Diversidade genética
para conservação e melhoramento genético
de espécies florestais:
cenário atual, instrumentos e perspectivas.
Vânia C. Rennó Azevedo Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia Brasília, DF Encontro Interinstitucional de Restauração, Conservação e Economia Florestal , 25/1/15 Recursos Genéticos e Biotecnologia
Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia Preservando o passado e antecipando o futuro: os saberes tradicionais e as tecnologias de ponta em um só compasso A conservação na Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia
v  1976 – Criação dos primeiros 10 BAGs da Embrapa v  1980 – Programa Nacional de Recursos Genéticos v  1983 – RG Animais foram incluídos no Programa v  1985 – RG Microbianos foram incluídos v  1994 – PNP-‐RG, um dos 16 PNPs da Embrapa v  2003 – RENARGEN, 1 projeto com 11 subprojetos v  2009 – Plataforma Nacional de Recursos Genéticos, 4 projetos com mais de 30 subprojetos v  2015 – Portfólio REGEN 137 bancos de plantas Bancos na Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia
ColBase: mais de 127.000 acessos de mais de 600 espécies 2009 - 2015
Plataforma Nacional de Recursos Genéticos
Rede Transversal
Integração das Redes de Recursos Genéticos
Rede
Vegetal
R$ 3,5 milhões/ano
Rede
Animal
Rede
Microbiana
150 Planos de Ação e 805 A3vidades Cereais e Pseudocereais BAG Arroz Aveia Centeio Cevada Milheto Milho Milho subtropical Pseudocereais Sorgo Trigo Triticale Curador Paulo Hideo Nakano Rangel Adeliano Cargnin Adeliano Cargnin Adeliano Cargnin Déa Alécia Martins Netto Flávia França Teixeira Beatriz Marti Emygdio Walter Quadros Ribeiro Júnior Déa Alécia Martins Netto Adeliano Cargnin Adeliano Cargnin Unidade da Embrapa Embrapa Arroz e Feijão Embrapa Trigo Embrapa Trigo Embrapa Trigo Embrapa Milho e Sorgo Embrapa Milho e Sorgo Embrapa Clima Temperado Embrapa Cerrados Embrapa Milho e Sorgo Embrapa Trigo Embrapa Trigo Número de acessos 27050 480 116 2314 1740 3922 132 1031 7215 15118 290 Oleaginosas, Fibrosas e Leguminosas BAG Algodão Amendoim Arachis silvestre Canola Cártamo Curauá Ervilha Faveleira Feijão Feijão caupi Feijão fava Feijão vagem Gergelim Girassol Grão de bico Lentilha Linho Mamona Moringa Oliveira Pinhão Manso Sisal Soja Curador Lúcia Vieira Hoffmann Roseane Cavalcanti dos Santos José Francisco Montenegro Valls Adeliano Cargnin Nair Helena Castro Arriel Osmar Alves Lameira Warley Marcos Nascimento Nair Helena Castro Arriel Joaquim G. Caprio da Costa Irajá Ferreira Antunes Kaesel Jackson Damasceno e Silva Marilia Lobo Burle Warley Marcos Nascimento Nair Helena Castro Arriel Larissa Alexandra Cardoso Moraes Warley Marcos Nascimento Warley Marcos Nascimento Beatriz Marti Emygdio Máira Milani Ana Veruska Cruz da Silva Muniz Enilton Fick Coutinho Nair Helena Castro Arriel João Luis da Silva Filho Marcelo Fernandes de Oliveira Unidade da Embrapa Embrapa Algodão Embrapa Algodão Embrapa Cenargen Embrapa Trigo Embrapa Algodão Embrapa Amazônia Oriental Embrapa Hortaliças Embrapa Algodão Embrapa Arroz e Feijão Embrapa Clima Temperado Embrapa Meio Norte Embrapa Cenargen Embrapa Hortaliças Embrapa Algodão Embrapa Soja Embrapa Hortaliças Embrapa Hortaliças Embrapa Clima Temperado Embrapa Algodão Embrapa Tabuleiros Costeiros Embrapa Clima Temperado Embrapa Algodão Embrapa Algodão Embrapa Soja Número de Acessos 896 228 1300 94 911 58 837 70 16447 3942 262 580 1433 2060 748 100 1000 650 23 50 189 37 18024 Hortaliças e Condimentares BAG Curador José Flávio Lopes Francisco Vilela Resende/Valter R. de Oliveira Eduardo Machado Cruz Paulo Eduardo de Melo/ Mateus Figueiredo Eduardo Machado Cruz Rosa Lia Barbieri Capsicum Marli Costa Poltronieri Daniela Lopes Leite Cebola Caroline Jacome Costa Cenoura Rosa Lia Barbieri Cucurbitáceas Nuno Rodrigo Madeira Hortaliças não convencionais