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Biotecnologia e propriedade industrial
Aula 3: Biotecnologia vegetal
Apresentação
Nesta aula, abordaremos conceitos sobre a transformação genética em plantas, destacando as diferentes técnicas
utilizadas.
Além disso, conheceremos os conceitos e as aplicações do cultivo in vitro, da micropropagação, da produção de sementes
arti�ciais, do melhoramento e da transgenia vegetal.
Objetivos
Explicar a transformação genética de plantas, bem como as aplicações do Sistema de Agrobacterium, da
transferência via biolística e via eletroporação de protoplastos;
Diferenciar cultivo in vitro, micropropagação, produção de sementes arti�ciais e melhoramento vegetal;
Descrever a transgênese vegetal e suas aplicações.
Palavras iniciais
Tudo começou há muitos anos, com a domesticação de plantas , cultivadas geralmente, por razões econômicas.
Os primeiros processos de domesticação são inferidos a partir do exame de culturas silvestres em comparação com as
culturas existentes nos níveis morfológico, �siológico e genético.
https://estacio.webaula.com.br/cursos/go0266/aula3.html
 (Fonte: Seednews.)
Após esses primeiros processos, tornou-se possível desenvolver novos genótipos de culturas incorporando características
projetadas por meio do entendimento da genética e da genômica de espécies vegetais.
A biotecnologia vegetal consiste na introdução de características desejáveis, através de
modi�cações genéticas, com o objetivo especí�co de incorporar melhorias socioeconômicas,
englobando a agrobiotecnologia e a biotecnologia vegetal industrial.
 (Fonte: Science in HD / Unsplash.)
A agrobiotecnologia aborda os aspectos referentes à multiplicação de plantas em grande escala, propagação clonal de plantas,
eliminação de vírus, hibridização somática e engenharia genética de plantas.
Multiplicação de plantas em grande escala
A multiplicação de plantas em grande escala constituiu a primeira
aplicação, em nível industrial, da tecnologia da cultura in vitro.
Na cultura de tecidos in vitro de plantas superiores,os
fatores genéticos são primordiais na determinação do nível
de resposta da cultura.
O primeiro passo na melhoria das culturas é identi�car
genótipos de plantas que sejam competentes, cujo
desempenho é continuamente aprimorado por fatores não
genéticos que afetam a resposta da cultura de tecidos.
A regeneração de plantas na cultura in vitro pode ocorrer por
organogênese e por morfogênese.
 Autor: Tims2015 (Fonte: Wikimedia Commons).
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A organogênese é um processo que envolve várias etapas, começando pela formação dos meristemas até o
enraizamento e a aclimatização. Nesse processo, a nova plântula forma-se a partir de tecidos iniciais sem passar por um
desenvolvimento embrionário, sendo possível, em curto espaço de tempo, produzir elevado número de plantas capazes de
serem transferidas para o solo e atingirem as condições exigidas para a comercialização.
Ortogênese 
A morfogênese engloba a indução de desenvolvimento organizado em plantas, etapa que depende da escolha criteriosa
do inóculo inicial ou explante e das condições de cultivo, além da multiplicação e do desenvolvimento das células
competentes, dando origem aos embriões ou nódulos organogênicos.
Morfogênese 
Saiba mais
Para saber mais sobre o assunto, assista ao vídeo Plantas que você multiplicar com estacas e folhas – excelentes resultados.
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A micropropagação de gemas axilares e a indução de gemas adventícias constituem duas alternativas de multiplicação clonal
de plantas lenhosas de importância comercial. Embora tenham sido estabelecidos protocolos, o sucesso do processo depende
do genótipo, veri�cando-se alguns casos de respostas diferentes entre clones da mesma espécie.
Essa metodologia apresenta limitações, como:
a di�culdade de enraizamento de estacas provenientes de plantas adultas;
o perigo de disseminação de vírus e outros agentes patogênicos, endógenos, contidos nas estacas utilizadas em
propagação.
Saiba mais
Para saber mais sobre o assunto, assista ao vídeo Mudas e plantas feitas a partir de estacas de raiz.
Propagação clonal de plantas
A propagação clonal de plantas baseia-se na totipotência. O crescimento clonal é caracterizado pela capacidade das plantas
em produzir unidades de brotação e raízes (rametes) que são geneticamente idênticas às progenitoras e potencialmente
independentes.
 
A hibridização somática é baseada na fusão de protoplasmas de duas populações paternas, originando produtos de fusão que
contêm uma mistura de genomas parentais. Assim, são obtidas plantas com combinações genéticas nucleares (híbridos
somáticos) e/ou citoplasmáticas (cíbridos).
