Plantas Alógamas

1. Plantas Alógamas

2. Plantas alógamassão aquelas que realizam preferencialmente polinização cruzada (acima de 95%). Neste caso, a fertilização ocorre quando o pólen de uma planta fertiliza o estigma da flor de outra planta. As espécies alógamas são caracterizadas pela heterozigose, apresentando heterose e endogamia.

3. Nas alógamas, as plantas não transmitem seus genótipos para a geração seguinte como ocorre em espécies autógamas, mas sim os seus alelos.

4. Portanto, a cada geração surgirão novos indivíduos que apresentarão constituição alélicas diferentes dos seus pais. Nas alógamas, o que tem maior importância não é a constituição genética do indivíduo (genótipo), mas sim o conjunto gênico dessa população (pool gênico).

5. Este é um grande desafio no melhoramento de alógamas, pois os genótipos superiores não são mantidos nos filhos, já que estes apresentarão segregação.

6. EQUILÍBRIO DE HARD-WEINBERG Definição: um conjunto de indivíduos da mesma espécie, que ocupam o mesmo local, apresentam uma continuidade no tempo e possuem a capacidade de se intercasalar ao acaso, e portanto, de trocar genes entre si.

7. O princípio de Hardy-Weinberg estabelece um padrão teórico para o comportamento gênico ao longo das gerações. Na prática, ele nos ajuda a perceber se uma população se encontra ou não em equilíbrio, chamando a atenção para os possíveis fatores evolutivos que estão atuando.

8. Duas propriedades importantes das populações são: Freqüência genotípica: é a proporção que um determinando genótipo está presente na população. Freqüência alélica: é a proporção que um determinado alelo está presente na população.

9. Lei do Equilíbrio de Hardy-Weinberg. Em uma população grande que se reproduz por acasalamentos ao acaso e onde não há migração, mutação ou seleção, pois todos os indivíduos são igualmente férteis e viáveis, tanto as frequências alélicas como as genotípicas se mantêm constantes ao longo das gerações.

10. Vamos usar como exemplo uma característica com dois alelos (A e a) para explicar essa Lei. A freqüência do alelo A é identificada por p e a freqüência do alelo a é identificada por q, sendo p + q = 1.

11. Assim na próxima geração teríamos as seguintes freqüências alélicas e genotípicas para o cruzamento Aa x Aa Nesta população, as freqüências genotípicas são representadas por: D (dominantes), H (heterozigotos) R (recessivos).

12. A soma D + H + R = 1. Então (p+q)2= p2+ 2pq + q2= D + H + R = 1. Outras propriedades importantes são: Frequências Alélicas f(A) = p = (p2+ pq)/N = (D + 1⁄2H)/N f(a) = q = (q2+ pq)/N = (R + 1⁄2H)/N Onde N= Total da população

13. Frequências Genotípicas Esperadas f (AA) = p2 f (Aa) = 2pq f (aa) = q2

14. EX: Considerando uma população de 100 indivíduos, onde tenham sido identificados 50 genótipos do tipo AA, 20 do tipo Aa e 30 do tipo aa, tem-se que: AA = 50; Aa= 20 e aa = 30 A freqüência alélica será: f (A) = (50 + 1⁄2 x 20)/100 = 0,60 f (a) = (30 + 1⁄2 x20)/100 = 0,40

15. Será que esta população está em equilíbrio de Hardy-Weinberg? Frequência genotípica Esperadas f (AA) = (0,60)2= 0,36 f (Aa) = 2pq = 2 x 0,6 x 0,4 = 0,48 f (aa) = (0,40)2 = 0,16 Os valores observados devem ser testados através do teste de Qui-quadrado para se concluir se os valores diferem dos valores esperados. Se a população não estiver em equilíbrio, é necessária somente uma geração de cruzamentos ao acaso para que ela volte ao equilíbrio

16. Teste de Equilíbrio de Hardy-Weinberg • Usa-se o χ2 • Se χ2 for significativo: a população não está em equilíbrio • Se χ2 não significativo: a população está em equilíbrio e os desvios e as frequências genotípicas observadas não diferem significativamente das frequências de uma população em equilíbrio.

17. Hipóteses a serem testadas O pesquisador trabalha com duas hipóteses: •Hipótese nula: As frequências observadas não são diferentes das frequências esperadas. Não existe diferença entre as frequências (contagens) dos grupos. Portanto, não há associação entre os grupos •Hipótese alternativa: As frequências observadas são diferentes da frequências esperadas, portanto existe diferença entre as frequências. Portanto, há associação entre os grupos

18. Já o χ2 tabelado depende do número de graus de liberdade e do nível de significância adotado. A tomada de decisão é feita comparando-se os dois valores de χ2: •Se χ2 calculado > ou = χ2 tabelado: Rejeita-se Ho. •Se χ2 calculado < χ2 tabelado: Aceita-se Ho Para dados didáticos será utilizado χ2tab = 2,36

19. EFEITO DA SELEÇÃO NAS FREQÜÊNCIAS ALÉLICAS A seleção pode ser definida como a eliminação de determinados genótipos da população. A seleção pode ser natural ou artificial. Devido a esta eliminação, há alterações nas freqüências alélicas e genotípicas, e em conseqüência, a população afasta-se do equilíbrio. O efeito da seleção nas freqüências alélicas depende do tipo de interação alélica e do coeficiente de seleção.

