2005-2006
Genética
e
Melhoramento de
Plantas
AULA 1
Por: Augusto Peixe
2005-2006
Corpo Docente:
Genética:
Aulas Teóricas: Profª Solange de Oliveira
Aulas Práticas: Profº Paulo Oliveira ?
Melhoramento de Plantas:
Profº Augusto Peixe
Profº Benvindo Maçãs
Locais de Aulas:
Salas atribuídas (NM-109 e 111)
Laboratório de Microbiologia do Solo
Laboratório de Melhoramento e Biotec. Vegetal
Atendimento aos alunos:
Módulo de Genética:
Solange Oliveira: Quarta-feira 14.30-16.30H Lab. Microbiologia do Solo
Módulo de Melhoramento:
Augusto Peixe: Lab. Melhoramento e Biotecnologia Vegetal
2005-2006
AVALIAÇÃO
2 frequências ou exame final + monografia
1ª Frequência = 40% da nota final
2ª Frequência = 40% da nota final
Exame = 80% da nota final
Monografia = 20% da nota final
Alunos com nota inferior a 7 valores na 1ª frequência não poderão realizar a
segunda. Poderão optar pela realização de exame.
(Cálculo da nota final – Exemplo)
1ª Frequência ( 8 x 0,4) + 2ª Frequência (10 x 0,4) + Monografia (13 x 0,2) =9,8
Nota final = 9,8 ⇒ 10
Calendário (PROPOSTA)
1ª Frequência – 4 Nov. 2005
2ª Frequência + Exame Final – 6 Jan. 2006
Exame de Recurso – 27 Jan. 2006
Entrega da monografia – 6 Jan. 2006
Para a determinação da nota final é indispensável a entrega da monografia na
data estipulada.
2005-2006
Normas para elaboração da monografia
Os alunos devem juntar-se em grupos de 3 e seleccionar uma espécie cultivada
em Portugal ou outra considerada importante para introdução nos sistemas de
agricultura (por ex. culturas energéticas).
A monografia deve incluir os seguintes itens:
1 – Título
2 – Resumo (1/2 pag.)
3 – Introdução (1/2 pag.)
4 – Revisão bibliográfica (que constituiu o corpo principal do trabalho) a incluir:
a) classificação botânica incluindo género, espécie (nome comum e nome
científico) e importância da espécie para os sistemas de agricultura em Portugal.
b) aspectos genéticos e citogenéticos (nº de cromossomas, nível de ploidia),
padrão de hereditariedade e evolução da espécie.
c) referência aos programas de melhoramento mais importantes, incluindo
localização e métodos usados.
d) Objectivos do melhoramento e tendências para futuro
5 – Conclusões onde o aluno deve expressar a sua própria visão sobre a evolução
do melhoramento genético da espécie.
Este trabalho não deve ultrapassar 10-12 páginas A4
2005-2006
Programa da disciplina (RESUMIDO)
Genética
- Genética Clássica
Genética mendeliana. Leis de Mendel e hereditariedade. Genótipo e
fenótipo. Gene, alelo e locus. Tipos de cruzamentos. Extensões da análise
mendeliana. Interacções entre genes (epistasia, redundância).
Variações de dominância. Alelos múltiplos; pleiotropismo.Hereditariedade
citoplasmática.
-Citogenética.
Autossomas e cromossomas sexuais; Estrutura dos cromossomas.
Alterações cromossómicas de estrutura (delecções, duplicações, inversões,
translocações) e de número (euploidia e aneuploidia). Poliploidia em
plantas.
-Genética Molecular
Replicação do DNA. Mutações genéticas. Expressão genética: transcrição
e tradução. Código genético. Organização de genes de eucariotas
-Genética de Populações
Frequências genotípicas e génicas. Lei de Hardy-Weinberg. Factores de
alteração genética: mutação, migração, selecção, sistema de acasalamento,
deriva genética, consanguinidade.
-Genética Quantitativa
Caracteres de variação contínua. Variância fenotípica e genotípica.
Heritabilidade e sua estimativa.
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Melhoramento de Plantas
- Sistemas reprodutivos das plantas cultivadas e a forma como estes
condicionam o melhoramento.
-Métodos e Técnicas de melhoramento clássicas:
-Melhoramento em autogâmicas: Definição de populações, Variedade
cultivada, Selecção massal, Selecção bulk, Selecção individual
(Pedigree), SSD – Single Seed Descend, Uso de duplo-haploides,
Retrocruzamento
-Melhoramento alogâmicas: Definição de populações, variedade
cultivada, Desenvolvimento de híbridos,Tipos de híbridos
-Estudo de casos: Melhoramento do trigo, milho grão-de-bico e videira
-Biotecnologia vegetal e o melhoramento de plantas
-Técnicas de cultura in vitro melhoramento. Cultura de Meristemas e
limpeza sanitária, Haploidização e produção de duplos-haploides, Cultura
de Protoplastos e produção de híbridos somáticos
-Melhoramento assistido por marcadores moleculares: Tipos de
marcadores e sua utilização.
