PROGRAMA NACIONAL DE PRODUÇÃO E USO DE BIODIESEL
Rede Brasileira de Tecnologia do Biodiesel
Seminário Temático da Agricultura
14 e 15 de junho de 2005
Embrapa Amazônia Oriental, Belém – PA
PROSPECÇÃO, COLETA E MANEJO DE
RECURSOS GENÉTICOS
DE PLANTAS OLEAGINOSAS
NO BIOMA AMAZÔNIA
José F. M. Valls
Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia
BIODIVERSIDADE
RECURSOS BIOLÓGICOS
RECURSOS
GENÉTICOS
Definições relevantes
[ Convenção da Diversidade Biológica, 1992 ]
[ Brasil  Decreto Legislativo nº 2, de 8.II.1994 ]
RECURSOS GENÉTICOS:
“Materiais genéticos” de valor real ou potencial
MATERIAL GENÉTICO:
Todo o material de origem vegetal, animal, microbiana ou outra,
que contenha “unidades funcionais da hereditariedade”
Ações desenvolvidas em recursos genéticos vegetais
Enriquecimento da variabilidade
Busca de fontes
Prospecção
Introdução
Coleta
Documentação
Inspeção
Quarentena
Coleta de germoplasma
No trabalho com Recursos Genéticos, coleta-se germoplasma para:
(1) preservar ex situ segmentos da variabilidade útil (em paralelo à
conservação in situ - ou em vez de in situ, se há ameaça de erosão genética)
(2) buscar materiais necessários para programas de melhoramento
(coletas com esta finalidade não são necessariamente restritas ao país)
(3) ampliar e completar a representatividade da diversidade genética
disponível de espécies autóctones com uso potencial (direto ou através
de pré-melhoramento) insuficientemente representadas em bancos ativos
de germoplasma
A realização de atividades de coleta, no âmbito dos Recursos Genéticos,
presume a definição inicial de:
Quem vai conservar? Como? Onde? Até quando? Em que estruturas?
Com que garantia de manutenção da integridade genética?
Prospecção e coleta de germoplasma
Embora eventualmente encarada como atividade aventuresca de cientistas
ansiosos por encontrarem novidades glorificantes, a coleta de germoplasma
é uma das linhas de pesquisa que mais se beneficia do uso disciplinado de
métodos científicos sistemáticos, planejamento preciso, com amplo período
de preparo e intensa consulta a fontes (literatura, herbários, especialistas).
Ações de prospecção, requeridas onde o nível de conhecimento científico
é insuficiente e a locomoção difícil, precisam ser apoiadas pelos modernos
Sistemas de Informação Geográfica. Ainda assim, dependem de profundos
conhecimentos sobre a taxonomia, distribuição geográfica, ecologia e modo
de reprodução das espécies-alvo, por parte dos componentes da equipe.
Não é objetivo da coleta de germoplasma de germoplasms arrancar as
plantas da natureza e sim colocá-las à disposição da pesquisa agrícola.
A prospecção e coleta tratam de cobrir lacunas que estejam restringindo
o uso sustentável da biodiversidade em benefício da humanidade.
Ações desenvolvidas em recursos genéticos vegetais
Conservação
[A curto e médio prazo (nos bancos ativos)]
A longo prazo:
Conservação in situ na natureza
Conservação in situ sob cultivo (“on farm”)
Coleção de base por sementes
Coleção de base in vitro
Banco de cultivares
Bancos ativos de germoplasma na Renargen
Leguminosas, oleaginosas e fibrosas:
[PC3]
Soja Feijão Caupi Amendoim Arachis Girassol
Algodão Gergelim Mamona Sisal Rami Curauá
Espécies florestais e palmeiras:
[PC7]
Espécies florestais nativas Coníferas florestais
Espécies folhosas introduzidas Palmeiras
Plantas industriais, medicinais, aromáticas
e ornamentais:
[PC8]
Cana de açúcar Guaraná Seringueira Erva-mate Nim
Pimenta longa Espinheira-santa Plantas ornamentais
Plantas medicinais e aromáticas da região Centro
Oeste e da Amazônia Oriental
Plantas medicinais da Amazônia Ocidental e do Acre
Ações desenvolvidas em recursos genéticos vegetais
Caracterização:
[Ênfase biológica e diferencial]
Taxonômica Morfológica Geográfica Citogenética
Reprodutiva Genética Fitopatológica ...
Avaliação:
[Ênfase utilitária e comparativa]
Agronômica Fisiológica Fitoquímica Nutricional ...
