Diversidade Biológica
(Biodiversidade)
Diversidade biológica (biodiversidade): significa a
variabilidade de organismos vivos de todas as
origens,
terrestres,
compreendendo,
marinhos
e
os
outros
ecossistemas
ecossistemas
aquáticos e os complexos ecológicos de que fazem
parte; compreendendo ainda a diversidade dentro
de espécies, entre espécies e de ecossistemas.
ORIGENS DA AGRICULTURA E DA DOMESTICAÇÃO
DE PLANTAS
De Candole (1866) – Plantas domesticadas muitas
vezes diferem mais entre elas do que dos seus
ancestrais selvagens.
Darwin (1868) – Plantas domesticadas diferem das
ancestrais selvagens a partir das mudanças
resultantes da seleção (tamanho, forma) no
processo de domesticação.
Vavilov (1926) – A região geográfica na qual a
diversidade genética é maior, corresponde à região
de origem, especialmente se as raças selvagens das
espécies relevantes estão presentes também nesta
região.
Oito centros de origem:
civilização x prática da agricultura.
Mais tarde tornou relativo este conceito e
desenvolveu um sistema de grupos ecológicos
baseado em características como fotoperíodo,
resposta a temperaturas e doenças.
• VAVILOV
• Primeira contribuição: brilhante geneticista,
hábil coletor e planejador de mais de 50
expedições de coleta de RGVs em todos os
continentes a partir de 1920.
• Primeiros bancos de germoplasmas na Rússia.
• Rápida modernização.
• VAVILOV
• Segunda contribuição: teoria da analogia
climática.
Para a seleção de espécies e variedades é
preciso levar em conta as condições climáticas
de origem e, sempre que possível, selecionar
materiais de regiões com clima similares aos
das regiões que se quer adaptar e cultivar.
Estas idéias deram origem aos CENTROS DE
DIVERSIDADE
• VAVILOV
• Terceira contribuição
• Habilidade em traduzir e relacionar o
conhecimento científico sobre RGVs em uso
econômico, adaptação e resistência à pragas e
moléstias.
• Importância dos parentes selvagens.
• Nikolai Ivanovich Vavilov (1887 – 1943) –
Botânico e Geneticista russo, mais conhecido
por ter identificado os centros de origem de
plantas cultivadas.
• Vavilov organizou uma série de expedições
agronômicas-botânicas e coletou sementes
nos mais variados pontos do planeta e criou,
em Leningrado (Hoje São Petersburgo) a maior
coleção de sementes do mundo para a época.
• Este banco de sementes foi heroicamente
preservada durante os 28 meses do cerco a
Leningrado
e
alguns
de
seus
assistentes
morreram de fome mas guardaram as sementes.
• Em 1940 Vavilov foi preso e mandado para a
Sibéria
como
defensor
de
pseudociência
burguesa (genética) e morreu na prisão de
subnutrição em 1943.
• HARLAN (1992)
• abandonou o conceito de centros de origem,
referindo-se a eles como ‘regiões ecológicas’.
• Convergência atual de quatro processos
ecológicos x genéticos x evolucionários, que
justificariam os padrões eco-geográficos de
variabilidade genética.
• HARLAN (1992)
1 - Condições ecológicas do Plioceno (5 milhões
a 1,8 milhão anos) ou pleistoceno (1,8 milhão
a 11.000 anos) direcionaram a seleção natural
em favor de poucas espécies selvagens com
propriedades que posteriormente confeririam
sucesso na agricultura.
• HARLAN (1992)
2 - Sistemas reprodutivos como autofecundação
e
reprodução
vegetativa
oportunizaram a rápida geração de novos
genótipos
superiores,
permitindo
a
manutenção das características de interesse, o
que poderia não ocorrer com a hibridização
com genótipos inferiores. Assim, o sistema
reprodutivo ajustou-se à condição agrícola;
• Mesolítico ou neolítico.
3 – Os tipos mais adaptados rapidamente se
espalharam para áreas geográficas com
diferentes ambientes;
• Início e desenvolvimento da civilização e
últimos cinco séculos.
4 - Aumento na adaptação dentro de ambientes
específicos levou a uma maior diferenciação
genética entre as populações domesticadas;
• Melhoramento moderno –final sec. 19 a sec.
21.
CENTRO DE ORIGEM X CENTRO DE
DIVERSIDADE
• Crítica:
Faltam
informações
para
determinar a origem real ou primária.