-OGM(s). As diferentes etapas na produção de uma planta geneticamente
modificada
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Bibliografia recomendada
Para o módulo de Genética:
Griffiths, A., Miller, J., Suzuki, D., Lewontin, R.C., Gelbart, W. (2000) An Introduction
to Genetic Analysis, 7ª edição, Ed. W. H. Freeman, New York
Lewin, B. (1997) Genes VI, 6 ª edição, Oxford University Press, Oxford
Falconer, D.S. (1981) Introduction to Quantitative Genetics, 2ª edição, Longman,
New York
Tamarin, R. (1996) Principles of Genetics, 5ª edição, Ed. WCB, Dubuque
Weaver, R., Hedrick, P. (1997) Genetics, 3 ª edição, Ed. WCB, Dubuque
Brown, T.A. (2001) Gene Cloning and DNA Analysis: An Introduction. 4ª edição,
Blackwell Science Inc, London
Para o módulo de Melhoramento de Plantas:
Poehlmn, J. M., 1983 – Breeding Field Crops, 2nd Edition (2nd printing) AVI
Publishing Company, Inc. Westpost. Connecticut, 485pp. Só existe na Biblioteca a
tradução espanhola da primeira edição com o Título: “Mejoramiento Genetico de las
Cosechas).
Simmonds, N. W., 1979 – Principles of Crop Improvement, Longman Scientific &
Technical, 408pp. Existe na Biblioteca
Cubero, J. I., 2003 – Introducción la Mejora Genética Vegetal, 2ª Edición, Edicciones
Mundi-Prensa, 567pp.
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Genética aplicada ao Melhoramento de Plantas
Manual on-line em:
http://home.dbio.uevora.pt/~oliveira/Bio/Manual/index.html
Página Web da Disciplina:
http://evunix.uevora.pt/~apeixe/Ensino.htm
Outros Links com interesse:
http://www.plantbreeding.org/
2005-2006
Introdução
2005-2006
Genética (do grego genno γεννώ = fazer nascer):
Ciência dos genes, da hereditariedade e da
variação dos organismos. Ramo da biologia
que estuda a forma como se transmitem as
características biológicas de geração para
geração.
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As sub-divisões da genética
• Genética Clássica: Estuda os mecanismos de
transmissão dos genes entre os progenitores e a
descendência. Estuda também os assuntos
relacionado com a recombinação genica.
• Genética molecular: Estuda a estrutura molecular e
as funções dos genes.
• Genética das populações: Estuda a hereditariedade
em populações, para características controladas por
um ou por um numero reduzido de genes.
• Genética quantitativa: Estuda a hereditariedade de
características controladas por vários genes em
simultâneo.
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Melhoramento de Plantas:
Arranjo genético das plantas ao serviço do
homem (Frankel, 1958)
“Plant breeding is the current phase of crop evolution…”
(Simmonds, 1979)
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Objectivos do Melhoramento
• Aumento do potencial produtivo
• Melhorar a estabilidade de produção através do
aumento da resistência ou tolerância a factores de
stress biótico ou abiótico
• Melhorar a qualidade da produção
Para atingir estes objectivos é necessário:
– Suficiente variabilidade genética para
características culturais importantes
– Procedimentos de selecção adequados
– Sistemas eficazes de análise dos resultados
– Sistemas eficientes de propagação e distribuição
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Evolução do Melhoramento de Plantas
No inicio
Selecção de variedades locais levadas a cabo pelos agricultores
Variabilidade genética devida a:
-cruzamentos naturais com espécies botânicamente próximas
-mutações espontâneas (“sports”)
Últimos 200 anos
Variedades melhoradas, obtidas por geneticistas amadores ou
profissionais
Variabilidade genética devida a:
-cruzamentos planeados
-mutações induzidas
Últimos 30 anos
Variedades melhoradas por melhoradores profissionais
Variabilidade genética devida a:
-Cruzamentos planeados
-Hibridação com ancestrais
-Mutações induzidas, incluindo as resultantes da cultura de tecidos
-Transformação genética
-Melhoramento assistido por marcadores moleculares
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Conceitos Básicos
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DNA, Genes e Cromossomas
- O material genético, tanto em
procariotas
como
em
eucariotas
é
o
DNA
(deoxyribonucleic acid).
- O DNA é formado por duas
cadeias em forma de dupla
hélice,
cada
uma
constituída por nucleótidos.
Os
nucleótidos
são
formados por um açúcar,
no caso a desoxirribose,
um grupo fosfato e uma
base.
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-Há quatro bases no DNA: A (Adenina), G (Guanina),
C(Citosina) e T (Tiamina. No RNA, U (Uracilo) substitui T.
- A sequência da bases determina a informação genética.
- Genes são sequências especificas de nucleótidos que
asseguram a transmissão da informação genética de
geração em geração.
-O material genético celular está organizado em
cromossomas
- Os procariotas têm normalmente um
cromossoma circular
- Os eucariotas têm normalmente:
• i. Cromossomas lineares no núcleo, variando em
número consoante a espécie.
