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2004-2005 Genética E Melhoramento de Plantas 25/11/2005 Por: Augusto Peixe

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Genética E

Melhoramento de Plantas

25/11/2005

Por: Augusto Peixe

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5 Novas ferramentas para apoio ao melhoramento

-Cultura in vitro

-Melhoramento Assistido por Marcadores (MAS)

-Transformação genética

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5 Cultura in vitro e suas aplicações ao Melhoramento de Plantas

-Micropropagação: Multiplicação comercial, limpeza sanitária, selecção

-Haploidização in vitro: Produção de haploides

-Cultura de embriões: Hibridação inter-específica, partenogénese

-Cultura de protoplastos: Produção de híbridos somáticos e sementes artificiais

-Conservação de germoplasma: Uma questão de espaço

-Variação somaclonal: Outra ferramenta em mutagénese

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5 Micropropagação in vitro

Interesse da Técnica

Multiplicação conforme-Limpeza sanitária-Clonagem

Aumento da variabilidade-Variação somaclonal

-Não transmissível sexualmente-Sexualmente transmissível

Selecção in vitro

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5 Limpeza Sanitária

Porque estão os ápices meristemáticos livres de vírus?• Os vírus difundem-se na planta

através do sistema vascular, que não se encontra desenvolvido nos ápices meristemáticos

• Os processos de mitoses e duplicação de cromossomas competem com a replicação dos vírus

• Os conteúdos elevados de auxinasinibem a difusão dos vírus

• Os sistemas naturais de inactivação de vírus tem a sua máxima expressão nas zonas meristemáticas

Tecido livre de vírus

Partículas virais

encontradas aqui

Note Bem: A cultura de meristemas só por si não garante 100% de eliminação de vírus, toda a descendência tem que ser testada O material vegetal sanitariamente limpo, pode ser rapidamente reinfectado. A única solução de longa duração é a obtenção de resistência genética

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5Micropropagação conforme por evolução de gomos axilares.

A- O explante pode conter um meristema isolado, um gomo terminal ou axilar, uma extremidade de um ramo, um fragmento de ramo que possua pelo menos 1 gomo axilar

B- Num meio pobre em citocininas o meristema apical desenvolve-se sob a forma de um eixo caulinar, sem ramificações

C- Este eixo pode ser cortado em fragmentos que permanecem sobre o mesmo meio dando novos ramos folhosos

D- Se o explant inicial é depositado num meio rico em citocininas, ou se a dominância apical não éintensa, os axilares gomos desenvolvem-se, dando um eixo com ramificações secundárias, terciárias e assim sucessivamente.

E- Os tufos de rebentos são então fragmentados e individualizados.

F- Os rebentos são transferidos se necessário para meio de alongamento afim de os preparar para a fase de enraizamento

G- Os ramos podem ser agora transferidos para um meio neutro (S/hormonas) ou com auxinas para enraizarem.

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A

Taxas de Multiplicação

in Vitro

B

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5 MicropropagaMicropropagaçção por Formaão por Formaçção de Rebentos Adventão de Rebentos Adventíícioscios.

A- O explant é constituído por um fragmento de órgão, por uma porção de tecido ou mesmo por células isoladas (grãos de pólen, protoplastos, etc.)

B- Os rebentos são neo-formados (formados de novo) a partir de células do explant inicial.

C- Estes rebentos desenvolvem-se em caules, geralmente sobre um meio de alongamento

D- Pode acontecer no entanto que as células do explant inicial se dividam rapidamente e formem, de maneira desorganizada, um calo primário ligado ao explant de partida

E- O calo primário pode ser subcultivado para promover o seu crescimento e diferenciação celularF- O calo forma rebentos sob um meio de indução apropriadoG- Todos os ramos obtidos são transferidos para um meio neutro ou enriquecido em auxinas que provocam o posterior enraizamento.

A conformidade das plantas obtidas por este método, não pode ser garantida.

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5 Embriogénese somática

APLICAÇÕES

Estudos básicos de:

Bioquímica

Histologia

Anatomia

Citologia

Conservação de germoplasma

Crio-conservação

Produção clonal

Biorreactores

Transferência de genes

Sementes

artificiais

Plantas no campo

Desenvolvimento e germinação

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5 Micropropagação por Embriogénese Somática.

A- O explant de partida pode ser um fragmento de órgão, de tecido, ou células isoladas.

B- Forma-se um calo primário (em órgãos) ou um micro-calo(em células isoladas).

C- Subcultura de calo primário ou de micro-calos

D- O calo pode dissociar-se e multiplicar-se sob a forma de suspensão celular

E- Em certas condições, as culturas celulares em meio líquido ou sólido organizam-se em pequenos maciços de estruturas bipolares chamados embrióides, ou embriões somáticosF- Os embriões somáticos se desenvolvem directamente em plântulas com raiz como as derivadas de uma semente.

Também neste caso, a conformidade das plantas obtidas, não pode ser garantida.

