MELHORAMENTO DE PLANTAS AUTÓGAMAS

1. MELHORAMENTO DE PLANTASAUTÓGAMAS

2. Conceitos importantes: • População: grupo de indivíduos da mesma espécie com estruturas genéticas diferentes, compartilhando espaço e tempo. • Espécie: grupo de indivíduos que possui a capacidade de trocar alelos livremente entre si, porém não com indivíduos de outro grupo. • Variedade: em milho significa uma população em equilíbrio. • Cultivar: conjunto de indivíduos dentro da espécie que tem características definidas.

3. Clone: conjunto de indivíduos provenientes de uma mesma planta por propagação assexuada. Linhagem: conjunto de indivíduos idênticos que tem homozigose em todos os locos. Híbrido: indivíduo proveniente do cruzamento entre indivíduos diferentes. Pode ser entre cultivares ou linhagens.

4. Epistasia (do grego epi, sobre, e stasis, parada, inibição) - os alelos de um gene inibem a ação dos alelos de um outro par, que pode ou não estar no mesmo cromossomo. • Endogamia é um sistema em que os acasalamentos se dão entre indivíduos aparentados, relacionados pela ascendência. • Tem como efeito genético a diminuição da heterozigose e o aumento da homozigose

5. A herdabilidade: Expressa a confiabilidade do valor fenotípico como indicação do valor genético; ou seja, é o grau de correspondência entre o valor fenotípico e o valor genético, ou entre o diferencial de seleção e o ganho de seleção.

6. Como somente o valor fenotípico do indivíduo pode ser diretamente medido, mas é o valor genético que determina sua influência na próxima geração, deve ser avaliado a proporção da variabilidade existente na população segregante (F2) que é de natureza genética. • Vamos entender melhor o que é herdabilidade genética?

7. PARÂMETRO GENÉTICOS Variâncias Genética (VG) na População F2 Com os dados disponíveis, estimam-se as variâncias: v(F2) = 16 v(M) = [v(P1) + v(P2) + 2v(F1)]/4 = (6 +4 + 2X5)/4 = 5 v(G) = v(F2) - v(M) = 16 - 5 = 11 Onde: v(M) = Variância ambiental

8. A herdabilidade (H²), pode ser estimada por: H²= v(G)/[v(G)+v(M)] = H²= v(G)/v(F2) = 11/16 = 0,687 H²= 0,687 ou 68,7% da variação apresentada pela geração F2 é atribuído a causas genéticas, o restante é atribuído ao ambiente.

9. H²= Variância genética/(Var. genética + Var. meio ) =GS/DS DS = Xs – Xo(média dos selecionados – média da pop. original) DS= Diferencial de seleção GS = Xc1 – Xo(média da pop. melhorada - média da pop. original) GS = H². DS

10. EX: Admite-se que a seleção de indivíduos apresenta média é igual a 35. Sendo a média original igual a 30. Pergunta-se: Qual o valor do diferencial de seleção e do Ganho de seleção? Diferencial de seleção: DS = Xs - Xo = 35 - 30 = 5 Ganhos por seleção: GS = H² . DS = 0,687 x 5 = 3,437 O valor de GS% = (100GS)/Xo = (100x3,437)/30 = 11,46% .

11. Média da população melhorada: média predita para o primeiro ciclo de cultivo da progênie dos indivíduos selecionados. É estimada por: Xc1 = Xo + GS = 30 + 3,437 = 33,437 Assim, conclui-se que após o primeiro ciclo de melhoramento a média será aumentada de 30 para 33,44.

12. Estrutura genética de populações • As plantas autógamas se reproduzem preferencialmente por autopolinização; • São constituídas por uma mistura de linhagens homozigotas. • A variabilidade genética ocorre devido a presença de diferentes genótipos homozigotos; • Mesmo quando a fecundação cruzada ocorre na população, a heterozigose desaparece com as sucessivas autofecundações.

13. Estrutura genética de populações √ Os indivíduos transmitem o seu genótipo integralmente para os descendentes, quando totalmente endogâmicos (plantas homozigotas); √ Nas espécies autógamas, os genótipos são fixados, e por isso são reproduzidos com precisão (GARANTIA DE EFICIENCIA DE SELEÇÃO DE GENOTIPOS); F1= G1+E1 F2=G+G2 Genitor Descendentes Reprodução precisa do Genótipo O agricultor poderá utilizar como semente os grãos colhidos na geração anterior.

15. Partindo de uma planta heterozigota para 1 loco, temos: % Homozigotos F1 100% Aa 0% F2 25% AA 50% Aa 25% aa 50% F3 37,5% AA 25%Aa 37,5%aa 75%

16. % Plantas Homozigotas • Onde: m = no de gerações de autofecundações • n= no de pares de genes em heterozigose EX: Suponha 5 gerações com 5 pares de genes R: % plantas homozigotos será de 85%

17. Variabilidade nas Espécies Autógamas • Variedades muito antigas • Ação conjunta de: • - Mutações naturais; • - Mistura mecânica de variedades; • Cruzamentos naturais.