• “Mapa do tesouro” para a conservação
genética.
CENTRO DE ORIGEM X CENTRO DE DIVERSIDADE
• A partir de Vavilov, European Soc. Res. Plant
Breeding (EUCARPIA).
• Quatro Bancos de Germoplasma para a Europa.
• Noroeste: Inst. of Crop Science and Seed Res. –
Alemanha.
CENTRO DE ORIGEM X CENTRO DE
DIVERSIDADE
• Central e Leste – Leningrado
• Sul e Mediterrâneo – Bari – Itália
• Escandinávia – Suécia
CENTROS DE DIVERSIDADE GENÉTICA
VAVILOV (1916 a 1930) à coleta de plantas ao redor
do mundo
• Centros de origem: área geográfica na qual a
espécie foi originada.
• Centros de diversidade genética: local onde há
grande diversidade genética da espécie cultivada e
espécies relacionadas.
CENTROS DE ORIGEM E DIVERSIDADE
• Representam
locais
de
conservação
de
germoplasma “in situ”.
- São necessárias expedições de coleta para
obtenção do germoplasma.
CENTROS DE ORIGEM E DIVERSIDADE
• São fontes importantes de germoplasma apenas
para culturas que não possuem bancos de
germoplasma ou os bancos são incompletos, ou
ainda quando a característica desejada não é
encontrada
nos
bancos
de
germoplasma.
existentes.
• É a forma mais cara de obter germoplasma de
uma espécie.
1 - Centro Chinês: alface, soja, milheto; (136 sps)
2 - Centro Indiano: arroz, grão-de-bico, cana-de-açúcar, inhame, algodão arbóreo, manga (117 sps)
2 a - Centro Indo-maláio: banana, coco, inhame, cana-de-açúcar; (55 sps)
3- Centro Centro-Asiático: lentilha, grão-de-bico, ervilha, linho, centeio, trigo comum. (43 sps)
4 - Centro Oriente Próximo: alfafa, cevada, grão-de-bico, ervilha, lentilha, linho, centeio. (83 sps)
5 - Centro Mediterrâneo: aipo, trigo duro, grão-de-bico, hortelã, pimenta. (84 sps)
6 - Centro África Oriental: cevada, lentilha, grão-de-bico, ervilha, linho, café, sorgo. (38 sps)
7 - Messoamerica: milho, feijão, algodão herbáceo, cucurbitáceas.
8 - Centro Sul Americano (Peruano - Equatoriano - Boliviano): feijão, batatinha, batata-doce, fumo,
tomate. (62 sps)
8 a - Centro Chileno (Ilha de Chiloé): batatinha e moranguinho selvagem. (2 sps)
8 b - Centro Brasileiro - Paraguaio: mandioca, amendoim, abacaxi, seringueira.
Centro Brasileiro Paraguaio
Brasil -Passiflora
Brasil -Anonáceas
Guaraná (Paulinia cupana)
Seringueira (Hevea brasiliensis)
Pimenta (Capsicum spp.)
Urucum (Bixa orellana)
Germoplasma
• Material genético que constitui a base física da
herança e que se transmite de uma geração para
a outra por meio de células reprodutivas.
• Unidades físicas vivas que contém a composição
genética de um organismo particular, com a
habilidade de se reproduzir ⇒sementes, mudas,
estacas, “gemas”, etc.
Germoplasma de Plantas Aromáticas
Para que serve um banco de germoplasma?
• Razões para coletar germoplasma.
• O germoplasma está em perigo de erosão
genética ou extinção.
• Demanda pelo germoplasma por usuários em
âmbito nacional ou internacional.
• O conhecimento sobre o germoplasma deve ser
ampliado.
Para que serve um banco de
germoplasma?
• A diversidade genética do germoplasma está
sendo perdida ou é insuficientemente
representada nas coleções ex situ;
• Necessidade de conservar ex situ parentes
silvestres;
• Necessidade de se resgatar germoplasma em
áreas ameaçadas por impactos humanos ou
desastres naturais.
Como estabelecer um banco ou
coleção de germoplasma?
FORMAS DE CONSERVAÇÃO DO
GERMOPLASMA
• Os recursos genéticos são mantidos em condições
in situ, on farm, e ex situ.
• in situ: é realizada, basicamente, em reservas
genéticas, reservas extrativistas e reservas de
desenvolvimento sustentável.
• Pode
ser
organizada
também
em
áreas
protegidas, seja de âmbito federal, estadual ou
municipal.
