MELHORAMENTO DE
PLANTAS
1. Teoria das Linhas Puras
2. Seleção em Plantas Autógamas
Espécies autógamas
• A autofecundação sucessiva leva a homozigose
genótipo homozigótico
- linhagem - ou mistura de linhas fenotipicamente
semelhantes
• A variabilidade genética ocorre devido à
presença de diferentes genótipos homozigotos
AA AA
AA AA
AA
aa aa
aa
aa
aa
Fixação de caracteres genéticos
Espécies autógamas
• Os indivíduos transmitem o seu genótipo para os
descendentes, quando totalmente endogâmicos
• Nas espécies autógamas, os genótipos são fixados,
e por isso são reproduzidos com precisão
F= G + E1 + GE1
Genitor
F= G + E2 + GE2
Descendentes
• O agricultor poderá multiplicar sua própria semente
Variabilidade nas Espécies Autógamas
• Variedades muito antigas
– Ação conjunta de:
• Mutações naturais
• Mistura mecânica de variedades
• Cruzamentos naturais
• Cultivares
– São normalmente constituídas de um único genótipo,
ou alguns poucos genótipos diferentes
Simbologia utilizada na
descrição de indivíduos,
populações e famílias
Parentais
• Feminino e masculino
Progênies (hibridação ou autofecundação)
• FeS
• O símbolo F:
– Derivado da palavra Filial
– Amplamente utilizado pelos melhoristas
– Emprego em casos de hibridação entre duas
linhagens, ou seja, quando a freqüência alélica
nas gerações segregantes é igual a ½.
• Plantas da geração F1, derivadas de cruzamentos
simples ou biparentais, são homogêneas
geneticamente
• Geração F2
– Derivada do intercruzamento dos F1’s ou da
autofecundação dos mesmos
• Populações derivadas por sucessivas
autofecundações estarão nas gerações
Fn (F3, F4, F..., F∞)
F2 colhidas individualmente
• As famílias derivadas serão simbolizadas
por F2:3
– 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.
• Exemplo: uma população F2:n,
corresponderá a avaliação de famílias
derivadas de plantas F2 na geração n
• O Símbolo S – duas opções
S 0 = F1
S 0 = F2
S 1 = F2
S 1 = F3
S 2 = F3
S 2 = F4
S 3 = F4
S 3 = F5
Efeito da endogamia na constituição genética das
populações segregantes
• Com o decorrer das autofecundações a freqüência de
homozigotos aumenta e a de heterozigotos diminui.
– O número de plantas necessário para manter todos os
alelos em homozigose diminui
Seleção: prática antiga
• Vilmorim (1843)
• Demonstrou diferença nos efeitos da
seleção em autógamas e alógamas
• Efeitos da seleção:
– Trigo
• 4 variedades – Selecionou as melhores
plantas por vários anos. Não observou
nenhum ganho.
– Beterraba açucareira
• Seleção para maior teor de açúcar (1850 a 1862)
• Final do século XIX, a seleção de linhas
puras passou a ser um método
organizado de melhoramento
Teoria das linhas puras
• Desenvolvida pelo botânico
dinamarquês W.L.
Johannsen em 1903, que
conduziu uma série de
experimentos com a
variedade de feijão
Princess
W. L.Johannsen (1857 - 1927)
www.wjc.ku.dk/wilhelm/
• Utilizou um lote de sementes de diferentes
tamanhos no qual investigou o efeito da
seleção sobre o peso médio das
sementes das progênies
Hipótese: diferenças de origem genética
• Separou as sementes
em dois grupos:
– Sementes grandes
– Sementes pequenas
Feijão
Var. Princess
• Avaliou as progênies
Sementes
vários tamanhos
• Sementes de vários tamanhos
– 19 linhas (A a T)
• Cada lote com peso médio
característico
– Linha mais pesada – sementes de
maior peso médio
– Linha mais leve – sementes de
menor peso médio
– Valores intermediários – se
mantinham
www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/e13/13.htm
Separação em grupos e análise por seis gerações
Teoria das linhas puras de Johannsen
www.mun.ca/biology/scarr/2900_Natural_Selecti...
• Lote de sementes = mistura de linhas puras
• Sementes de diversos tamanhos dentro da
progênie
– Variabilidade menor que o lote original
• Hipótese: variabilidade não era de natureza
genética
Proporção de Indivíduos Homozigóticos
• Após determinado número de gerações de
autofecundação:
Conclusão
• Seleção dentro das linhas não produziu
resultado
– (indivíduos tinham o mesmo genótipo)
• Porém, na população original a seleção foi
eficiente
Aspectos relevantes do trabalho de Johannsen
 Conceito de linha pura
 Populações de plantas:
 Variações hereditárias
 Variações não-hereditárias
 Seleção não cria variabilidade
 Seleção modifica o caráter da população subsequente
Métodos de Melhoramento de
Espécies Autógamas
1) Métodos para explorar a variabilidade
genética existente nas populações
– 1.1. Introdução de linhagens
– 1.2. Seleção massal - caracteres de alta h2
– 1.3.Seleção de Plantas Individuais com teste de
progênie (caracteres de alta e baixa h2 )
xxxxxxxxxx
X
População x x x
X
xxxxxxxxxx
xxxxx
Escolha de indivíduos
Não há criação de novos genótipos
2) Métodos em que a variabilidade deve ser
ampliada artificialmente
2.1. Método
2.2. Método
2.3. Método
2.4. Método
da População (Bulk)
do Genealógico (Pedigree)
do SSD (Single Seed Descent)
do Retrocruzamento (caracteres qualitativos)
1.1. Introdução de linhagens
• 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.