Saiba mais
Para saber mais sobre o assunto, assista ao vídeo Biorreatores: segurança e economia na produção de mudas.
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As plantas podem ser transformadas geneticamente através da
adição de um ou mais genes.
Os pesquisadores descobriram, ao estudarem o sistema de transformação do genoma de plantas, que as bactérias
�topatogênicas, aquelas que causam doenças em plantas, como a Agrobacterium, eram vetores naturais muito e�cazes para a
obtenção dessas modi�cações. Então, a compreensão desse sistema e os mecanismos nele envolvidos proporcionaram
melhor e�cácia quanto à regulação de genes.
A utilização de Agrobacterium tumefaciens ou de A. rhizogenes na transferência de genes se baseia na capacidade que essas
bactérias, encontradas no solo, possuem de infectar um grande número de plantas.
 (Fonte: Designua / Shutterstock.)
Para que o fenótipo das plantas seja transformado, deve-se
inserir, através da zona de ferida, um plasmídeo Ti (indutor
de tumorogênese) ou de um plasmídeo Ri (indutor de raízes)
provocando a formação de tumores crown gall e hairy roots,
respectivamente.
A impossibilidade de infecções de algumas plantas com
Agrobacterium se deve à ausência de receptores na planta,
incapacitando a ligação com a bactéria.
Saiba mais
Para saber mais sobre o assunto, assista ao vídeo Micropropagação in vitro de bananeiras.
Conheça, a seguir, alguns tipos de transferências possíveis:
Atenção! Aqui existe uma videoaula, acesso pelo conteúdo online
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A transferência mediada por vetores pode utilizar, além dos plasmídeos Ti de A. tumefaciens e Ri de A. rhizogenes,
vetores como os vírus Caulimovirus e Geminivirus.
Transferência mediada por vetores 
Outra forma de transferência de genes é a transferência direta, que não requer qualquer tipo de vetor e pode ser feita pela
transferência de DNA para protoplastos ou pela transferência por bombeamento de partículas. A integração de DNA nos
protoplastos é facilitada pela plasmalema, que permite que o DNA estranho seja incorporado no protoplasma de uma
determinada população, regenerando em plantas transgênicas.
Transferência direta 
A transferência de genes por bombardeamento de partículas se baseia na capacidade de micropartículas de ouro ou
tungstênio recobertas com DNA transferirem, com um único disparo, genes para um elevado número de células.
Transferência de genes por bombardeamento de partículas 
Saiba mais
Para saber mais sobre o assunto, assista ao vídeo Transgênicos – método biolístico.
Engenharia genética de plantas
A engenharia genética de plantas consiste na manipulação molecular de genes de interesse e depende da disponibilidade de
vetores de transformação das células das plantas.
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 (Fonte: Artem Oleshko / shutterstock.)
Os progressos veri�cados na biologia molecular de plantas, em particular no isolamento e na caracterização de genes,
acompanhados do desenvolvimento de técnicas de transferência de DNA, têm proporcionado o melhoramento genético de um
número crescente de espécies vegetais, fornecendo também conhecimentos de base sobre os processos bioquímicos,
�siológicos e moleculares que controlam o desenvolvimento em plantas.
A disponibilidade cada vez maior de genes de interesse abre caminhopara o desenho de plantas com características
especí�cas de produção, resistência, entre outras, com enorme potencial na agricultura e na indústria.
 Resumo esquemático das possíveis rotas morfogenéticas de plantas in vitro (Fonte: ufsc).
A propagação de plantas usando sementes arti�ciais ou sintéticas é uma técnica promissora para propagação de plantas
transgênicas, plantas não produtoras de sementes, poliploides com características de elite e linhagens de plantas com
problemas na propagação de sementes. Sendo de natureza clonal, a técnica reduz o processo de seleção do melhoramento
convencional de recombinação.
Atenção! Aqui existe uma videoaula, acesso pelo conteúdo online
A tecnologia fornece ainda métodos para a preparação de análogos
de sementes chamados sementes sintéticas ou sementes arti�ciais
dos micropropágulos, como embriões somáticos.
A rápida melhoria nos métodos de embriogênese somática permite o uso de embriões somáticos na micropropagação de
plantas.
Saiba mais
Para saber mais sobre o assunto, assista a um episódio da websérie Era da mecanização da cana: desa�os e oportunidades
sobre a semente de cana e a esperança do setor para voltar a crescer.