• ii. DNA predominantemente circular nos organelos
citoplasmáticos como as mitocôndrias e os
cloroplastos
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Transmissão da Informação Genética
• 1. A transmissão das características entre gerações foi
postulada pela primeira vez por Gregor Mendel, nos
meados do século XIX, em trabalho realizado com ervilhas.
– a. Ele seleccionou lotes que diferiram em traços
particulares (e.g., sementes lisas ou enrugadas, flores
roxas ou brancas)
– b. Após ter feito cruzamentos entre os lotes
seleccionados ele contou a aparência dos traços na
descendência
e
analisou
os
resultados
matematicamente
– c. Concluiu que cada organismo contem duas cópias
de cada gene, um de cada pai, e que existem versões
alternativas dos genes (alelos)
(ex., os alelos
responsáveis pela cor da semente de ervilha são
amarelos, Y, e verde, y).
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•2.Um individuo que apresenta os mesmos alelos para uma
determinada característica é homozigótico (e.g., YY or yy). Se
apresenta dois alelos diferentes para essa mesma característica é
heterozigótico (e.g., Yy)
•3.Ao conjunto completo de genes de um organismo chama-se
genótipo. Ao conjunto de características directamente observáveis
num individuo chama-se fenótipo. O fenótipo é o resultado da
informação contida nos genes e da sua interacção com o ambiente.
•4.Analisando os factores que controlavam o fenótipo das ervilhas
com a quais trabalhou, Mendel postulou o seguinte:
– Os factores (agora chamados genes) segregam aleatóriamente
quando da formação dos gâmetas (Primeira Lei de Mendel:
Principio da Segregação).
– Cada característica hereditária é transmitida independentemente
das demais. (Segunda Lei de Mendel: Principio da Independência
dos Caracteres).
– Mendel formulou ainda os conceitos de dominância, segundo os
quais os seres híbridos apresentam um carácter dominante que
encobre segundo determinadas proporções o chamado carácter
recessivo, ou seja, os seres híbridos, resultados do cruzamento
entre seres portadores de caracteres dominantes e recessivos,
apresentam as características de dominância.
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Um exemplo das leis de Mendel é a
hereditariedade da cor das sementes em
ervilha:
i. Linhas puras homozigóticas com sementes
amarelas (YY) são cruzadas com linhas
puras homozigóticas com sementes verde
(yy).
ii. A descendência (F1) tem sementes
amarelas e um genótipo heterozigótico (Yy).
iii. Fazendo um cruzamento entre a
descendência, por auto-polinização, obtémse na F2: 3 amarelos:1 verde, com relações
genótipicas de 1 YY : 2 Yy : 1 yy.
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Expressão da Informação Genética
• 1. A expressão genica é o processo através do
qual um gene produz seu produto e o produto
realiza sua função
• 2. Beadle and Tatum (1941) mostraram que
em fungos Neurospora crassa existe uma
relação entre um gene e cada uma das
proteínas intervenientes num determinado
processo bioquímico. Este investigadores
formularam então a hipótese: um gene uma
enzima (agora modificada para um gene um
polipeptídeo, já que nem todas as proteínas são
enzimas e algumas requerem mais do que um
polipeptídeo).
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• 3. A produção das proteínas divide-se em duas etapas:
– a. Transcrição: envolvendo uma enzima (RNA
polymerase) produz-se uma cadeia de RNA usando
como modelo parte de uma das cadeias de DNA.
Existem vários tipos de RNA:
• i. RNA mensageiro (mRNA).
• ii. RNA de transferência (tRNA).
• iii. RNA ribossomal (rRNA).
– b. Tradução: conversão nos ribossomas, da
informação contida no mRNA em sequências de
aminoácidos de uma proteína.
• 4. Apenas alguns genes de uma célula estão activos num
dado momento. Essa actividade varia também de tecido
para tecido e com a fases de desenvolvimento de um
organismo, não estando totalmente explicada a forma
como a expressão genica é regulada.
2005-2006
Origem da variação genética
• As diferenças genéticas entre organismos derivam de
mutações, recombinações e selecção, sendo todas elas
necessárias para o processo de evolução.
– a. Mutações (alterações hereditária no material genético)
podem ser espontâneas ou induzidas. Só as que
escapam ao mecanismo celular de reparação do DNA,
podem ser transmitidas à descendência.
– b. Recombinações (modificações no material genético)
produzidas por enzimas que cortam e voltam a unir a
cadeias de DNA
• i. Em eucariotas, a recombinação devida ao
crossing-over é comum na meiose.
– c. Selecção (determinadas combinações de genes são
mas favorecidas num dado ambiente). Trabalho de
referência ‘A selecção natural das espécies’ de Darwin.
A sua consequência principal consiste na mudança da
frequência dos genes que afectam características sob a
selecção. Os diferentes genótipos contribuem com
alelos para a geração seguinte em proporção a sua
vantagem selectiva.
2005-2006
Divisão Celular
Os
genes
são
transmitidos
à
descendência durante a reprodução. A
segregação dos cromossomas resulta
na segregação dos genes durante a
meiose
Rever Mitose e Meiose
2005-2006
O Ciclo de vida em angiospérmicas