XVI Encontro de Geneticistas do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, de 27 à 29 de julho de 2008
Caracterização de populações de arroz vermelho do estado do Rio Grande
do Sul utilizando marcadores de microssatélites
Oliveira, Luiz Felipe Valter; Dornelles, Sylvio Henrique Bidel; Loreto, Élgion Lúcio da Silva; Sepel,
Lenira Maria Nunes.
Universidade Federal de Santa Maria - Email para contato: [email protected]
O arroz (Oryza sativa) é uma das bases mais importantes para a agricultura no mundo, sendo a principal fonte
nutritiva para mais da metade da população humana. O gênero Oryza atualmente está dividido em 22 espécies,
sendo que duas são cultivadas (Oryza glaberrima é cultivada na África, e Oryza sativa no resto do mundo). O
Rio Grande do Sul é responsável por 60% da produção de arroz irrigado no Brasil. Um dos principais entraves
para o aumento da produtividade desta cultura no RS é a presença de plantas daninhas nas várzeas arrozeiras. O
arroz vermelho é também classificado com Oryza sativa, possuindo necessidades fisiológicas por água, luz e
nutrientes em demandas muito próximas das cultivares. Por estes aspectos, o arroz vermelho é dito como a
principal planta invasora das várzeas arrozeiras. Diversos trabalhos já reportaram cruzamentos naturais entre
espécies do gênero Oryza. Este fenômeno ocorre principalmente entre espécies diplóides com o genoma AA,
sendo este o grupo mais estudado, pois é a estrutura genômica das duas espécies cultivadas. Recentemente foi
demonstrada a transferência, para o arroz vermelho, de genes provenientes de linhagens transgênicas ou
mutantes de arroz cultivar que tenham algum tipo de resistência, como o caso das linhagens Clearfield. Nosso
trabalho tem como objetivo caracterizar molecularmente populações de arroz vermelho, oriundas do Rio Grande
do Sul, com a utilização de marcadores de microssatélites, e contribuir para compreensão da dinâmica destas
populações e de suas interações com cultivares. As amostras utilizadas neste trabalho foram coletadas nas
principais regiões orizícolas do estado do Rio Grande do Sul, resultando em um total de 83 acessos de arroz
vermelho, todos apresentando variabilidade morfológica. Foram incluídas na análise: 5 cultivares antigas (Blue
Belle, Cica 9, Formosa, Japonês Grande e Lebonet), as cultivares mais utilizadas nos últimos 25 anos (IRGA 417
e IRGA 422CL), uma cultivar colombiana (Oryzica) e Oryza glumaepatula, como grupo externo. O DNA destes
materiais foi extraído a partir de plântulas com altura média de 7cm (0.01g). Os microssatélites (RM154,
RM204, RM212, RM422, RM454) foram selecionados a partir das informações disponíveis em Gramene.org
(http://www.gramene.org), por apresentarem de 25 a 30 repetições. As reações de PCR foram realizadas com um
volume final de 10 ul e para confirmar a amplificação, 5 ul dos amplicons foram aplicados em gel de agarose
0,8%. Se confirmada a amplificação, o restante da reação era desnaturada em tampão com formamida 90%, a
uma temperatura de 94ºC durante 5 minutos. Após esse processo, as amostras eram aplicadas em gel de
poliacrilamida 6% desnaturante, corados posteriormente com nitrato de prata. Após a revelação, os géis foram
digitalizados e suas bandas analisadas com o software Gel-Pro Analyser 3.1. A partir dos dados de presença ou
ausência de bandas, foi gerada uma filogenia com o software Paup* 4, através do método neighborjoin.