• As
reservas
genéticas,
por
exemplo,
são
implantadas e mantidas em áreas prioritárias, de
acordo com a diversidade genética de uma ou
mais
espécies
de
reconhecida
científica ou sócio-econômica.
importância
• Teoricamente, essas reservas podem existir
dentro de uma área protegida, de uma reserva
indígena, de uma reserva extrativista e de uma
propriedade
privada,
entre
outras.
• Vantagens:
• possibilidade de conservar ampla variabilidade
genética;
• maior facilidade de conservar espécies com
sementes recalcitrantes;
• não é interrompido o processo evolutivo.
Desvantagens
• erosão genética: por enchentes, incêndios e
degradação (avanço de fronteiras agrícolas);
• alto
custo:
necessidade
de
levantamento
ecogeográfico e formação de reservas;
• custo sócio-econômico: áreas não podem ser
utilizadas para agricultura;
• dificuldade
preservação.
de
proteção
das
áreas
de
• on farm: pode ser considerada uma estratégia
complementar à conservação in situ, já que esse
processo também permite que as espécies
continuem o seu processo evolutivo.
• Envolve
recursos
genéticos,
especialmente
variedades crioulas - cultivadas por agricultores,
especialmente pelos pequenos agricultores, além
das comunidades locais, tradicionais ou não e
populações indígenas, detentoras de grande
diversidade de recursos fito-genéticos e de um
amplo conhecimento sobre eles.
• Esta diversidade de recursos é essencial para a
segurança alimentar das comunidades.
• Dentre os principais recursos fito-genéticos
mantidos a campo pelos pequenos agricultores
brasileiros estão a mandioca, o milho e o feijão.
• Outras espécies de raízes e tubérculos, plantas
medicinais e aromáticas.
• Manutenção desses materiais on farm, com
ênfase para as variedades crioulas, envolve
recursos nativos e exóticos adaptados às condições
locais.
• Outra particularidade é que estas variedades
crioulas, mesmo deslocadas de suas condições
naturais, continuam evoluindo na natureza, já que
estão permanentemente submetidas à diferentes
condições edafoclimáticas.
Estratégias de Conservação Ex situe In situ
• Ex situ
In situ
• Conservação de sementes
parques
• Coleções de campo
conservação Local
• Coleções in vitro
jardins caseiros
• Criopreservação
• Jardins botânicos
• EX SITU: é a manutenção das espécies fora de
seu habitat natural.
• Manutenção de recursos genéticos:
- Câmaras de conservação de sementes (-20º C),
- Cultura de tecidos (conservação in vitro),
- Criogenia:
para
o
recalcitrantes, (-196º C),
caso
de
sementes
• Laboratórios - para o caso de microorganismos, a
campo (conservação in vivo),
- Bancos de germoplasma - para o caso de
espécies vegetais.
• Características:
(i) preservar genes por séculos;
(ii) permitir que em apenas um local seja
reunido
material
genético
de
muitas
procedências, facilitando o trabalho do
melhoramento genético;
(iii) garantir melhor proteção à diversidade
intraespecífica, especialmente de espécies de
ampla distribuição geográfica.
OBS:
Este
método
implica,
entretanto,
na
paralisação dos processos evolutivos, além de
depender de ações permanentes do homem,
visto
concentrar
grandes
quantidades
de
material genético em um mesmo local, o que
torna a coleção bastante vulnerável.
Conservação ex situ
Conservação ex situ
a) Bancos de sementes:
• possibilidade de conservação de ampla
variabilidade genética;
• conservação a médio e longo prazo.
Conservação ex situ
• COFRE MUNDIAL DE SEMENTES – inaugurado
em 26/fev/2008
Lado exterior (esquerda) e o interior (direita) do cofre
de sementes do Svaldbard, Noruega.
Conservação criogênica
b) Bancos de germoplasma “in vivo”
• Especialmente espécies com sementes
recalcitrantes.
• Coleções de plantas vivas.
Ex.: jardins botânicos, coleções junto a bancos
de sementes;
• Exige maior área e é difícil de conservar boa
amostra da diversidade genética de uma
espécie.
Ex.: banana, dendê, café.
c) Bancos de germoplasma “in vitro”
• Cultura de tecidos.
• Conservação sob crescimento retardado.
• Exige protocolo apropriado para cada espécie
e/ou genótipo.
• Adequado para espécies com pouca ou
nenhuma produção de sementes ou com
sementes recalcitrantes.