Mandioquinha salsa (batata baroa) Nuno Rodrigo Madeira Jairo Vidal Vieira Melancia Francisco Vilela Resende/Valter R. de Oliveira Melão José Flávio Lopes Pepino Oriel Filgueira de Lemos Pimenta do reino (BAG Piper) Leonardo Silva Boiteux Quiabo José Lindorico de Mendonça Solanum silvestre Fabio Akiyoshi Suinaga Tomate Abóboras e morangas Alho Berinjela Brassicáceas Unidade da Embrapa Embrapa Hortaliças Embrapa Hortaliças Embrapa Hortaliças Embrapa Hortaliças Embrapa Hortaliças Embrapa Clima Temperado Embrapa Amazônia Oriental Embrapa Clima Temperado Embrapa Clima Temperado Embrapa Clima Temperado Embrapa Hortaliças Embrapa Hortaliças Embrapa Hortaliças Embrapa Hortaliças Embrapa Hortaliças Embrapa Amazônia Oriental Embrapa Hortaliças Embrapa Hortaliças Embrapa Hortaliças Número de Acessos 3089 144 783 100 1766 280 32 201 74 480 85 55 369 325 1482 10 270 333 1100 Forrageiras BAG Curador Unidade da Embrapa Alfafa Amendoim forrageiro Azevém Brachiaria Capim buffel Capim elefante Desmanthus Forrageiras de importância para a Região MN Forrageiras de importância para a Região Sul Forrageiras de importância para o Cerrado Forrageiras de importância para o Pantanal Panicum Paspalum Stylosanthes Maurício Marini Köpp Giselle Mariano Lessa de Assis Andréa Mittelmann Cacilda Borges do Valle José Nilton Moreira Juarez Campolina Machado José Henrique de Albuquerque Rangel Raimundo Bezerra de Araujo Neto Ana Cristina Mazzocato Marcelo Ayres Carvalho Sandra Aparecida Santos Liana Jank Alessandra Pereira Fávero Rosângela Maria Simeão Resende Embrapa Pecuária Sul Embrapa Acre Embrapa Clima Temperado Embrapa Gado de Corte Embrapa Semiárido Embrapa Gado de Leite Embrapa Tabuleiros Costeiros Embrapa Meio Norte Embrapa Pecuária Sul Embrapa Cerrados Embrapa Pantanal Embrapa Gado de Corte Embrapa Pecuária Sudeste Embrapa Gado de Corte Número de Acessos 148 92 240 670 117 111 109 210 148 5538 55 430 318 1308 Frutíferas BAG Abacate Abacaxi Acerola Bacuri Banana Baru Caju Camu-‐camu Castanha do Brasil Citros Coco Cupuaçu Fruteiras nativas da Região Meio Norte Fruteiras nativas da Região Norte Fruteiras nativas da Região Sul Jenipapo Maçã Mamão Manga Mangaba Curador Tadeu Graciolli Guimarães Fernanda Vidigal Duarte Souza Rogério Ritzinger/Cristina Machado José Edmar Urano de Carvalho Maria Clideana Cabral Maia Janay Almeida dos Santos Serejo Tadeu Graciolli Guimarães Ana Cecília Ribeiro de Castro Walnice Maria Oliveira Nascimento Walnice Maria Oliveira Nascimento Orlando Sampaio Passos Semiramis Rabelo Ramalho Ramos Aparecida das Graças Claret de Souza Rafael Moysés Alves Raimundo Pinheiro Lopes Filho Maria das Graças Rodrigues Ferreira Edvan Alves Chagas Maria Clideana Cabral Maia Aparecida das Graças Claret de Souza Rodrigo Franzon Ana da Silva Lédo Paulo Ricardo Dias de Oliveira Jorge Luiz Loyola Tadeu Graciolli Guimarães Nelson Fonseca Maria Clideana Cabral Maia Francisco Pinheiro Lima Neto José Teodoro de Melo Maria Clideana Cabral Maia Josué Francisco Silva Junior Unidade da Embrapa Embrapa Cerrados Embrapa Mandioca e FruScultura Embrapa Mandioca e FruScultura Embrapa Amazônia Oriental Embrapa Meio Norte Embrapa Mandioca e FruScultura Embrapa Cerrados Embrapa Agroindústria Tropical Embrapa Amazônia Oriental Embrapa Amazônia Oriental Embrapa Mandioca e FruScultura Embrapa Tabuleiros Costeiros Embrapa Amazônia Ocidental Embrapa Amazônia Oriental Embrapa Amapá Embrapa Rondônia Embrapa Roraima Embrapa Meio Norte Embrapa Amazônia Ocidental Embrapa Clima Temperado Embrapa Tabuleiros Costeiros EPAGRI parceria Uva e Vinho Embrapa Mandioca e FruScultura Embrapa Cerrados Embrapa Mandioca e FruScultura Embrapa Meio Norte Embrapa Semiárido Embrapa Cerrados Embrapa Meio Norte Embrapa Tabuleiros Costeiros Número de Acessos 39 624 156 85 77 259 17 588 120 10 647 36 247 192 89 