A expressão de genes humanos em plantas transgênicas
apresenta impacto signi�cativo na produção e no
desenvolvimento de medicamentos.
No entanto, a utilização de plantas transgênicas para a
obtenção de produtos ainda é incipiente, devendo ser
considerados os potenciais benefícios sem desconsiderar
os riscos eminentes para a saúde humana e o meio
ambiente.
 (Fonte: chuttersnap / Unsplash).
Atenção! Aqui existe uma videoaula, acesso pelo conteúdo online
https://estacio.webaula.com.br/cursos/go0266/aula3.html
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 (Fonte: Lightspring / Shutterstock.)
Um assunto muito discutido tem sido a introdução de milho
manipulado com a proteína de Bacillus thuringiensis (Bt).
Para alguns, as toxinas do milho Bt não constituem qualquer
ameaça para os diferentes organismos do solo, porém
outros consideram uma ameaça ao equilíbrio ecológico,
comprometendo a entomofauna.
Saiba mais
Para saber mais sobre o assunto, assista ao vídeo Combate a lagartas em culturas agrícolas.
Atividade
1. A biodiversidade está sob séria ameaça como resultado de atividades humanas. Os principais perigos em todo o mundo são
crescimento populacional e consumo de recursos, entre outros. Como a biotecnologia vegetal pode contribuir para minimizar
esse grave problema?
2. A capacidade de regeneração de plantas tem sido explorada na agricultura para �ns de propagação de variedades
selecionadas, sanitização de vírus e desenvolvimento de ferramentas biotecnológicas. Em que consiste o processo de
organogênese em plantas?
3. A hibridação tem desempenhado um papel importante na evolução de muitas linhagens. Com a crescente disponibilidade de
ferramentas genômicas e os avanços nas análises genômicas, está cada vez mais claro que o �uxo gênico entre táxons
divergentes pode gerar nova diversidade fenotípica, permitir a adaptação a novos ambientes e contribuir para a especiação. O que
é hibridização?
4. Que partes das plantas são mais adequadas para serem usadas como explante em uma cultura in vitro?
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5. Observe o trecho a seguir:
“A transformação genética usando a Agrobacterium tumefaciens como vetor é bem empregada em plantas. Uma aplicação dessa
técnica seria a mutação aleatória de genes que pode ajudar a elucidar a função de muitos genes ainda desconhecidos” (LIMA,
2006).
Explique como ocorre a ligação dessa bactéria com as células da planta hospedeira.
Notas
Plantas domesticadas
As plantas domesticadas diferem de seus parentes selvagens por dependerem da intervenção humana para �ns de
reprodução, nutrição, saúde, plantio e dispersão.
Embriões somáticos
Embriões somáticos podem ser encapsulados em vários sistemas de geli�cação para formar sementes arti�ciais que são
facilmente armazenadas e transportadas por longas distâncias.
Referências
BESPALHOK, J. C.; GUERRA, E. P.; OLIVEIRA, R. de. Biotecnologia no melhoramento de plantas. Plantas transgênicas. In:
BESPALHOK, J. C.; GUERRA, E. P.; OLIVEIRA, R. de. Melhoramento de plantas. Curitiba: UFPR, 2019a. cap. 5, p. 15-25.
BESPALHOK, J. C.; GUERRA, E. P.; OLIVEIRA, R. de. Melhoramento de plantas autógamas por hibridação. In: BESPALHOK, J. C.;
GUERRA, E. P.; OLIVEIRA, R. de. Melhoramento de plantas. Curitiba: UFPR, 2019b. cap. 7, p. 11-17.
BRASILEIRO, A. C. M.; LACORTE, C. Agrobacterium: um sistema natural de transferência de genes para plantas. Biotecnologia.
v. 15, p. 12-15, 2000.
LIMA, N.; MOTA, M. (coord.). Biotecnologia: fundamentos e aplicações. Lisboa: Lidel, 2003. p. 401-427.
LIMA, S. S. Uso biotecnológico da agrobacterium tumefaciens. Viçosa: Biologia em Foco. n. 44, abr. 2006.
Próxima aula
Conceitos em biotecnologia ambiental;
Processos de biorremediação;
Bioplásticos, formação e aplicações;
Produção de biocombustíveis;
Biotecnologia aplicada ao controle da poluição.
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Explore mais
Leia o artigo Biotecnologia na agricultura.
Assista aos seguintes vídeos:
Passo a passo – multiplicação de mudas de batata-doce;
Os transgênicos são perigosos?
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