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5 Embriogénese Somática e Sementes Artificiais

Sementes sintéticas ou artificiais, não são mais do que embriões somáticos encapsulados. Frequentemente o alginato de sódio é utilizado para encapsular os embriões. No entanto, mais recentemente, têm sido desenvolvidos novos géis, capazes de auto-fractura. Até agora, a qualidade e uniformidade dos embriões têm sido os principais constrangimentos da técnica.

Alguns exemplos de sementes artificiais e da germinação do embrião

O Alginato de Sódio é utilizado para a produção das cápsulas onde se incluem os embriões

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5 Haploidização in vitro

De acordo com o grau de ploidia da planta mãe, podemos distinguir:

-Monohaploides: são originados a partir de uma planta diploide, possuem apenas um número (n) de cromossomas e são por isso estéreis.

- Polihaploides: são originados a partir de plantas poliploides. Possuem (xn) cromossomas e podem ser estéreis ou férteis.

Define-se como haplóide, todo o organismo tecido ou célula, que possui o número gaméticode cromossomas característico da espécie considerada.

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5Potencialidades de Utilização

-Simplifica os estudos genéticos, quando se pretende conhecer tanto o valor próprio de um gene como as interacções e as recombinações entre alelos : De acordo com as leis de Mendel, quando do cruzamento de duas linhas parentais diferindo em (n) pares de genes alelicos, o modelo de segregação de uma população F2 será (2 n)2 . O modelo de segregação no caso dos haploides será unicamente (2 n) . A haplodiploidização, permite estudar directamente os efeitos de aditividade e epistasiacis.

-Obter rápidamente o estado homozigotico por duplicação espontânea ou induzida do nº de cromossomas: Ainda que através das técnicas de melhoramento clássicas, recorrendo a auto-polinização seja possível no caso das plantas auto-compativeis, obter linhas puras, este processo revela-se bastante lento. Através da cultura de anteras, haplóides podem ser obtidos num espaço de semanas e através da duplicação de cromossomas, diplóides homozigóticos podem ser obtidos em apenas uma geração. Isto é possivel mesmo em casos de auto-incompatibildade

-Colocar em evidência mutações recessivas desde a primeira geração, após o tratamento mutagénico: Em muitos casos as mutações afectam genes alelicosrecessivos e não se expressam fenotipicamente. A utilização de haplóides permite a expressão destas mutações logo na primeira geração após aplicação do tratamento mutagénico.

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5 Exemplo do Espargo

Trata-se de uma planta dioica com um gene M que codifica para o sexo. As plantas fem. são todas (mm) e as masc. (Mm), sabendo-se que as plantas macho são mais produtivas e mais precoces que as plantas fêmeas. Pelos métodos de hibridação clássica, apenas se conseguiam obter 50% de machos na F1. Através da haploidização podemos obter 100%.

Mm

Haplodiplodização

MM x mm

100% Mm

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5 Vias De Obtenção de Haplóides In Vitro

-Androgénese

A androgénese in vitro, resulta de uma alteração do processo normal de evolução do gametófito masculino da via gametofiticapara a via esporofitica, conduzindo à formação de um embrião ou de um calo organogénico.

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Adaptado de Auge,R et Gibod,J. (1989)

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5-Ginogénese

A ginogénese, que constitui do ponto de vista prático uma alternativa ao processo de androgénese, não conhece uma expansão tão grande como a desta última, devido ao fracos resultados que se têm obtido. De facto, só em 1976 San Noeumconseguiu obter haplóides de cevada a partir da cultura in vitro de óvulos não fecundados e desde então o nº de espécies onde a técnica foi utilizada com sucesso é bastante limitada e não atinge as taxas de sucesso, também conseguidas com a cultura de anteras. De entre estas espécies saliente-se o trigo, a beterraba e o girassol.

A técnica consiste em colocar in vitro óvulos isolados promovendo a regeneração de novas plantas a plantas a partir de células (n) do saco embrionário como a ooesfera, as sinergideas ou as antipodas.

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5 Cultura de protoplastos e Produção de híbridos somáticos

Os protoplastos têm sido descritos como células “nuas” pelo facto da sua parede

celular ter sido removida, seja por processos mecânicos ou enzimáticos. Nos protoplastos isolados a membrana plasmática encontra-se

totalmente exposta.

Potencialidade de utilização dos híbridos somáticos no melhoramento

• Produção de novos cruzamentos intrerespecificos e intergenéricos, entre plantas difíceis ou impossíveis de híbridar convencionalmente.

• Transferência de genes.• Estudos da actividade dos genes citoplasmáticos e suas funções.• Produção de combinações de genes nucleares e citoplasmáticos únicas.

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5Alguns resultados possíveis da fusão entre protoplastos de duas

espécies geneticamente diferentes

= cloroplastos

= mitocondrias

= núcleoFusão

Heterocrionte

cíbrido cíbridohíbrido hibrido