81 8 112 17 76 172 444 243 94 141 136 161 15 253 33 Frutíferas BAG Maracujá Morango Murici Pequi Pera Pitaya Prunóideas Psidium Spondias Tâmara Taperebá Umbu Uva Curador Fábio Gelape Faleiro Onildo Nunes de Jesus Francisco Pinheiro de Araújo Daniela Lopes Leite José Edmar Urano de Carvalho José Teodoro de Melo Patrícia Silva Ritschel Nilton Tadeu Vilela Junqueira Maria do Carmo Bassols Raseira Carlos Antonio Fernandes Santos Cristina de Fátima Machado Rita de Cássia Souza Dias Rafael Moysés Alves Visêldo Ribeiro de Oliveira João Dimas Garcia Maia Patrícia Coelho de Souza Leão continuação Unidade da Embrapa Embrapa Cerrados Embrapa Mandioca e FruScultura Embrapa Semiárido Embrapa Clima Temperado Embrapa Amazônia Oriental Embrapa Cerrados EPAGRI parceria Uva e Vinho Embrapa Cerrados Embrapa Clima Temperado Embrapa Semiárido Embrapa Mandioca e FruScultura Embrapa Semiárido Embrapa Amazônia Oriental Embrapa Semiárido Embrapa Uva e Vinho Embrapa Semiárido Número de Acessos 150 200 68 20 17 15 200 43 924 160 29 14 35 79 1385 257 Medicinais BAG Amburana cearensis Espinheira santa Funcho Ginseng-‐brasileiro Guaco Lippia Medicinais, Biocidas e Aromáticas da Amazônia Ocidental Medicinais da Amazônia Oriental Medicinais de importância para o Cerrado Menta Nim indiano Ora-‐pro-‐nobis Piper (Pimenta-‐longa e Pimenta de Macaco) Timbó Urucum Curador Ana Valéria Vieira de Souza Rosa Lia Barbieri Valderês Aparecida de Sousa Roberto Fontes Vieira Roberto Fontes Vieira Roberto Fontes Vieira Roberto Fontes Vieira Francisco Célio Maia Chaves Osmar Alves Lameira Roberto Fontes Vieira Dijalma Barbosa da Silva Ana Veruska Cruz da Silva Muniz Roberto Fontes Vieira Jacson Rondinelli da Silva Negreiros Fernanda Ilkiu Borges de Souza Marli Costa Poltronieri Unidade da Embrapa Embrapa Semiárido Embrapa Clima Temperado Embrapa Florestas Embrapa Tabuleiros Costeiros Embrapa Cenargen Embrapa Cenargen Embrapa Cenargen Embrapa Amazônia Ocidental Embrapa Amazônia Oriental Embrapa Cenargen Embrapa Cenargen Embrapa Tabuleiros Costeiros Embrapa Cenargen Embrapa Acre Embrapa Amazônia Oriental Embrapa Amazônia Oriental Número de Acessos 62 115 44 10 280 35 66 38 108 110 75 45 32 3021 52 15 Ornamentais Número de Acessos 161 166 BAG Curador Unidade da Embrapa Bromélias Cactáceas Fernanda Vidigal Diva Correia Embrapa Mandioca e FruScultura Embrapa Agroindústria Tropical Ornamentais de importância para a Região NE Ana Cecília R. de Castro Embrapa Agroindústria Tropical 145 Embrapa Amazônia Oriental Embrapa Clima Temperado 23 17 Ornamentais de importância para a Região Norte Marli Costa Poltronieri Ornamentais de importância para o Bioma Pampa Rosa Lia Barbieri Florestais e Palmeiras BAG Açaí Babaçu Bacaba/Patauá Caiaué Cedro Doce Coníferas, Folhosas e Palmeiras Eucalipto Inajá Macaúba Pinus Pupunha (Embrapa) Pupunha (INPA) Tucumã Unidade da Embrapa Número de Acessos Curador Embrapa Amazônia Oriental 304 Maria do Socorro Padilha de Oliveira Embrapa Meio Norte 100 Ilza Maria Sittolin Embrapa A
mazônia O
riental 253 Maria do Socorro Padilha de Oliveira Embrapa Amazônia Ocidental 239 Sara de Almeida Rios Embrapa R
oraima 17 Paulo Emílio Kaminski Valderês Aparecida de Sousa Embrapa Florestas 772 Embrapa F
lorestas 62 Paulo Eduardo Telles dos Santos Embrapa Roraima 63 Otoniel Ribeiro Duarte Embrapa C
errados 100 Léo Duc Haa Carson Schwartzhaupt da Conceição Embrapa Florestas 932 Ananda Virgínia de Aguiar Embrapa A
mazônia O
riental 60 Maria do Socorro Padilha de Oliveira INPA 375 Charles Clement Embrapa A
mazônia O