1.1. Introdução de linhagens (cont.)
• Procedimentos legais a serem seguidos na
introdução
– Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia
(CENARGEN)
• Lei de Proteção de Cultivares
Art. 10. Não fere o direito de propriedade sobre a cultivar protegida aquele que:
Art.
Art. 10.
10. Não
Não fere
fere oo direito
direitode
de propriedade
propriedadesobre
sobreaacultivar
cultivarprotegida
protegidaaquele
aqueleque:
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;
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.
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
Identificar fontes de germoplasma
Ensaios
preliminares
Ensaios de
rendimento
Fonte de
variabilidade
Ensaios de
adaptação
Ensaios com repetição
Valor de Cultivo e Uso (VCU)
Registro da cultivar (MAPA)
Esquema de condução de população introduzida
1.1. Introdução de linhagens (cont.)
• O trabalho do melhorista, também nesse caso, é
fundamental
– Embora ele não tenha criado as linhagens, deve utilizar de
suas habilidades para identificar aquelas que deverão ser
recomendadas aos agricultores
1.2. 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
1.2. 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.
1.2. Seleção Massal (cont.)
• Progênies de muitas linhas puras são combinadas
para formar uma nova cultivar
• Hipótese:
– Fenótipo ≡ Genótipo
• Eficiente para caracteres qualitativos e de alta
herdabilidade
1.2. Seleção Massal (cont.)
• Para melhorar a eficiência do método, o melhorista
pode ajustar a intensidade de seleção à
herdabilidade do caráter
• Indicado também para aqueles caracteres que são
pouco influenciados pela densidade de semeadura
– necessidade que as plantas sejam mais
espaçadas para facilitar a seleção visual.
Seleção Massal - Características:
• Seleção de grande número de indivíduos da população
–
–
–
–
–
–
–
Pop. com significativo grau de homozigose
Deve haver variabilidade
Tamanho da população x variabilidade e recursos
Seleção de indivíduos (espaçamento)
Colheita das sementes
Seleção de centenas de plantas
As sementes das plantas selecionadas são colhidas e
MISTURADAS (Ensaios comparativos)
Seleção Massal
•
•
•
•
A etapa de seleção pode ser repetida
Pressão de seleção
Uso mais limitado
Duas importantes funções:
– 1a – Seleção em variedades locais
• Ex.: linhas precoces e tardias
– 2a – Purificação de cvs existentes
• Eliminação de mutantes, híbridos naturais e
misturas varietais
Considerações gerais
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 proxima geração: amostra ou igual quantidade
de sementes
Vantagem
• Rápido e barato para aumentar a
frequência de genótipos desejáveis numa
população
Desvantagens
• Somente em ambientes onde o caráter se
expressa
• A efetividade depende da h2
Esquema de condução de seleção massal
Selecionam-se plantas com base em critérios
visuais pré-determinados. As sementes são
misturadas e semeadas para formar a população
da geração seguinte
NOVAS SELEÇÕES. REPETE-SE O PROCESSO
As linhagens selecionadas poderão
ser utilizadas individualmente para
formar uma nova linhagem
OU
misturar todas as sementes
para formar uma variedade com
mistura de linhas puras
1.3. Seleção de plantas individuais com teste de progênie
Seleção individual de plantas feita na população original, seguida
da observação de suas descendências, para fins de avaliação
Isolam-se os melhores genótipos já presentes na população
heterogênea
Nova variedade é constituída de uma única linha pura
1.3. Seleção de plantas individuais com teste de
progênie (cont.) - TRÊS ETAPAS
1a
ETAPA
• Seleção
grande
número de
indivíduos da
população
2a ETAPA
• Plantio das
progênies de
plantas
individuais
selecionadas
• Em linhas ou
pequenas
parcelas
individuais
3ª ETAPA
• Experimentos
com repetição
1ª Etapa
Número de
indivíduos
selecionados
depende:
• Variabilidade
• Disponibilidade de recursos físicos
e financeiros
• Selecão por indivíduo
• Espaçamento
• Colheita de sementes / 200 a
1000 plantas
2a ETAPA
Estratégia
50% das sementes
Semeadas (época)
50% das sementes
Armazenadas
(condições adequadas)
2a ETAPA
Teste de progênie
• Repetido por uma ou mais gerações
• Pressão de seleção
• Seleção de plantas das linhas:
• Uniformidade + característica
desejada
Colheita das sementes
3a ETAPA
Comparação
Linhas entre si
Linhas x cultivares
Avaliar a capacidade produtiva e outros
Demanda grande quantidade de sementes
Experimentos em múltiplos locais e anos
VCU
Esquema da seleção de plantas
individuais com teste de progênie