• Ex.: batata, batata-doce, mandioca, alho.
BANCOS ATIVOS DE GERMOPLASMA
• Aqueles de propriedades de instituições de
pesquisa e/ou programas de melhoramento
genético, que representam genótipos com
utilidade
direta
em
programas
de
melhoramento.
• Dá-se prioridade a programas conduzidos em
ambientes semelhantes e com objetivos
semelhantes
ao
nosso
programa
de
melhoramento genético.
• Fonte primária de germoplasma para um
programa de melhoramento de plantas.
BANCOS DE GERMOPLASMA
• Apresentam a maior variabilidade genética
conservada ex-situ de uma espécie cultivada
(espécies silvestres aparentadas).
• Geralmente não se conhece o potencial genético
de boa parte da coleção.
• São fontes de genes para situações futura.
• No Brasil a EMBRAPA, através da Embrapa
Recursos
• Genéticos e Biotecnologia (CENARGEN), coordena
vários bancos de conservação de germoplasma
de espécies como amendoim, abacaxi, mandioca,
paspalum, e outras.
USO DE GENES DE ESPÉCIES SILVESTRES
• Vantagem:
• fonte de genes muitas vezes não disponíveis
na espécie cultivada.
• Desvantagens:
• possuem muitas características indesejadas;
• necessidade de retrocruzamentos;
• caracteres desejados e indesejados podem
estar ligados geneticamente.
Programas de melhoramento de plantas no
Brasil
– Instituições governamentais;
– EMBRAPA;
– EPAMIG, EMGOPA, IAC e IAPAR;
– Universidades Federais e Estaduais
– Empresas Iniciativa Privada (AGROCERES,
PIONEER, MONSANTO, ETC.).
Programas de melhoramento de plantas no
Mundo
Instituições Internacionais
– CIAT (Colômbia)- feijão, arroz e mandioca
– CIMMYT (México)- milho e trigo
– IRRI (Filipinas)- arroz
– ICARD (Síria)- trigo e cevada
– CIFOR (Indonésia)- essências florestais
– CIP (Peru)- batata
– IBPRG (Itália)- recursos genéticos
– IITA (Nigéria)- milho, mandioca e soja
– INIBAP (França)- banana
– WARDA (Costa do Marfin)- arroz
CONSERVAÇÃO DE RECURSOS GENÉTICOS
E SUA IMPORTÂNCIA PARA O
MELHORAMENTO DE PLANTAS
EROSÃO GENÉTICA
- perdas de alelos de uma determinada espécie e
espécies silvestres relacionadas.
CONSEQUÊNCIAS DA VULNERABILIDADE
GENÉTICA:
• Falta variabilidade genética para adaptação a
mudanças no ambiente ou para atingir novos
objetivos do melhoramento;
• perigo de epidemias de pragas e molétias;
• limitação do ganho genético.
GERMOPLASMA DE IMPORTÂNCIA PARA O
MELHORAMENTO DE PLANTAS:
a) parentes silvestres;
b) cultivares primitivas ou crioulas ou “land races”;
c) cultivares obsoletas;
d) cultivares modernas;
e) linhagens avançadas.
Hotspot: foi criado em 1988 pelo ecólogo inglês
Norman Myers.
Regiões de Hotspots: toda área prioritária para
conservação, isto é, de alta biodiversidade e
ameaçada no mais alto grau.
- É uma área com pelo menos 1.500 espécies
endêmicas de plantas e que tenha perdido mais de
3/4 de sua vegetação original.
1988: Myers identificou 10 Hotspots mundiais.
1996-1999: Russell Mittermeier: aumentou para 25
as áreas no planeta consideradas Hotspots.
- Juntas, elas cobriam apenas 1,4% da superfície
terrestre e abrigavam mais de 60% de toda a
diversidade
animal
e
vegetal
do
planeta.
fev/2005: identifica 34 regiões, hábitat de 75% dos
mamíferos, aves e anfíbios mais ameaçados do
planeta.
- Nove regiões foram incorporadas à versão de
1999.
- Somando a área de todos os Hotspots temos
apenas 2,3% da superfície terrestre, onde se
encontram 50% das plantas e 42% dos vertebrados
conhecidos.
Brasil há dois Hotspots: a Mata Atlântica e o
Cerrado.
No total são 34 zonas, incluindo a Mata Atlântica e
o cerrado brasileiro.
Atenção: os hotspots já perderam 70% da
vegetação original.