riental 182 Maria do Socorro Padilha de Oliveira Industriais BAG Café Cana de açúcar Dendê Guaraná Seringueira Theobroma Curador André Rostand Ramalho Thomaz A. Rein Sérgio D. Silva Adriane Leite do Amaral Sara de Almeida Rios Nelcimar Reis Sousa Joselino de Freitas Fialho Aparecida das Graças Claret de Souza Unidade da Embrapa Embrapa Rondônia Embrapa Cerrados Embrapa Clima Temperado Embrapa Tabuleiros Costeiros Embrapa Amazônia Ocidental Embrapa Amazônia Ocidental Embrapa Cerrados Embrapa Amazônia Ocidental Número de Acessos 650 20 453 35 329 270 868 100 Raízes e Tubérculos BAG Batata Batata doce Mandioca Parentes silvestres de Manihot Curador Caroline Marques Castro Luís Antônio Suita de Castro Fábio Akiyoshi Suinaga Vanderlei da Silva Santos Miguel Costa Dias Elisa Ferreira Moura Cunha Eduardo Alano Vieira José Ernani Schwengber Maria Aldete JusSniano F. Ferreira Carlos Alberto da Silva Ledo Unidade da Embrapa Embrapa Clima Temperado Embrapa Clima Temperado Embrapa Hortaliças Embrapa Mandioca e FruScultura Embrapa Amazônia Ocidental Embrapa Amazônia Oriental Embrapa Cerrados Embrapa Clima Temperado Embrapa Semiárido Embrapa Mandioca e FruScultura Número de Acessos 410 60 800 1940 512 441 487 50 532 600 Coleções de Médio e Longo Prazo Coleção Colbase semente In vitro DNA Curador Juliano Gomes Pádua Kazumistsu Matsumoto Vânia CrisSna Rennó Azevedo Unidade da Embrapa Embrapa Cenargen Embrapa Cenargen Embrapa Cenargen Número de Acessos/Amostras 127000 1400 18000 Inventário Recursos Genéticos e Biotecnologia
Inventário `inalizado: 152.873 acessos conservados (137 BAGs) 700 espécies 300 gêneros Maiores acervos (número de acessos): Arroz: 27.050 Feijão: 18.447 Soja: 18.024 Trigo: 15.118 Sorgo: 7.215 Pimenta do Reino e Castanha do Brasil: 10 < 20 acessos: Inajá, Pequi, Baru, Cártamo, Cedro, Funcho, Murici, Ornamentais (pampa), Tâmara, Urucum Coleção de base: 127.000 acessos Novo Banco Genético ü  Investimento de R$ 13 milhões ü  Capacidade para cerca de 800 mil acessos (Colbase semente) ü  Planta ü  Semente, in vitro, crio e DNA ü  Animal ü  crio e DNA ü  Micro-‐organismo ü  Ambiente; crio ü  Possibilidade de atender diferentes demandas Recursos Genéticos e Biotecnologia
Documentação
http://alelo.cenargen.embrapa.br
2009 - 2015
Plataforma Nacional de Recursos Genéticos
Rede Transversal
Integração das Redes de Recursos Genéticos
Rede
Vegetal
R$ 3,5 milhões/ano
Rede
Animal
Rede
Microbiana
2016 - 2021
Portfólio de Gestão Integrada de RG para
Alimentação, Agricultura e Bioindústria
Vertente
Vegetal
R$ 7,2 milhões/ano
Vertente
Animal
Vertente
Microbiana
150 Planos de Ação e 805 A3vidades Raízes e Tubérculos Palmeiras Florestais Ornamentais Medicinais, Arom, Cor., Inset., Es3mul. Fruteiras Exó3cas Fruteiras Na3vas Forrageiras Hortaliças e condimentares Fibrosas, Oleaginosas, Leguminosas Cereais GESTÃO Comunicação, Capacitação, Legislação Médio e Longo Prazo Col. Referência Coleta In situ Documentação Intercâmbio Quarentena Qualidade Recursos Genéticos e Biotecnologia
‘A melhor coleção de selos e o pior Banco de Germoplasma t ê m m u i t o e m c o m u m . Nenhum deles é utilizado com o propósito para o qual foi criado.’ (Crop Diversity, 2006) Promoção do Uso Recursos Genéticos e Biotecnologia
•  Para usar é necessário conhecer! •  Entre as atribuições da unidade está a caracterização dos Recursos Genéticos. •  Taxonomia; •  Filogenia; •  Caracterização morfoagronômica; •  Caracterização citogenética; •  Caracterização química; •  Caracterização molecular; •  Caracterização genômica; •  Ômicas, nanotecnologia... Laboratório de Genética Vegetal Recursos Genéticos e Biotecnologia
•  Aplicação de marcadores moleculares com os mais diferentes objetivos: v 
Identilicação de populações com alta diversidade genética; Manutenção e enriquecimento de coleções de germoplasma; Subsídios para recuperação de áreas degradadas; Planejamento de expedições de coleta de germoplasma para conservação; Delinição de tamanho mínimo para conservação ex situ e in situ; Apoio ao melhoramento genético; v 
Filogenia e taxonomia molecular... v 
v 
v 
v 
v 
