesticadas possuem constutuição genética distinta 
de seus progenitores selvagens;
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Considerações gerais:
Considerações gerais:
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Continuação....
� uma planta totalmente domesticada é dependente do homem
para sua sobrevivência, não conseguindo se reproduzir na
natureza sem a intervenção humana;
� plantas domesticadas são mais produtivas que as silvestres;
� plantas domesticadas apresentam um conjunto comum de
características morfológicas e/ou fenotípicas, o qual permite
facilmente distinguí-las de seus progenitores silvestres ;
� As mudanças visíveis entre plantas cultivadas (domesticad as)
e silvestres são denominadas “ síndrome da domesticação ”.
� frutos e sementes maiores;
� plantas mais robustas;
� eliminação ou redução da deiscência natural de semen tes;
� perda de estruturas que favorecem a dispersão;
� perda da inibição da germinação de sementes;
� hábito de crescimento compacto;
� diferentes cores de flores, frutos e sementes;
� aumento da palatabilidade dos alimentos;
� eliminação de substâncias tóxicas;
� entre outras mudanças genéticas e fisiológicas.
Síndrome da domesticação
Comparado com seus progenitores silvestres , as espécies 
cultivadas tipicamente apresentam:
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Teosinto Milho
� planta unicolmo
� dominância apical
� grãos aderidos
ao sabugo
� planta multicolmo
� hábito de
crescimento 
indeterminado
� sementes nuas
Síndrome da domesticação em milho
(Hábito de crescimento e morfologia dos grãos)
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“A domesticação das espécies cultivadas ocorreu em centros 
independentes de domesticação ”.
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Centros de domesticação
Centros de domesticação
Os centros independentes de domesticação variam ent re si quanto 
à sua trajetória de desenvolvimento .
Alguns aspectos importantes:
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� extensão geográfica : ampla ou restrita;
� número de espécies domesticadas : considerando uma região
geográfica e o potencial relativo da espécie como fonte de
alimentos;
� velocidade de domesticação : tempo necessário para a domes-
ticação de uma espécie vegetal e sua sua expansão como
espécie cultivada para outras regiões geográficas.
A região do Crescente Fértil testemunhou a domesticação de um conjunto notável
de espécies vegetais e animais, como trigo, cevada, lentilh a, suínos, caprinos e
bovinos. Estas espécies foram domesticadas relativamente rápido e se
transformaram em espécies de grande interesse do homem em to do o mundo.
Nicolai Ivanovich Vavilov
(1916 a 1930)
Centros de origem e diversidade genética
“A partir de suas expedições, Vavilov coletou , quantificou e distribuiu 
a diversidade das espécies cultivadas ao redor do mu ndo”.
1 Centro de origem
Área geográfica onde a 
espécie foi originada.
Especiação
2 Centro de diversidade 
genética
Local onde encontra-se grande
diversidade genética da espécie
domesticada e silvestre.
 Inicialmente, Vavilov considerava que o centro de 
origem coincidia com o centro de diversidade.
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 Posteriormente, Vavilov e outros pesquisadores observara m que
algumas espécies cultivadas possuíam mais de um centro de
diversidade genética .
1 Centro primário 
de diversidade
Local onde a domestica-
ção da espécie cultivada
ocorreu”.
2 Centro primário 
de diversidade
Local onde a variação genética 
continuou a aumentar após a 
domesticação
f (migração de plantas do centro 
primário para o centro secundário)
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Centros de diversidade genética
(de acordo com Vavilov)
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Centro Sul Americano 
(Peruano-Equatoriano-
Boliviano)
� Feijão
� Batata-doce
� Tomate
� Maracujá
Centro Chileno
� Batata comum
Centro Brasileiro-
Paraguaio
� Mandioca
� Amendoim
� Abacaxi
� Seringueira
� Erva-mate
� Jaboticaba
� Cacau
� Cajú
� Castanha do Pará
Centro Sul Mexicano 
e Centro Americano
� Milho
� Feijão
� Curcubitáceas
� Mamão
� Fumo
América Central e do Sul
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Bases genéticas da evolução de plantas cultivadas
Evolução : qualquer alteração em uma espécie, tornando-a 
mais adaptada.
a) Mutação: “São forças evolutivas que promovem
alterações permanentes na sequência de nucleotídeos do
DNA”.
17� Mutante: organismo que exibe fenótipo novo resultante de 
mutação.
Leu Val Asp Thr 
CUC GUG GAU ACC
CUC GUG AAU ACC
Leu Val Asn Thr
CCU AAG UCC
Prol Lys Ser
Prol Lys Ser 
CCU AAG UCC 1
2
Exemplo :
Mutação de ponto em uma sequência de DNA codificante .
(Substituição de um único nucleotídeo -- SNP)
1
2
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Mudança do Aminoácido 
aspartato para asparagina
���� Espontâneas : ocorrem sem causa conhecida, resultante
de erros metabólicos inerentes ou causadas por agentes
desconhecidos do ambiente.