Curadorias: Sistemas Nacionais de Curadoria de
Germoplasma coordenam e monitoram atividades
com recursos genéticos para a pesquisa e criam a
conscientização nacional sobre a importância do
enriquecimento e disponibilização da variabilidade
e de sua conservação integral para o futuro
Utilização dos recursos genéticos no melhoramento
1. Escolha e domesticação de novas espécies
para incorporação à matriz agropecuária
2. Seleção de novas linhagens ou de novas
raças de espécies de uso já tradicional
3. Seleção em progênies após manipulação
reprodutiva
4. Incorporação de modificações genéticas
pela introgressão de genes de espécies
próximas por via reprodutiva
5. Incorporação de modificações genéticas
por transgenia
Recursos genéticos vegetais em uso no Brasil
1. Cultivos exóticos sem germoplasma nacional (café, soja, citros,
cana de açúcar, eucaliptos, kiwi)
2. Cultivos americanos com cultivares locais derivadas de introdução
muito remota no Brasil (milho, feijão-fava)
3. Cultivos exóticos com espécies associadas nativas do Brasil (arroz,
cevada, capim elefante)
4. Cultivos sul-americanos com a maioria dos parentes silvestres nativos
do país (abacaxi, amendoim)
5. Cultivos de origem brasileira com a maioria dos parentes silvestres
ocorrentes no Brasil (mandioca, caju, seringueira)
6. Espécies silvestres brasileiras com potencial para incorporação à matriz
agrícola mundial (Bromus auleticus, Adesmia latifolia e outras forrageiras e
fruteiras nativas, e muitas palmeiras)
7. Espécies silvestres exclusivas do Brasil, com potencial de cultivo em
escala internacional (Arachis pintoi e outras espécies forrageiras, palmeiras
oleaginosas, fruteiras, plantas florestais, medicinais e ornamentais)
Famílias de interesse oleaginoso conhecido, com o
número de espécies estudadas quanto à produção
de óleo e número de espécies no Brasil:
Anacardiaceae
Apiaceae
Arecaceae
Asteraceae
Boraginaceae
Brassicaceae
Chrysobalanaceae
Cucurbitaceae
Euphorbiaceae
Fabaceae
11 / 68
20 / 98
32 / 300
28 / 1900
10 / 93
105 / 92
5 / 180
29 / 200
145 / 1100
85 / 1550
Flacourtiaceae
Lecythidaceae
Linaceae
Lythraceae
Malvaceae
Onagraceae
Proteaceae
Sapotaceae
Sterculiaceae
Vitaceae
1 / 925
6 / 105
53 / 36
108 / 143
59 / 200
41 / 43
3 / 32
18 / 103
26 / 115
0 / 46
Adaptado de:
SILVA, S.I. Potencial oleaginoso da flora brasileira: Estado atual do conhecimento.
ARAÚJO et al. (eds). Biodiversidade, conservação e uso sustentável da flora do Brasil.
Recife: SBB/UFRPE, 2002. p.234-237.
Etapas e conhecimentos para integração do
germoplasma vegetal ao melhoramento e uso
Biotecnologia
Economia
Melhoramento
de plantas
Fitossanidade
Estatística
Citogenética
Fisiologia
Fitotecnia
Fitogeografia
Botânica
Ecologia
Introgressão
Adoção
Avaliação
Caracterização
Multiplicação
Aquisição
Número
decrescente
de acessos
RECURSOS GENÉTICOS VEGETAIS NO BRASIL.
Aspectos históricos
Agricultura indígena (acompanhada por intenso extrativismo)
Introdução de cultivos exóticos. Espécies variadas. Fontes diversas.
Hoje: Forte concentração na introdução de materiais muito selecionados.
Cultivares consagradas em outros ambientes/linhagens para melhoramento.
Introdução de espécies nunca testadas no país,
Reintrodução de espécies e cultivares descartadas no passado
Coleções vivas de plantas autóctones (efêmeras)
Indivíduos ou progênies restritas conservadas em jardins botânicos
Parcelas de variabilidade mantidas em raças locais e cultivares antigas.
Porém, a variabilidade reunida ex situ no passado não foi bem conservada.
Anos 60: Poucas coleções remanescentes (IAC, SARGS, ...)
Anos 70: Criação da Embrapa e do Cenargen + BAGs no SCPA
Anos 80: Criação do Programa Nacional de Recursos Genéticos.