•  O marcador ideal depende sempre de qual é a pergunta; •  RAPD, ISSR, AFLP, SSR, SNP, DArT, GBS, barcode? Polimorﬁsmo Detecção da variação genética •  Variação quantitativa •  Mutantes morfológicos •  Variação cromossômica •  Eletroforese de proteína •  Análise de polimorlismo no DNA •  Sequenciamento de DNA Recursos Genéticos e Biotecnologia
Marcador molecular Recursos Genéticos e Biotecnologia
•  Todo e qualquer fenótipo observado em nível molecular oriundo de um gene expresso ou de um segmento especílico de DNA que pode ou não corresponder a uma região expressa do genoma; •  Ao se observar múltiplas formas fenotípicas do marcador molecular entre indivíduos, possivelmente devido a variações de sequencia do DNA subjacente, o marcadores pode ser classilicado como um marcador polimór`ico; •  Ao se verilicadr o comportamento de acordoc om as leis básicas da herança mendeliana, um marcadores moldeular pode ser adicionalmente classilicado como um marcador genético. Recursos Genéticos e Biotecnologia
Caracterização genética pela análise de DNA •  Abordagem rápida para quantilicar e qualilicar a variabilidade genética de populações e coleções de germoplasma •  Tecnologias de alto desempenho •  Milhares de polimorlismos genéticos, isentos de efeito ambiental para milhares de acessos, em pouco tempo e custos de pelo menoas uma ordem de magnitudemenor do que era possívela anos atrás. •  Dados genômicos permitem inferências sobre: • 
• 
• 
• 
• 
• 
Ancestralidade Padrões gerais da estrutura de populações Eventos fundadores Introgressões Assinaturas de seleção natural e direcional Identilicação de regiões genômicas de máxima ou mínima divergência entre populações Custo de uma coleção •  Para aquisição e conservação. •  A informação genômica será útil em todas as áreas do gerenciamento do banco de germoplasma: •  Classilicação mais efetiva da coleção; •  Estabelecimento de limites e composição de pools gênicos •  Identilicação de duplicações e redundância •  Racionalização de tamanho de coleções •  Facilitação na identilicação de gaps de diversidade •  Direcionamento de novas coletas Recursos Genéticos e Biotecnologia
Abordagens e aplicações Recursos Genéticos e Biotecnologia
Glassman et al 2010 COPB
Recursos Genéticos e Biotecnologia
Alguns Conceitos Ø  Genoma: conjunto de cromossomos carregado por um gameta. Todo o DNA conSdo na célula seja nuclear, seja citoplasmáSco. Ø  Gene: do grego genesis = origem. Unidade dsica e funcional da hereditariedade. TransmiSdo de pai para ﬁlho, carrega a informação genéSca para codiﬁcar uma proteína. http://www.niaaa.nih.gov/Resources/GraphicsGallery/Metabolism/PublishingImages/30_1_gene.gif
Alguns Conceitos Ø  Genó3po: consStuição genéSca do indivíduo, seu conjunto de genes nos cromossomos. Ø  Fenó3po: do grego phain = aparecer. Expressão dsica do genóSppo. Resultado da interação do genóSpo com o ambiente. Alguns Conceitos Ø  Loco: posição no cromossomo onde se localiza um gene. Ø  Alelo: forma alternaSva do gene. Pode ocorrer em várias formas alternaSvas – polimorﬁsmo. Alguns Conceitos Ø  Homozigoto: um único alelo por loco. Ø  Heterozigoto: mais de um alelo por loco. QuanSdade varia de acordo com a ploidia. Ø  Polimorﬁsmo: variação genéSca entre indivíduos. AA
aa
Aa
Marcador microssatélite ou SSR – Simple Sequence Repeats v 
Elevado número de alelos; v 
Elevado polimorlismo; v 
Elevado valor de He; Recursos Genéticos e Biotecnologia
a1 a2 a3 a a / a a / a a / a a / a2a3 / a3a3 1 1 1 2 1 3
2 2
#$
#'
v  Poder d
iscriminatório; !" %&!" ()*%+,-./0121/3-4%+51
v 
Alto conteúdo informativo. !
Número elevado de alelos
! de alelos/loco
! de genótipos
possíveis
! de heterozigotos
possíveis
3
6
3
8
36
28
20
210
190
42
903
861
a
a(a+1)/2
a(a-1)/2
Recursos Genéticos e Biotecnologia
!"#$%&&'()*"(+&
SSR – Simple Sequence
Repeats
5’