20. Vamos ver um exemplo de seleção quando há dominância completa, sendo desvantajoso o alelo recessivo. Exemplo 1

21. Ex.1: Altura de milho onde o alelo Br (planta normal) tem freqüência de 0,3 e br (planta anã) de 0,7. Pergunta: qual a freqüência dos alelos Br e br e dos genótipos normal e anã após um ciclo de seleção?* Se a freqüência do alelo Br = p = 0,3 e br = q = 0,7, as freqüências genotípicas na população original serão (0,3)2BrBr + 2x0,3x0,7Brbr + (0,7)2brbr = 0,09 BrBr + 0,42 Brbr + 0,49 brbr. Então nesta população teremos uma freqüência de 0,51de plantas altas (BrBr e Brbr) e 0,49 de plantas anãs (brbr)

22. Se fizermos seleção eliminando as plantas baixas, a população selecionada terá 100% de plantas altas. Através de uma regra de três simples, podem ser obtidas as freqüências genotípicas corrigidas: 0,51 ..... 1,0 (BrBr) 0,09 ..... x = 0,18 (Brbr) 0,42 ..... y = 0,82 Então, após um ciclo de seleção, as frequências alélicas serão f(Br) = (D + 1⁄2H)/N = 0,18 + (0,82/2)/1 = 0,59 f(br) = (R + 1⁄2H)/N = 0 + (0,82/2)/1 = 0,41

23. Se as plantas selecionadas forem cruzadas ao acaso, na próxima geração teremos (0,59)2BrBr + 2x0,59x0,41 Brbr + (0,41)2brbr = 0,35 BrBr + 0,48 Brbr + 0,17 brbr. Isto significa uma freqüência de plantas altas de 0,83 e de plantas baixas de 0,17. Podemos observar neste exemplo que a seleção altera a frequência alélica e genotípica, e podemos usá-la para melhorar nossas populações.

24. Melhoramento de Plantas Alógamas I- Antes da Polinização II- Depois da Polinização

25. I- Antes da Polinização • EX: Suponha que p= 0,2 e q= 0,8 (Frequências gênicas). Faz-se a seleção contra o gene recessivo • População original: p2= (0,2)2= 0,04 • 2pq= 2x0,2x0,8= 0,32 • q2= (0,8)2= 0,64 (elimina) • p= (p2+pq)/p2 +2pq (total sem o recessivo) • p= (0,04+0,16)/0,36= p= 0,56, portanto q= 0,44 • Frequências alélicas: p= 0,56 e q= 0,44

26. Estas frequências gênicas serão as frequências da 1ª geração, faz-se, então o cálculo das Frequências Genotípicas • p2= (0,56)2= 0,31 • 2pq= 2x(0,56)x(0,44)= 0,50 • q2= (0,44)2= 0,19

27. II- Depois da Polinização Suponha que: p=0,2, portanto q=0,8 (Frequências gênicas). Faz-se seleção contra o recessivo. População original: p2= (0,2)2= 0,04 2pq= 2x0,2x0,8= 0,32 q2= (0,8)2= 0,64 (elimina) Porém eliminou-se as plantas com características recessivas somente após a polinização permitindo assim, a polinização por pólen recessivo.

28. O que resulta no seguinte cálculo, as fêmeas possuem a frequência modificada pela seleção, mas os machos possuem a mesma frequência da pop. original. p= (p2+pq)/p2 +2pq (total sem o recessivo) p= (0,04+0,16)/0,36= p= 0,56, portanto q= 0,44 p= 0,56 q= 0,44 (Frequências alélicas da Fêmea) OBS: o macho polinizou normal A fêmea eliminou a planta inteira, então vai ter redução na frequência alélica.

29. EX: Portanto: p2= 0,11 D 2pq= 0,54 H q2= 0,35 R As Frequências gênicas da pop. F1 são: p= 0,11+ 0,54/2= 0,38 e q= 0,62

30. Seleção de Plantas Alógamas contra o gene dominante Seleção causa basicamente mudanças na frequência de genes e consequentemente de genótipos. Para um par de genes, a intensidade de seleção é dada por “s”, que é chamado de coeficiente de seleção.

31. A frequência do genótipo a ser reduzido da população (selecionado contra) deverá ser multiplicada por 1-s. - Assim, se s=0,2, 80% dos genótipos em questão serão permitidos e deixados reproduzir. EX: Seleção contra A em situação de dominância completa, sendo p= 0,6.