18. B) Variedades recentes - São normalmente constituídas de um único genótipo, ou alguns poucos genótipos diferentes (2 a 4).

19. Simbologia utilizada na descrição de indivíduos populações e famílias Parentais - Feminino e masculino Progênies (hibridação ou auto-fecundação) - F e S

20. O símbolo F, derivado de planta filial, é amplamente utilizado pelos melhoristas: empregado em casos de hibridação entre duas linhagens, ou seja, quando a freqüência alélica nas gerações segregantes é igual a ½;

21. - Plantas da geração F1, derivadas de cruzamentos simples ou biparentais, são homogêneas geneticamente; - Geração F2 é derivada do intercruzamento dos F1’s ou da autofecundação (⊗) dos mesmos populações derivadas por ⊗ sucessivas estarão nas gerações Fn(F3, F4, F..., F∞). O índice do F sempre indica a geração da semente - embrião - e não da planta.

22. • F2 colhidas individualmente - As famílias derivadas serão simbolizadas por F 2:3 – o primeiro número do índice refere-se à geração da planta que originou a família e o segundo índice à geração utilizada para a sua avaliação .

23. O símbolo S será dado quando houver intercruzamento ao acaso de vários (seleção recorrente), ou quando a população segregante é proveniente do cruzamento de vários pais em proporções não definidas; A diferença básica é S0 é adotado para a população de referência ou em equilíbrio e, portanto, equivale à geração F2;

24. - F2 ou S0 colhidas individualmente, as famílias derivadas serão simbolizadas por F2:3, ou S0:1 o primeiro número do índice refere-se à geração da planta que originou a família e o segundo índice à geração utilizada para a sua avaliação.

25. Métodos I) Métodos para explorar a variabilidade genética existente nas populações 1) Introdução de linhagens; 2) Seleção massal: caracteres de alta h2 (precocidade na cultura do feijoeiro; resistência às doenças, etc.) Alta h2: onde há uma boa correspondência entre o fenótipo e o genótipo, ou seja, quando é pequena a influência do ambiente na manifestação do caráter.

26. 3) Seleção de Plantas Individuais com teste de progênie: caracteres de alta e baixa h2 (produtividade)

27. Introdução de linhagens: é considerado um método de melhoramento, pois contribui efetivamente para a melhoria do potencial genético em uma dada região. Visualizada sob dois enfoques: - introdução de germoplasma para ser utilizado como fonte de variabilidade em hibridações; - uso direto em uma dada região.

28. Procedimentos legais a serem seguidos na introdução - Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia (CENARGEN); - Lei de proteção de cultivares não há nenhuma restrição na utilização de linhagens provenientes de outros programas para fins de utilização em hibridação.

29. Art. 10. Não fere o direito de propriedade sobre a cultivar protegida aquele que: I - reserva e planta sementes para uso próprio, em seu estabelecimento ou em estabelecimento de terceiros cuja posse detenha; II - usa ou vende como alimento ou matéria -prima o produto obtido do seu plantio, exceto para fins reprodutivos; III -utiliza a cultivar como fonte de variação no melhoramento genético ou na pesquisa científica;

30. IV - sendo pequeno produtor rural, multiplica sementes, para doação ou troca, exclusivamente para outros pequenos produtores rurais, no âmbito de programas de financiamento ou de apoio a pequenos produtores rurais, conduzidos por órgãos públicos ou organizações não-governamentais, autorizados pelo Poder Público.

31. O texto da Lei •LEI Nº 9.456, DE 25 DE ABRIL DE 1997 • Institui a Lei de Proteção de Cultivares e dá outras providências http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/leis/L9456.htm

32. Identificar fontes de germoplasma Fonte de variabilidade em hibridações Ensaios de observação ou preliminares Ensaios de rendimento Preliminares Ensaios de adaptação preliminares Ensaios discriminatórios Ensaios de observação com repetição e Valor de Cultivo e Uso (VCU) Registro da cultivar (MAPA) Esquema de condução de populações introduzidas.

33. EX: ENSAIOS PRELIMINARES • Ensaios preliminares de 1º ano realizados a partir de F8; • Uso de 1 ou 2 repetições; 100 a 200 materiais; • Avaliação em único local; Uso de 1 ou 2 testemunhas. • Objetivo • - Fazer um “ranking” dos materiais; • - Ver o comportamento dos materiais em parcelas.

34. - Embora o melhorista não tenha criado as linhagens, deve utilizar de suas habilidades para identificar aquelas que deverão se recomendadas aos agricultores; - Com a lei de proteção de cultivares, para que ocorra a introdução de linhagens de outros programas nacionais há necessidade de um acordo formal entre as instituições envolvidas, para que o material recomendado possa se comercializado como semente.