Herança mendeliana;
v 
Unidade repetitiva de 1 a 6 bases;
v 
Diferença no número de repetições;
v 
Em plantas AT é o mais comum;
Seqüências conservadas
v 
!"#$%&$'()*+"
!
Exemplo:3’
a1a2 x a1a3
Herança mendeliana simples
Desenho de primers específicos
a
a1
a1a
a2
a1a
progênie
ladder
pai
1
2
3
4
5
a1a1
a1a3
a1a2
a2a3
a1a3
mãe
6
7
8
a1a2 a1a3
Mononucleotídica: GTCACTAAA...AAAAACCGTGCATACCA
Dinucleotídica: AAGCCTAGCACACA...CACACATGGATTC
Trinucleotídica: GGCTCACTCAGCAGCAG...CAGTACAAGA
Tetranucleotídica: GGCTAGCACTGTCTGT...CTGTGGCGTTA
a2a3
a1a2 a1a1
Genética de populações Castanha
Ø 
Estudo de caso
Ø 
Castanha
Genética de populações Castanha
Genética de populações Castanha
Genética de populações Castanha
Genética de populações Castanha
Estrutura Genética de Castanha
Genética de populações Castanha
Comparação entre espécies
v 
Manilkara huberi v 
Carapa guianensis v 
v 
v 
SSR Hermafrodita Clímax Alta densidade Flona Tapajós, PA Polinizadas por abelhas e moscas de médio porte v 
v 
v 
v 
v 
v 
SSR Monóica Clímax Alta densidade Flona Tapajós, PA Polinizadas por abelhas e moscas de médio porte Fluxo pólen 50 metros v 
Fluxo de pólen 300 metros v 
v 
v 
v 
Comparação entre espécies
Manilkara huberi Carapa guianensis Comparação entre espécies
Árvores na fase reproduSva Manilkara huberi Carapa guianensis Fluxo gênico Espécie Φ7 Fluxo pólen (m) Bagassa guianensis 0,077 218,84 Carapa guianensis 0,05 300 Manilkara huberi 0,14 49,5 Symphonia globulifera 02 0,155 475,6 Symphonia globulifera 03 0,133 516,2 Φ7 = EsSmaSva que mede a variação nas freqüências alélicas do pólen cruzado entre as árvores maternas. Sistema de Cruzamento 1,2
1
0 ,8
0 ,6
0 ,4
0 ,2
0
B. guianensis
C . guianensis
T ax a de cruzamento total
M. huberi
S. glo bulifera
T ax a de cruzamento entre parentes
Dados apresentados no Seminário do Projeto Dendrogene, Belém PA, 2005. Genética de populações
B. guianensis S. globulifera 0.160
0.140
Coef. coancestria
0.120
0.100
0.080
0.060
0.040
0.020
(0.020)
50
100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600
(0.040)
Classes de distância (m)
Results - maçaranduba
A du ltos (D A P> 10cm )
h m áx
Ĥ e h m áx
0 ,8 4 5
0 ,9 2 3
9 1 ,6
18
0 ,8 6 2
0 ,9 4 4
480
17
0 ,8 8 9
M h17
449
19
M h19
481
M h20
R egen eran tes (D A P< 10
h m áx
Ĥ e h
0 ,7 9 6
0 ,9 0 0
88,
14
0 ,8 6 1
0 ,9 2 8
92,
61
09
0 ,8 2 5
0 ,8 8 8
92,
0 ,2 5 9
68
14
0 ,8 7 4
0 ,9 2 8
94,
0 ,6 7 7
0 ,2 4 3
83
13
0 ,8 6 3
0 ,9 2 3
93,
9 4 ,3
0 ,6 3 2
0 ,2 9 4
74
14
0 ,8 6 9
0 ,9 2 8
93,
0 ,9 1 0
8 8 ,0
0 ,6 0 2
0 ,2 7 2
63
0 ,8 8 2
0 ,9 3 3
9 4 ,5
0 ,6 8 6
0 ,2 3 6
80
0 ,8 6 7
0 ,9 3 6
9 2 ,6
0 ,6 7 9
0 ,2 2 1
7 4 ,6 2
H
H
f
n
A
0 ,7 8 2
0 ,0 7 4
88
10
9 1 ,3
0 ,6 9 3
0 ,1 9 6
80
0 ,9 4 1
9 4 ,4
0 ,7 1 2
0 ,1 9 9
0 ,8 8 4
0 ,9 4 7
9 3 ,3
0 ,6 5 4
16
0 ,8 8 0
0 ,9 3 8
9 3 ,8
465
20
0 ,8 9 6
0 ,9 5 0
M h22
474
11
0 ,8 0 0
M h26
473
15
M é d ia
4 6 4 ,7 5
1 6 ,1 3
n
A
M h04
481
13
M h06
414
M h08
Locos
e
(% )
o
S u p e r io r
0 ,3 0 9
In fe r io r
0 ,1 7 2
H
e
High level of
endogamy
(%
08
0 ,7 5 6
0 ,8 7 5
86,
14
0 ,8 7 7
0 ,9 2 8
94,
1 2 ,0 0
0 ,8 4 0
0 ,9 1 2
Selfing or mating
among relatives
92,
Results - maçaranduba
)
m áx
)
R eg en era
tes
(D(D
A P<
1 0 cm
) )
An
du
ltos
A P>
1 0 cm
H
o
f
Locos n
n
A
AH
h
H eh m áx h m Ĥ
áx(% )
e
e
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6
0 ,7 8 2
0 ,0 7 4
M h04
88
481 10
1 3 0 ,7 9 6 0 ,8 405,9 0 0
0 ,9 2 38 8 ,4
9 1 ,60 ,7 0 4
0 ,7 802,1 1 6 0 ,0 7 47 9 9
88
12
1 0 0 ,7 0 6
0 ,7 906,9
3
0 ,6 9 3
0 ,1 9 6
M h06
80
414 14
1 8 0 ,8 6 1 0 ,8 602,9 2 8
0 ,9 4 49 2 ,8
9 1 ,30 ,6 1 2
0 ,6 903,2 9 0 0 ,1 9 67 7 7
80
18
1 4 0 ,8 5 6
0 ,8 601,9
4
0 ,7 1 2
0 ,1 9 9
M h08
61
480 09
1 7 0 ,8 2 5 0 ,8 809,8 8 8
0 ,9 4 19 2 ,9
9 4 ,40 ,5 9 0
0 ,7 102,2 8 6 0 ,1 9 98 0 4
61
14
0 9 0 ,8 5 8
0 ,8 205,9
3
0 ,6 5 4
0 ,2 5 9
M h17
68
449 14
1 9 0 ,8 7 4 0 ,8 804,9 2 8