32. EX: Seleção contra A em situação de dominância completa, sendo p= 0,6. Portanto, q=0,4 AA Aaaa Freq. Genotípica 0,36 0,48 0,16 Taxa Reprodutiva 1-s 1-s 1 Se s= 0,2, temos: 0,36x 0,8= 0,29= 0,29/0,83= 0,35 0,48x0,8= 0,38= 0,38/0,83= 0,46 0,16x1 = 0,16 = 0,16/0,83= 0,19 0,83

33. Após a seleção, as novas frequências gênicas serão: p= 0,35+ 0,46/2= 0,58 q= 1-p= 1- 0,58= 0,42 As novas frequências genotípicas para a próxima geração serão: p2= (0,58)2= 0,34 2pq= 2(0,58)(0,42)= 0,49 q2= (0,42)2= 0,17

34. Exercício de reforço**

35. Características Gerais de uma População de Plantas Alógamas • Não pode utilizar seleção em uma única plantas devido á depressão por endogâmica. • Deve-se maximizar interações gênicas e genotípicas visando manter a maior variabilidade genética possível • A obtenção de plantas superiores está ligada à heterose ou vigor híbrido.

36. Heterose e endogamia Endogamia: Processo de incremento da homozigose a partir de auto-fecundações consecutivas. Heterose: é o acréscimo do desempenho em determinado caráter dos indivíduos híbridos com relação aos pais.

37. Métodos de seleção em alógamas

38. Métodos de seleção em alógamas 1- Métodos de seleção sem teste progênie . Seleção massal . Seleção massal estratificada 2- Métodos de seleção com teste de progênie Híbridos Variedades sintéticas Seleção espiga por fileira Seleção recorrente Seleção recorrente fenotípica Seleção recorrente para CGC Seleção recorrente para CEC

39. O que é teste de progênie ? Allard (1971): refere-se à avaliação do genótipo dos progenitores com base no fenótipo de seus descendentes. - Após a avaliação das progênies, identificam-se os progenitores desejáveis para intercruzar e produzir a geração seguinte. Tem a vantagem das plantas mães permanecerem na população enquanto o teste de progênie se realiza.

40. Teste de progênie • Beterraba açucareira (Beta vulgaris) • CULTIVADA NA EUROPA POR MUITOS ANOS (7,5% de sacarose) Seleções feitas com base no tamanho , forma e cor • 8,8% de sacarose em 1838 ganho 14% em 30 anos (0,46% ano) 10,1% de sacarose em 1868 16% de sacarose em 1912 14% de sacarose em 1888 Seleção com teste de progênie- Louis Vilmorin -58% em 44 anos - (1,32% ano ano

41. 1- Métodos de seleção sem teste progênie • . Seleção massal • Características gerais: maternal; fenotípica e útil para características de alta herdabilidade. • Método • forma-se uma população através de cruzamentos múltiplos ou utiliza-se populações nativas. • plantas superiores são selecionadas na população • Sementes em BULK para formar a próxima geração.

42. Vantagens: • Mantém a variabilidade genética • Fácil de conduzir a população • Melhora a população como um todo. • Desvantagens • Redução do tamanho da população (base genética) • Redução da variabilidade genética devido á seleção natural • Depressão por endogamia.

43. Seleção Massal Estratificada Semelhante à Fenotípica, porém, com seleções em locais estratificados (Ex: diferentes faixas de solo ou ambientes, etc)

44. 2- Métodos de seleção com teste de progênie 2.1 Seleção espiga por fileira Forma-se uma população através de cruzamentos Seleciona-se os indivíduos superiores (fenotípica) Utiliza-se parte (1/2) das sementes de uma espiga da planta selecionada e planta em linhas de progênie (uma única linha de progênie). Guarda as sementes restantes de cada espiga separadamente.

45. d) faz-se o teste de progênie através de cruzamentos das progênies (linhas) com uma população de polinização aberta e) Verifica as melhores linhas e retorna às sementes guardadas correspondentes àquelas linhas, mistura as sementes selecionadas pelo teste (BULK) e planta para formar a nova geração ou população.

46. Variedade de milho é um conjunto de plantas com características comuns, sendo um material geneticamente estável e que, por esta razão, com os devidos cuidados em sua multiplicação, pode ser reutilizada por várias safras sem nenhuma perda de seu potencial produtivo.

47. Variedades Híbridas Heterose: fenômeno no qual progênies de cruzamentos entre linhagens endogâmicas (ou puras) e geneticamente diversas, são superiores aos pais, excedendo ambos no desempenho ou vigor. Heterose= F1- (P1+P2)/2

48. Qual o valor da heterose? P1= 5 ton. ; P2= 7 ton. ; F1= 12 ton. Heterose= F1- (P1+P2)/2 H= 12 – (5+7)/2= 6 toneladas

49. Milho Híbrido OBS: Em milho o nível de heterose é de 20 a 30%. Desenvolvimento de Variedades Híbridas 1- Seleciona as melhores plantas de uma população através dos vários métodos de seleção (massal, pedigree, etc) 2- Faz-se a auto-polinização até alcançar a homozigose (INBREDS) 3- Cruza INBREDS de Elite para produzir os híbridos.

50. Obtenção de Linhagens: são obtidas após sucessivas autofecundações •Fixação de genótipos em alógamas •Seleção de características de interesse •Obtidas de populações melhoradas por seleção recorrente.