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Prof. Natal Vello
www.genetica.esalq.usp.br/lgn313/nav [email protected]
LGN 313 Melhoramento Genético
Tema 12 Métodos de melhoramento de espécies autógamas: população (bulk), genealógico (pedigree), SSD
Departamento de Genética
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P1 x P2
F1
F2
Método da população (Bulk)
Método Genealógico (Pedigree)
Método SSD
Melhoramento de espécies autógamas: métodos que envolvem hibridação
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Seleção de genitores
1. Média alta: cultivares elites, cruzamentos do tipo Bom x Bom
2. Divergência genética: genealogias diversas, origens diferentes
(cruzamentos, programas, regiões).
Predições:
a) F1 com média alta: alta heterose (vigor de híbrido),
principalmente para PG
F2 e F3 com médias não muito menores que F1: baixa
perda de vigor por endogamia
b) Capacidade de combinação: cruzamentos com testadores e obtenção
de testcrosses ou topcrosses e dialelos: cruzamentos planejados para
estimar capacidade geral (CGC) e específica (CEC) de combinação dos
candidatos a genitores; CGC = performance média de uma linhagem
em cruzamentos com outros genitores; CEC = performance de uma
linhagem em um cruzamento com um genitor específico.
c) Marcadores moleculares: estimar a distância genética e formar
grupos heteróticos para obtenção de cruzamentos superiores.
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• É o método mais simples de condução de gerações segregantes: envolve cruzamentos (geralmente biparentais) seguidos de gerações sucessivas de autofecundações de plantas de uma população segregante até que um nível desejado de homozigose seja alcançado.
• Hermann Nilsson-Ehle desenvolveu esse método no Instituto Svalöf, na Suécia, em 1908.
• CONSIDERAÇÕES GERAIS :
• Semeadura e colheita são feitas misturando-se as sementes (bulk) nas gerações iniciais.
• O nº de indivíduos deve aumentar com as gerações, para minimizar a perda de alelos favoráveis.
• As populações são submetidas à SELEÇÃO NATURAL até a abertura das progênies, portanto, as condições edafoclimáticas devem representar aquelas onde a nova variedade será cultivada, de modo a favorecer os genótipos desejáveis e adaptados.
• A partir da abertura das progênies, pratica-se SELEÇÃO ARTIFICIAL entre progênies.
MÉTODO DA POPULAÇÃO (Bulk)
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Obs.: Retângulos horizontais Ξ POPULAÇÕES
Retângulos verticais Ξ PROGÊNIES
F2
F3
F5
F6– – –
– – –
––
1 2 N
Última geração
ao acaso =
= colheita N
plantas
individuais
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Cruzamento Bom x BomGenitores divergentes
F1 Plantas heterozigóticas e
Homogêneas (uniformes)
F2 , F3 e F4 Plantas colhidas em mistura (Bulk) .
Segregação genética. Ação apenas da seleção natural .
F5 Elevado grau de homozigose.
Seleção (artificial) de plantas individuais e
abertura de progênies F6 .
F6 ... Fn Experimentos de produtividade .
F6 a Fn : maior nº repetições, locais e épocas de cultivo;
seleção entre progênies . .
MÉTODO DA POPULAÇÃO (Bulk)
Nova cultivar e ou início de novo ciclo
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• Economia de mão-de-obra e possibilidade de mecanização.
• Facilita a condução simultânea de várias populações (cruzamentos).
• Maior proporção de indivíduos adaptados e competitivos.
• Mais recomendado para a produtividade de grãos: cereais de grãos pequenos e leguminosas graníferas.
• Pode ser facilmente associada com outros métodos .
• A seleção artificial também pode ser utilizada para retirar indivíduos indesejáveis (p.ex. roçadeira para reduzir a altura das plantas).
VANTAGENS DO MÉTODO DA POPULAÇÃO (Bulk)
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• A ação da seleção natural nem sempre tem a mesma direção da seleção artificial (necessidades humanas); em consequência, nem sempre as plantas mais adaptadas são as mais desejáveis (p.ex. deiscência prematura de vagens) e pode haver perda de alelos desejáveis.
• A condução da população segregante deve ser feita em condições normais de cultivo.
• Nem todas as plantas de uma geração serão representadas na próxima geração.
• Quando o principal caráter de interesse (comercial) não é a produtividade de grãos, o método não é recomendado .
• Não permite avançar mais de uma geração por ano (demorado) .
• Necessidade de se testar um grande número de linhagens, no final .
DESVANTAGENS DO MÉTODO DA POPULAÇÃO (Bulk)
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• É um método com controle parental detalhado: em qualquer etapa do programa pode-se identificar a planta ou progênie em relação a seus ascendentes (rastrear de volta a genealogia até a geração F2).
• Inicialmente usado em 1891 por Nils Hjalman Nilsson (1856-1925), na Swedish Seed Association in Svalof, Sweden, para trigo e outras espécies.
• Louis de Vilmorin, na França, desenvolveu estudos independentes que deram origem ao método genealógico convencional.
• Descrição completa foi feita por H.H. Love (1927), da Universidade de Cornell e consultor melhoramento arroz na Tailândia (1950-56).