9 4 ,2
0 ,9 4 7
9 3 ,30 ,5 1 1
0 ,6 504,4 3 1 0 ,2 5 97 7 8
68
19
1 4 0 ,8 3 2
0 ,8 704,9
8
0 ,6 7 7
0 ,2 4 3
M h19
83
481 13
1 6 0 ,8 6 3 0 ,8 800,9 2 3
0 ,9 3 89 3 ,5
9 3 ,80 ,7 7 1
0 ,6 707,1 0 7 0 ,2 4 38 0 2
83
17
1 3 0 ,8 2 0
0 ,8 603,9
3
0 ,6 3 2
0 ,2 9 4
M h20
74
465 14
2 0 0 ,8 6 9 0 ,8 906,9 2 8
0 ,9 5 09 3 ,6
9 4 ,30 ,5 2 7
0 ,6 302,3 9 5 0 ,2 9 47 5 4
74
18
1 4 0 ,8 4 7
0 ,8 609,9
0
0 ,6 0 2
0 ,2 7 2
M h22
63
474 08
1 1 0 ,7 5 6 0 ,8 000,8 7 5
0 ,9 1 08 6 ,4
8 8 ,00 ,4 8 5
0 ,6 002,4 2 4 0 ,2 7 28 0 5
63
11
0 8 0 ,7 4 9
0 ,7 506,9
5
0 ,6 8 6
0 ,2 3 6
M h26
80
473 14
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0 ,9 3 39 4 ,5
9 4 ,50 ,5 5 0
0 ,6 806,3 7 4 0 ,2 3 6 -
80
-
6
0 ,6 7 9
0 ,2 2 1
M é d ia 7 4 ,6 2 4 6 4 ,7152 ,0 0
0 ,9 3 69 2 ,0
9 2 ,60 ,5 9 4
0 ,6 709,3 0 3 0 ,2 2718 8 ,4 3 7 4 ,6125 ,5 7 1 2 ,000,8 1 1 0 ,8 4 00 ,9
0 ,8
1 6 ,1
3 40
0 ,8 0
6 ,9
7 12
0 ,3 0 9
S u p e r io r
0 ,4 2 3 0 ,3 0 9
0 ,1 7 2
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14
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Results - maçaranduba
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,11 ,6
0 ,505,7
38 2
0 ,200,0
37 4
88
10
0 ,7 9 6
0 ,9
0 ,6 1 2
0 ,2
96
0
M
h0
7 74
71 4
1 81 8
0 ,805,8
66 2
0 ,904,9
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9 19
,11 ,3
0 ,603,6
19 3
0 ,206,1
59 6
80
14
0 ,8 6 1
0 ,9
0 ,5 9 0
0 ,2
88
6
M
h0
8 04 8 0
1 41 7
0 ,805,8
88 9
0 ,902,9
84 1
9 29
,44 ,4
0 ,706,7
71 2
0 ,101,1
29 9
61
09
0 ,8 2 5
0 ,8
0 ,5 1 1
0 ,4
37
1
M
h1
7 74
84 9
1 91 9
0 ,803,8
28 4
0 ,904,9
7 47
8 79
,83 ,3
0 ,704,6
45 4
0 ,100,2
95 9
68
14
0 ,8 7 4
0 ,9
0 ,7 7 1
0 ,1
09
7
M
h1
8 04
28 1
1 71 6
0 ,802,8
08 0
0 ,904,9
13 8
8 79
,13 ,8
0 ,406,6
87 7
0 ,403,2
24 3
83
13
0 ,8 6 3
0 ,9
0 ,5 2 7
0 ,3
90
5
M
h2
7 5 46 5
1 82 0
0 ,804,8
79 6
0 ,904,9
45 0
8 99
,74 ,3
0 ,605,6
73 2
0 ,200,2
99 4
74
14
0 ,8 6 9
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0 ,4 8 5
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4
M
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8 04
57 4
1 11 1
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0 ,901,9
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0 ,503,6
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0 ,302,2
87 2
63
08
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0 ,8
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4
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86
,443,7 5
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07 2
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this index
reduced to 0,06
0 ,8 4 0
0 ,9 1
Results
Spatial Genetic Structure
Results
Spatial Genetic Distance
450 m
Paternidade
Caracterização de Banco de Germoplasma Recuperação de área degradada Jatobá do Cerrado e Baru Jatobá do Cerrado Jatobá do Cerrado Estrutura genéSca espacial Jatobá do Cerrado Baru Baru Estrutura genéSca espacial Baru Baru Genômica populacional Recursos Genéticos e Biotecnologia
•  Um dos grandes desalios em biologia evolutiva é a identilicação de genes responsáveis por características de interesse e ainda descrever as consequencias de adaptação da variação natural nestes locos •  Para resolver/desvendar essa questão, novas abordagens vem sendo desenvolvidas, incluindo a genômica populacional – grande quantidade de marcadores moleculares analisados em indivíduos provenientes de diferentes ambientes com o objetivo de identi:icar marcadores com padrões não usuais de variação, potencialmente devido à seleção nestes sítios. Vantagens dessa abordagem: •  Facilidade na geração de grande quantidade de dados (milhares de marcadores) •  Possibilidade de se escanear o genoma sem necessidade de fenotipar •  Facilidade na amostragem de indivíduos sem necessariamente conhecer sua história Evolução do sequenciamento Ø 
Sequenciamento...