35. 2) Seleção Massal • Em algumas espécies autógamas, tais como arroz e feijão, muitos agricultores não possuem o hábito de adquirir sementes anualmente. Nessa condição, é esperado que ocorra variabilidade dentro da “cultivar” em uso: - Variabilidade é devido a mistura mecânica de linhagens diferentes, cruzamentos e ocorrência de mutação.

36. 2) Seleção Massal (Cont.) • Utiliza basicamente a habilidade dos melhoristas em, visualmente, identificar os indivíduos genotipicamente superiores • Eficiente para caracteres de alta herdabilidade - Uma boa correspondência entre o fenótipo e o genótipo, ou seja, quando é pequena a influência do ambiente na manifestação do caráter.

37. 2) Seleção Massal (Cont.) √ Definição: Agregado de indivíduos em Bulk. • Objetivo: melhorar o nível geral da população pela seleção e reunião dos fenótipos superiores.

38. São selecionadas várias plantas formando uma população; • Fundamentada apenas no fenótipo dos indivíduos; • E eficiente para caracteres qualitativos (de alta herdabilidade); • E um método pouco utilizado isoladamente;

39. 2) Seleção Massal (Cont.) • Realiza-se apenas a seleção dos melhores indivíduos, através da eliminação dos piores; • É importante no melhoramento de variedades locais, em regiões agrícolas menos desenvolvidas e populações de plantas pouco melhoradas.

40. Método - Selecionam-se plantas com base em critérios visuais pré-determinados. Seleção negativa: Eliminar plantas indesejáveis da população. Seleção positiva: Selecionar plantas desejáveis. - As sementes são misturadas e semeadas para formar a população da geração seguinte.

41. X XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX X XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX Selecionam-se plantas com base em critérios visuais pré-determinados. As sementes são misturadas e semeadas para formar a população da geração seguinte. X XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXX ou Selecionam-se plantas com base em critérios visuais. As sementes são misturadas e semeadas para formar a população da próxima geração. O processo se repete. As linhagens selecionadas, poderão ser utilizadas individualmente para formar uma nova linhagem ou misturadas todas as sementes para formar uma variedade com mistura de linhas puras.

42. Aplicações: • Melhoramento de variedades indígenas ou nativas (método rápido sem necessidade de muitos testes) - Purificação de cvs existentes Eliminação de mutantes, híbridos naturais e misturas varietais. • EX: soja e feijão

43. Seleção massal envolve dois aspectos: A) Seleção de indivíduos • Seleção para um ou mais caracteres • Rápido e barato B) Amostragem das sementes •Sementes colhidas e misturadas • Plantio da próxima geração: amostra ou igual quantidade de sementes

44. Vantagens: - Barato - Rápido • Desvantagens • não é útil para seleção de características com baixa herdabilidade. • não se sabe se as plantas selecionadas estão em homozigose ou heterozigose. • não se sabe se os fenótipos superiores apresentam-se assim por causa da carga genética ou por causa do efeito ambiental.

45. 3) Seleção de plantas individuais com teste de progênie - Este método consiste na seleção individual de plantas feita na população original, seguida da observação de suas descendências, para fins de avaliação. - Nenhum genótipo é criado, apenas procura-se isolar os melhores genótipos já presentes na população heterogênea.

46. Esquema da seleção de plantas individuais com teste de progênie Seleção de plantas individuais com os padrões fenotípicos desejáveis dentro de uma população oriunda de uma mistura de amostras obtida entre agricultores. X XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX X XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX L1 L2 L3 L4 L5 L6L7 L8 L9 L10 L11 As sementes colhidas de cada planta são semeadas, formando uma linhagem. Avaliação das n linhagens e seleção das melhores linhagens para a etapa seguinte.

47. As linhagens selecionadas são extensamente avaliadas em experimentos com repetições. Esta etapa de avaliação é repetida em diferentes locais e anos. X XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX L2 L6 L7L9 X XXXXX X XXXXXXXXXXXXXXXXX L6 + L9 As linhas puras obtidas no final do processo seletivo, após todas as avaliações poderão ser mantidas isoladas constituindo novas cultivares, ou misturadas, se homogêneas, dando origem a uma Multilinha. X XXXXX X XXXXXXXXXXXXXXXXX L6 L9 X XXXXX X XXXXX L6 X XXXXX X XXXXX L9

48. II) Melhoramento por meio de hibridação Reunir em uma nova variedade os genes desejáveis que se encontram em duas ou mais linhagens, variedades ou espécies. 1) Seleção Genealógica ou “Pedigree” • Objetivo: combinar em um único genótipo um conjunto de genes desejáveis (segregação transgressiva).

49. Segregação Transgressiva: é a maximização de combinações gênicas favoráveis em um único indivíduo apresentando fenótipo superior ou inferior a ambos os progenitores.

50. 4.1) Seleção Genealógica ou “Pedigree” • Princípios Gerais: a) Crescimento de gerações iniciais (F2- F5) em linhas espaçadas de maneira a se estudar as plantas individualmente (seleção com teste de progênies: a seleção é feita com base na performance dos descendente ). b) Manutenção de anotações das relações: seleções/progênies.