� Induzidas : resultam da exposição de organismos a
agentes químicos ou físico:
- Mutagênicos → substâncias que têm o efeito biológico de
aumentar a freqüência de mutações acima da taxa
espontânea.
Mutações:
� Mutações induzidas por substâncias químicas mutagênicas:
- Ácido nitroso: HNO2
- Corantes de acridina
- Agentes alcilantes
- Radiações ionizantes:raios X, gama e cósmico.
Penetram nos tecidos vivos a distâncias substanciais.
Tecidos somáticos: gemas, ramos, folhas, sementes, 
plântulas, etc.
Tecidos germinais: gametas
Exemplo de mutações somáticas: Laranja de umbigo ou Bahia
Mutação de gema
Aguns exemplos de mutações benéficas:
Exemplo de mutações somáticas: Laranja URS Campestre
-Nova cultivar de citros 
sem sementes;
-São Sebastião do Caí, 
RS;
Aguns exemplos de mutações benéficas:
Componentes do sistema reprodutivo masculino normais;
Alta viabilidade de pólen;
Germinação in vitro do pólen normal.
a
Causa da ausência de sementes: esterilidade em componentes do 
sistema reprodutivo feminino.
Exemplo de mutações somáticas: uva cultivar Rubi
-1972
- Cultivar Itália;
- Paraná
Aguns exemplos de mutações benéficas:
Exemplo de mutações somáticas: tangerineira ‘Montenegrina’
Mutação de plântula
Seleção
“Olhar com olhos de quem quer ver”
Aguns exemplos de mutações benéficas:
A fusão de gametas e que resulta em progênies.
b) Hibridação
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A fusão de gametas e que resulta em progênies.
� Hibridação intraespecífica:
Refere-se ao cruzamento entre diferentes genótipos d a mesma espécie .
Triticum aestivum L. x Triticum aestivum L.
� Hibridação interespecífica:
Refere-se ao cruzamento entre espécies diferentes .
Fragaria virginiana
(América do Norte)
x Fragaria chiloensis
(Chile)
b) Hibridação
Fragaria ananassa
(Moranguinho)
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“É o resultado da duplicação de um genoma ou da combinação de dois 
ou mais genomas diferentes em um só núcleo celular”.
� Autopoliplóides:
O aumento do conjunto básico de cromossomos ocorre via duplicação 
cromossômica .
Ex.: banana (triplóide) e batata (tetraplóide)
� Alopoliplóides:
O conjunto básico de cromossomos é derivado do cruza mento de duas 
ou mais espécies relacionadas .
Ex.: trigo (hexaplóide) e aveia (hexaplóide)
c) Poliploidia
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“É o processo pelo qual indivíduos com maior adaptação e habilidade 
reprodutiva são mantidos na população”.
� Natural:
-Sem a interferência do homem.
- Indivíduos melhor adaptados contribuem com um maior número de 
descendentes.
� Artificial:
- Dirigida pelo ser humano.
- Mola propulsora da domesticação e melhoramento gené tico de plantas.
d) Seleção
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Aguns exemplos de seleção:
Cevada
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Arroz
2 f 6 f
Número de fileiras Perda da debulha natural
Dominância apical do milho
Doebley J (1997) Nature 386: 485-488
Teosinto
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tb1 mutante Milho
Aguns exemplos de seleção:
Baixa estatura em trigo
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Genes Rht (Reduced height) – conferem porte baixo em trigo
Aguns exemplos de seleção:
“É o processo de transferência de alelos entre diferentes populações da 
mesma espécie vegetal”.
e) Migração
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�a exemplo da seleção, a migração também pode promov er alterações 
nas frequências alélicas de uma população;
�a migração pode aumentar a frequência de um alelo já p resente na 
população, pela introdução de indivíduos portadores do mesmo alelo;
�a migração pode transferir um novo alelo originado pela mutação em 
uma população, para outras populações da mesma espéc ie;
�a migração pode aumentar a variabilidade genética d entro e entre po-
pulações da mesma espécie;
� a migração pode impedir a divergência genética extr ema entre popu-
lações da mesma espécie, a ponto de formar uma nova espécie.
“É o processo de perda de genes e/ou alelos por amostragem em uma 
população de plantas”.
f) Deriva genética
� os efeitos da deriva genética são mais pronunciados à medida que o 
tamanho da população diminui.
� em função de erros de amostragem, a deriva genética pode contribuir 
para diminuir a variação genética de uma população.
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Especiação
Espécie : conjunto de populações geneticamente idênticas, a partir
das quais os alelos podem se movimentar e os descendentes
apresentam um valor de adaptação em geral igual ou superior a os
genótipos parentais.
� a medida que a evolução progride, alterações nas frequências alélicas
ocorrem nas populações e o fluxo gênico pode eventualmente ser
interrompido entre diferentes populações;
� Como consequência, a interrupção do fluxo gênico pode levar a forma-
ção de novas espécies, via processo evolutivo denominado especiação .
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