Capacidade de geração de dados Custo por datapoint Recursos Genéticos e Biotecnologia
Marcador ideal para o melhoramento •  Marcadores Microssatélites •  Vantagens •  Multi-‐alelismo, codominância, boa cobertura genômica, são baratos •  Desvantagens •  Técnica trabalhosa, low throughput, baseada em eletroforese •  Dilícil (quase impossível) a integração de dados entre diferentes plats/labs •  Marcadores SNPs •  Vantagens •  Reprodutibilidade, facilidade no gerenciamento de dados e data setting, desde que haja genoma de referência •  Fácil integração de dados entre laboratórios e plataformas •  Flexibilidade no número e cobertura genômica (low e high trhoughput) •  Automação, velocidade na geração de dados, custo-‐efetivo, possibilidade de terceirização •  Desvantagens •  Necessidade de equipamentos caros •  Custo de desenvolvimento (sequenciamento, bioinformática) Recursos Genéticos e Biotecnologia
Recursos Genéticos e Biotecnologia
Recursos Genéticos e Biotecnologia
Seleção de novos clones de eucalipto para
características quantitativas
Parâmetros de seleção: forma, % casca, produtividade Adt/ha, qualidade da madeira,
resistência a doenças, margem financeira
Mesmo em Eucalipto de rápido crescimento, este processo leva 12 a 18 anos
Métodos de seleção precoce para características quantitativas de expressão tardia tais
como qualidade da madeira e resistência a doença sseriam altamente úteis
Genômica e predição
Associações genótipo-fenótipo podem
surgir devido a duas causas básicas
1. O marcador molecular é o próprio polimorfismo
que controla o fenótipo
2. O marcador está em desequilíbrio de ligação
(fortemente associado) com o polimorfismo que
controla o fenótipo
Fisicamente ligados e portanto fortemente correlacionados – correlação quebrada por recombinação
Novas tecnologias de sequenciamento tudo mais rápido, eﬁciente e barato … PROJETO DO EucHIP60k.br 2 meses – 8 bilhões de sequências 800 bilhões de bases 80 mil US$ GENOLYPTUS 2 anos -‐ 100.000 sequências 40 milhões de bases 2 milhões US$ 40,000 ABI 3730 ABI 3730 = 1.5 Mbases/dia = 01 Illumina HiSeq 2000 Illumina HiSeq 2000 60 Gbases/dia Benchmark com outros sistemas de genotipagem de SNPs de alta
densidade e desempenho desenvolvidos recentemente
# SNPs enviados para
fabricação
Milho
Soja
Eucalyptus
57.838
60.800
75.000
ABI 3730 # SNPs fabricados no
chip
40,000 56.110
# SNPs genotipados
49.585
47.337
60.441
85.7%
77.9%
80.5%
Dec. 2011
PLosOne
Jan 2013
PLoSOne
2014 New
Phytologist
Publicação
= 01 iSeq 2000 52.041Illumina H
64.839
ü  Milho e soja envolveram grandes consórcios de vários laboratórios para o
desenvolvimento de um chip para uma espécie única
ü  Para Eucalyptus o desenvolvimento foi realizado por
uma H
equipe
de 4 Illumina iSeq 2000 pessoas, objetivando 12 espécies simultâneamente 60 Gbases/dia ABI 3730 = 1.5 Mbases/dia O Que há em andamento...
v 
v 
v 
v 
v 
v 
v 
v 
v 
v 
Araucária – Embrapa Florestas e Embrapa Cenargen; Caju Embrapa Agroindústria Tropical e Embrapa Cenargen; Castanheira – Embrapas Acre, Rondônia, Amazônia Oriental e Ocidental; Erva-‐mate – Embrapa Florestas; Pequi – Embrapa Cerrados; Seringueira – Embrapa Cerrados; Açaí – Embrapa Amazônia Oriental; Dendê/caiaué – Embrapa Amazônia Ociental Ipê roxo – InsStuto Florestas de SP Cupuaçu – Embrapa Amazônia Oriental e Embrapa Cenargen ... Impactos esperados da Seleção Genômica no melhoramento ﬂorestal •  Ganho de tempo: acelerar signiﬁcaSvamente o programa de melhoramento •  Ganho na precisão da seleção •  Ganho em intensidade de seleção •  Seleção para TODAS as caracterís3cas de interesse em TODAS as plantas de um teste de progênies •  Seleção de clones (valor genotpico) e genitores (valor de melhoramento) Perspectivas...
v 
v 
O avanço nas tecnologias de sequenciamento aliado ao barateamento das técnicas, juntos têm permitido cada vez mais utilizar dados genéticos para: v 
Taxonomia e lilogenia v 
Conservação v 
Melhoramento A quantidade e qualidade dos dados gerados leva a pesquisa nestes três temas a um novo patamar de conhecimento Agradecimentos
v 
Embrapa Amazônia Oriental v  Milton Kanashiro v 
Embrapa Acre/Rondônia v  Lúcia Wadt v 
Embrapa Cenargen v  Dario Grattpaglia v  Peter Inglis v  Lorena Mata v 
v 
UFSCAR v  Karina Martins UESC v  Fernanda Gaioto v 
IF SP v  Alexandre Sebbenn v 
UFPA v  Marivana Silva v  Iracilda Sampaio v 
Thünen-‐Institut v  Bernd Degen v 
Oxford University v  David Boshier v  Christina Vinson Obrigada! [email protected]