Cenargen como Unidade Coordenadora
Anos 90: Alterações no Programa Nacional - Responsabilidades
mais dispersas, não mais sob coordenação do Cenargen
Anos 2000: Extinção dos programas nacionais - Recursos Genéticos
enquadrados em Rede (Renargen - Projetos componentes compartilhados).
 Resultados históricos: Redução das perdas de variabilidade, além de
maior eficiência no processo de enriquecimento (introdução e coleta)
 Resultado final: Ampliação da variabilidade disponível para a pesquisa
 Em paralelo: Redução drástica da vegetação nativa, afetando plantas
de uso extrativista, onde se situam muitas espécies produtoras de óleo.
Paradoxalmente, são poucos os programas nacionais de melhoramento
que utilizam uma parcela significativa da variabilidade aglutinada no país.
Causas do uso incipiente da variabilidade disponível (Van Sloten, 1987)
a) A falta de interesse de parte dos melhoristas, que geralmente já
possuem coleções de trabalho substanciais;
b) O desejo da maioria dos melhoristas de trabalhar com materiais
avançados e não com as raças locais, cultivares antigas e espécies
silvestres conservadas em bancos de germoplasma;
c) A falta de informação sobre os materiais dos bancos de germoplasma,
ou mesmo a consideração de que, tal informação, quando disponível, é
inadequada ou insuficiente para o melhorista.
Na situação brasileira, deve-se acrescentar
d) A inexistência de programas de melhoramento para grande parte das
culturas com germoplasma disponível no país.
e) A ausência de tais programas para plantas de uso extrativista.
A eficiência dos bancos de genes no cumprimento de seu papel
nacional depende largamente da força dos programas nacionais
de melhoramento genético (Frankel, 1987).
Muitos melhoristas têm sido capazes de manter e, para
algumas culturas,até mesmo ampliar consistentemente
o potencial de rendimento, ao longo de muitos anos, a
partir das coleções que já possuem.
(Evans 1983, Frankel & Brown, 1984).
A grande causa da falta de interesse pelo uso de
acessos de espécies silvestres ou formas ferais
de espécies cultivadas, é a falta de conhecimento
generalizada sobre a contribuição potencial das
formas não cultivadas.
A falta de informação sobre os materiais disponíveis nos
bancos de germoplasma pode ser superada:
a) pela organização da informação já disponível;
b) pela tomada disciplinada de observações de maior interesse
dos usuários
c) pela divulgação adequada dessa informação.
Van Sloten (1987)
A situação mundial da informação sobre recursos genéticos,
relativa a um número global de acessos, estimado por Holden
(1984) em mais de dois milhões, é sumarizada na Tabela 1.
TABELA 1. Estimativa global da extensão da documentação de acessos
reunidos em bancos de germoplasma (Peeters & Williams, 1984).
___________________________________________________________
Acessos sem dados de passaporte
65%
Acessos sem dados de caracterização
80%
Acessos sem dados de avaliação
95%
Acessos com dados extensivos de avaliação
1%
___________________________________________________________
Mais recentemente, o chamado Wye Report (Imperial College, 2002)
estimou o total de acessos contidos nos cerca de 1.470 bancos de
germoplasma distribuídos mundialmente em torno de 5,4 milhões,
ressalvando, entretanto, que, devido à grande quantidade de duplicatas,
o número de acessos distintos mantêm-se abaixo de dois milhões.
Farmácia cujos medicamentos estão, na maior parte, sem rótulo (Sprage)
Vantagens da caracterização e avaliação
a) Permitem a identificação dos acessos duplicados, simplificando os
trabalhos subseqüentes, já no banco de germoplasma;
b) Permitem o estabelecimento de coleções nucleares (core collections),
que, por definição, abrangem, com o mínimo de redundância a diversidade
genética reunida em uma espécie cultivada e nas espécies silvestres a ela
relacionadas (Frankel & Brown, 1984; Hodgkin et al., 1995; Johnson &
Hodgkin, 1999; Hintum et al., 2000);
c) Permitem a identificação dos modos de reprodução predominantes nos
acessos, bem como da ocorrência ou não de variabilidade intrínseca em
acessos individuais.
Sobre a possibilidade de postergar as atividades de caracterização:
“...Prover o conservar para o futuro é adequado e responsável,
mas servir às necessidades atuais é igualmente necessário,
especialmente porque é o presente quem está pagando a conta”
(Frankel, 1984)
A identificação dos modos de reprodução predominantes nos acessos é
essencial para seu uso em programas de melhoramento (Streetman, 1963)
e permite o direcionamento dos trabalhos de multiplicação em bancos de
germoplasma, havendo metodologias distintas, adaptáveis a plantas que
variam desde a propagação assexuada (Hawkes, 1970) até a reprodução
sexual e alógama (Burton, 1979; Burton & Davies, 1984). O conhecimento
do modo de reprodução de acessos mantidos em bancos também é útil para
definição de estratégias de coleta de acessos adicionais da espécie em pauta.