Tradicionalmente, o arroz vermelho vem sendo diferenciado das cultivares através de caracteres morfológicos
tais como: porte alto, panícula ereta, a semente mais curta e larga, possuindo o pericarpo avermelhado. Estas
eram as principais características que os produtores utilizavam para fazer o controle mecânico desta planta
invasora (arrancar as plantas manualmente). Analisando nossas coletas, percebemos que do total dos 83 acessos,
20 apresentavam porte alto, 55 médio e 8 baixo. Outro dado interessante é que 21 dos acessos possuíam panícula
ereta, 57 possuíam panícula nutante (padrão de cultivares) e 5 semi-nutante. Com os dados gerados pela análise
dos microssatélites nos acessos de arroz vermelho, percebeu-se que estes não ficavam agrupados de acordo com
o local de coleta. Por exemplo, o acesso MV1 procedente da cidade de Manuel Viana, fronteira oeste do Estado,
agrupou com GUA3 coletado em Guaíba, região leste do Estado (fig1). Os dados indicam que, provavelmente, o
arroz vermelho não possui populações isoladas e que devem existir mecanismos que favoreçam o
compartilhamento destes marcadores entre indivíduos das diferentes localidades. Quando são acrescentados os
dados de microssatélites das cultivares, elas ficam agrupadas com os acessos de arroz vermelho (fig 2), com
exceção de Blue Belle e Lebonet que formam um grupo isolado com um único acesso de arroz vermelho. Esses
dados podem ser interpretados com evidências de interações entre cultivares e arroz vermelho. Considerando que
o arroz vermelho geralmente está em menor número na lavoura e cercado por plantas da cultivar, a maior
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probabilidade de fecundação cruzada é entre indivíduos de arroz vermelho com cultivares. Até a década de 70,
eram utilizadas cultivares do tipo japônica (porte alto, ciclo tardio). Após a década de 80, passou a ser utilizado
no estado do RS, cultivares modernas, do tipo índica (baixas, panícula nutante, ciclo precoce). Durante 20 anos
(da década de 80 até início deste século) a cultivar com maior expressão de plantio no estado do RS foi a IRGA
417. No dendograma gerado a partir dos microssatélites analisados por nós, a cultivar IRGA 417 foi a que
agrupou com o maior número de acessos de arroz vermelho. Isso reforça a hipótese de que há fluxo gênico das
cultivares para o arroz vermelho e pode explicar as semelhanças dos padrões moleculares encontrados em
acessos de diferentes locais. Os dados morfológicos indicam a existência de uma forte seleção para que o arroz
vermelho fixe caracteres que dificultem sua identificação em campo, tornando-se morfologicamente mais
semelhante às cultivares. Quando essa tendência é associada ao que se observa nos dados moleculares, tem-se
boas evidências do processo de introgressão do genoma das cultivares no arroz vermelho. Levando e
consideração a hipótese de que o arroz vermelho está tornando-se cada vez mais semelhante às cultivares por
introgressão e seleção, é possível antecipar que dentro de alguns anos, haverá um número maior de acessos de
arroz vermelho semelhante a IRGA 422CL que atualmente é cultivada em 46% da área semeada do RS. Neste
trabalho foram identificados 6 possíveis híbridos de arroz vermelho com esta cultivar. Considerando que as
pressões seletivas criadas pela tecnologia Clearfield são muito mais intensas que a seleção para caracteres
morfológicos, espera-se um rápido aumento no número de plantas de arroz vermelho que possuam tolerância a
herbicidas, por cruzamento com o IRGA 422CL.
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OGLUM
ELD1
PEL3
OGLUM
PEL3
ELD3
VIA1
VIA2
ORZC
ALE5
AG1
CTÇB1
AG3
AG1
SM4
AG3
CP4
SM4
SP2
CP4
CT? B1
SP2
422CL
VIA1
CAND2
CPNE2
CP2
VIA3
CAM2
CAM6
CAM5
FAX2
GUA2
MOST3
REST2
ELD4
MT1
AG2
REST4
ALE3
VIA3
417
CAM2
SM5
CAM6
SM1
CAM5
ALE1
FAX2
SV2
MV1
URU3
OSO1
PS2
MV2
CRI2
SB2
PALS1
ITA4
DF1
ITA2
REST3
FAX3
SM5
CPV3
SM1
CPV2
ALE1
CAM3
PS2
SF4
MV2
ELD5
CRI2
SB2
PALS1
ITA4
ITA2
CPV1
CB1
ALE4
ALE2
SB5
SAP2
FAX3
PS5
CPV3
GUA3
CPV2
GUA1
CAM3
CPNE2
SF4
CICA9
ELD5
ALE5
CPV1
VIA2
CB1
ALE4
ALE2
SB5
SAP2
PNTG1
CAM1
CAM4
DF2
ITA1
MT2
PS5
RP1
GUA1
RS2
GUA3
SAP1
MOST3
SG1
ELD4
SG2
ALE3
SF2
AG2
SV1
ELD3
PNTG1
FAX1
FAX4
MOST1
DF4
URU2
CPNE1
SM2
FAX5
TOR2
FAX5
TA1
TOR2
SB6
SB6
CAND2
TA1
CP2
CAM1
GUA2
CAM4
REST4
DF2
REST2
ITA1
RP1
SG1
SAP1
MT2
MT1
JAPG
SV2
MV1
URU3
OSO1
DF4
DF1
URU2
REST3
CPNE1
FAX1
SM2
FAX4
SG2
MOST1
RS2
ELD1
SF2
BBELLE
SV1
Figura 1: Cladograma gerado com base em marcadores
de microssatélites de acessos de arroz vermelho.
LBNET
Figura 2: Cladograma gerado com base em marcadores
de microssatélites de acessos de arroz vermelho, Oryza
glumaepatula e cultivares.