Mas, o modo de reprodução apresentado por plantas incorporadas a bancos
de germoplasma não é necessariamente o único ocorrente na natureza.
Eragrostis curvula - gramínea forrageira africana (“Capim chorão”)
Streetman, 1963
Vorster & Liebenberg, 1977
Apomixia obrigatória
Sexuais raros, porém mais freqüentes
em ambientes transicionais
O “Triângulo reprodutivo”
Apomíticas
6x=AABBCC
4x=AAAA, AAA’A”
2x=CC
2x=AA
4x=AABB
2x=BB
Alógamas
Autógamas
[Adaptado de Fryxell, 1957]
Etapas do processo de caracterização e avaliação:
(1) Correta identificação botânica
Obs: Esta informação pode ser difícil de obter, pois a taxonomia das plantas
cultivadas tem estado, tradicionalmente, em uma situação confusa.
Snowden (1936) subdividiu a diversidade do sorgo cultivado em 712 taxa
(espécies, variedades e formas), todos hoje reconhecidos como membros
de uma simples espécie biológica (Harlan & de Wet, 1972; Harlan, 1984).
O nome científico de uma espécie é a chave para toda a literatura disponível
a seu respeito (Van Steenis, 1957) [É o primeiro descritor de qualquer acesso]
Há muitos exemplos em que a denominação incorreta ou o uso de sinônimos
acarretaram atrasos na absorção de informações já disponíveis (West, 1968).
Conceitualmente, a caracterização e a avaliação são extensões, nos níveis
infra-específicos, do sistema de classificação taxonômica (Lleras, 1985).
A aplicação comparativa de descritores só se justifica dentro da espécie.
Etapas do processo de caracterização e avaliação:
(2) Elaboração do cadastro de acessos disponíveis por espécie
Nesta etapa, baseada no preenchimento dos chamados descritores de
passaporte, começa a eventual identificação de duplicações entre os
acessos reunidos, muitas vezes reincidentemente introduzidos no país,
e freqüentemente protegidos contra as tentativas de identificação correta,
sob o escudo de uma série de denominações locais, muitas delas criadas,
com nítido desprezo pelas denominações anteriores, durante o freqüente
intercâmbio inter-institucional.
Esta etapa deve ser apoiada pelo processamento eletrônico de dados,
que facilita a emissão de listagens e ágil intercâmbio de informações,
permitindo detecção automática de nomes duplicados. Porém, exige,
em contrapartida, um cuidado nunca excessivo com a grafia correta das
denominações, sem o que, as vantagens da computação são anuladas.
Etapas do processo de caracterização e avaliação:
(3) Caracterização
Consiste, idealmente, na anotação de caracteres de alta herdabilidade,
facilmente visíveis ou mensuráveis e que se expressam coerentemente em
todos os ambientes (Burton & Davies, 1984; Williams, 1984; Van Sloten, 1987).
Aspectos morfológicos e fenológicos, observados de forma sistemática nos
acessos, através do confronto com listas de características descritivas ou
"descritores". Diferentes estados são previstos para cada descritor, com base
na experiência prévia dos pesquisadores com a cultura. Em muito poucas,
os estados são vinculados aos alelos que os determinam, mostrando, então,
sua condição de marcadores genéticos morfológicos (IBPGR, 1982).
As listas, por si só, nada acrescentam ao conhecimento científico sobre as
culturas, apenas aglutinam informações sobre diferenças já constatadas nas
espécies. Seu valor só surge pela aplicação às coleções de germoplasma e
pelo uso consistente nos vários bancos de germoplasma do mesmo cultivo.
Pode ser surpreendente para o pesquisador encarregado da aplicação dos
descritores, a constatação de que parte deles não têm valor algum para a
identificação de duplicatas ou para a discriminação segura dos acessos,
mas o fenômeno é comum.
Onyilagha (1986) citou vários exemplos de constatações da incapacidade
discriminatória de caracteres utilizados para classificar cultivares ou acessos
de espécies de Dioscorea. Em seus estudos, baseados no emprego de 40
caracteres morfológicos, apenas 15 serviram para discriminar acessos.
Outros exemplos citados mencionam 16 caracteres considerados adequados
entre 75 utilizados ou, ainda, 28 entre 100 etc.
De modo geral, os descritores mais adequados para discernimento entre
espécies de um gênero tendem a ser os menos adequados para diferenciar
acessos ou cultivares de uma única espécie do mesmo.
Em comparações intra-específicas, tais descritores costumam
ser neutros e seu uso, portanto, nada traz de positivo.
Algumas das listas de descritores mundialmente disponíveis, na maioria
preparadas por grupos de trabalho comissionados pelo antigo lnternational
Board for Plant Genetic Resources (IBPGR), hoje International Plant Genetic
Resources Institute (IPGRI), exigem a tomada de um número muito grande
de observações, constituindo-se, sua aplicação ao germoplasma, em uma
tarefa consumidora de muito tempo, item este extremamente valioso para a
escassa comunidade científica envolvida com recursos genéticos.
Frankel & Brown (1984) criticaram a extensão e o detalhamento de tais listas,
afirmando não verem ganhos científicos ou práticos equivalentes à pesada
carga imposta aos curadores e melhoristas. A seu ver, a tomada de dados
morfológicos e fenológicos deve restringir-se àqueles descritores requeridos
para identificação de duplicatas e para a montagem de coleções nucleares.
Atualmente, parece oportuno refletir-se, se o uso crescente de marcadores
moleculares aleatórios, de altíssimo custo, e quase sempre dissociados de
descritores de outra ordem, não representa um desperdício paralelo, sob
outro conjunto de circunstâncias operacionais.
Etapas do processo de caracterização e avaliação:
(4) Avaliação preliminar
Conceito sempre se refere a um "número limitado de caracteres adicionais"
considerados desejáveis por consenso dos usuários do germoplasma da
cultura em pauta (Burton & Davies, 1984; Williams, 1984; Ford-Lloyd &
Jackson, 1986; Van Sloten, 1987). Ex: Potencial de produção de óleo.
Tal "número limitado" não é o que aparece, em geral, em listas de descritores
preparadas para produtos coletivos (fruteiras tropicais, plantas forrageiras,
plantas florestais) (Kretschmer, 1979; IBPGR, 1980; Tyler et al., 1985).
O resultado comum do uso de descritores para tais “produtos”, especialmente
se realizado sem delineamentos adequados, é o agrupamento dos acessos
por espécie e a inutilidade do exercício para discriminação entre acessos.
Os maiores ganhos são alcançados quando os usuários imediatos e
outros especialistas colaboram nesta etapa. [Isto ocorre em vários BAGs]
Etapas do processo de caracterização e avaliação:
5) Avaliação aprofundada ou complementar
Metodologia extremamente variável
Número de acessos obrigatoriamente reduzido
Repetições necessárias (incluindo multilocacionais e plurianuais)
Necessidade de reduzir possibilidades de “escape”
Exemplos: Resistência ao frio em Hemarthria altissima (Oakes, 1979)
Produção de Trifolium repens associada à compatibilidade
com gramíneas (Rhodes, 1987)
Testes de resistência a patógenos em folhas destacadas
(Subrahmanyan et al., 1982, 1983; Fávero, 2004)
Aspectos que mais exigem testes multilocacionais:
(1) Resistência a doenças e pragas
(2) Reações a estresses abióticos
(3) Fatores ligados à produtividade e rendimento
Exatamente os
aspectos de
maior interesse
dos melhoristas
Novos aportes científicos às atividades de caracterização:
Caracterização citogenética:
Contagem de cromossomos
Análise do comportamento meiótico
Análise do saco embrionário
Acompanhamento do desenvolvimento do tubo polínico
Clareamento de ovários
Citogenética molecular (FISH e GISH)
Marcadores bioquímicos e moleculares:
Eletroforese, sorologia, cromatografia, composição em ácidos graxos*
Eletroforese de proteínas, principalmente enzimas
Marcadores de DNA: RAPD, RFLP, AFLP, SSR ...
* Cromatografia gasosa intensificada no Brasil após a década de 70
(Silva, 2002)
Consideradas metodologias caras, podem produzir grande economia.
Maior sucesso resulta sempre da integração de abordagens
Fitopatologia,
Fisiologia
ECOLOGIA
ESPECIALISTAS
EM RECURSOS
GENÉTICOS
BANCOS
ATIVOS
DE
ECONOMIA
MELHORISTAS
E OUTROS
USUÁRIOS
GERMOPLASMA
TAXONOMIA
Genética,
Citogenética
FITOTECNIA
INDÚSTRIA