• Muito popular até a década de 70, quando passou a ser substituído.
• Em 1985, 18% das cultivares de soja foram desenvolvidas por esse método. Especialmente recomendado para caracteres relacionados com a qualidade em hortaliças e algodoeiro.
MÉTODO GENEALÓGICO (Pedigree)
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Considerações gerais :
a) F3 a F5 : seleção entre e dentro de progênies .F6 em diante: apenas seleção entre progênies .
b) A partir de F4 há a formação de famílias de progênies descentes de uma mesma progênie F3 e de uma mesma planta F2 .
c) Ao longo das gerações: ↑ a VG entre progênies e ↓ a VG dentro de progênies .
d) A genealogia dos materiais é mantida ao longo das gerações .
e) Seleção baseada no fenótipo e no genótipo (com base nas médias de progênies) .
f) Seleção dentro de progênies: geralmente é apenas visual, fato que limita a seleção de caracteres de baixa herdabilidade.
g) Necessita de controle por cadernetas, identificação individual de progênies e plantas, o que aumenta o volume de trabalho, mas proporciona maior precisão e qualidade na obtenção de linhagens puras. Por este motivo é muito apreciado por melhoristas mais conservadores (p.ex. europeus).
MÉTODO GENEALÓGICO (Pedigree)
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F2 1 2 - - - N
12...P
12...P
12...P
12...J
12...J
12...J
12...J
12...J
12...J
12...J
12...J
12...J
F3
- - -
- - -
1 2 ... J 1 2 ... J 1 2 ... J 1 2 ... J
F4 e F5
... ... ... ...- - -F6 Testes de
produtividade
MÉTODO GENEALÓGICO (Pedigree)
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Cruzamento Bom x BomGenitores divergentes
F1 Plantas heterozigóticas e
homogêneas
F2 Seleção de plantas individuais F2 e
abertura de progênies F3
F3 ... F5 Semeadura em fileiras .
Seleção entre e dentro de progênies .
F6 ... Fn
Experimentos de produtividade
F6 a Fn : maior nº repetições, locais e épocas de cultivo;
seleção entre progênies .
Nova cultivar e ou início de novo ciclo
MÉTODO GENEALÓGICO (Pedigree)
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• Conhecimento detalhado dos genótipos; controle das genealogias; cada família de progênies está amarrada a uma planta F2 diferente.
• A seleção é baseada no fenótipo e no genótipo (com base em médias de progênies) .
• Minimiza os efeitos da seleção natural .
• Ideal para caracteres relacionados à qualidade ( exs.hortaliças, algodoeiro)
• Seleção e descarte precoces .
• Trabalho de seleção subdividido .
• Menor número de linhagens puras para testes finais de produtividade .
• Treinamento de jovens melhoristas.
VANTAGENS DO MÉTODO GENEALÓGICO (Pedigree)
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• Necessita de muitas anotações .
• Requer maior trabalho e área experimental .
• Necessidade de pessoas experientes .
• Demanda muito tempo (uma única geração por ano) .
• Custo maior .
DESVANTAGENS DO MÉTODO GENEALÓGICO (Pedigree)
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Comparação entre os métodos da população e genealógico
População (Bulk) Genealógico (pedigree)
Seleção natural até F5 Seleção artificial a partir da geração F2
Mais simples e barato; maior nº de
cruzamentos (populações)
conduzidos simultaneamente
Mais trabalhoso e caro; menor nº de
cruzamentos (populações) conduzidos
simultaneamente
Não visualiza associações entre
plantas de gerações diferentes
(ascendentes e descendentes)
Visualização clara das associações entre
plantas de gerações diferentes
Recomendado para espécies em que
o produto comercial são as sementes
(cereais de grãos pequenos e
leguminosas graníferas)
Ideal para caracteres de qualidade
(hortaliças e algodoeiro)
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HISTÓRICO• Jones e Singleton (1934, milho doce) e Goulden (1941, trigo): conceito de
avançar rapidamente as gerações de autofecundação (homozigose) antes da seleção e maximizar o nº de linhagens homozigóticas descendentes de diferentes plantas F2 (máximo tamanho efetivo).
• Kaufmann (1961, aveia): propôs “método aleatório”; avanços a partir de F2 de forma aleatória.
• Brim (1966, soja): descreveu e denominou de “método genealógico modificado”; avançar gerações rapidamente até atingir determinado nível de homozigose pelo plantio de 2 a 3 sementes por planta F2
(garantir germinação), com posterior desbaste.
• Johnson e Bernard (1962, soja): pela 1ª vez chamaram de método SSD .
• Em 1985, 65% das linhagens de soja norte-americanas foram desenvolvidas a partir do método SSD.
SSD: SINGLE SEED DESCENT
DESCENDÊNCIA DE SEMENTE ÚNICA
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SSD: SINGLE SEED DESCENT
DESCENDÊNCIA DE SEMENTE ÚNICA
F2 • • - - - •
F3 • • - - - •
. . .
. . .
. . .
Fn • • - - - •
• • •
• • •
• • •
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Cruzamento Bom x BomGenitores divergentes
F1 Plantas heterozigóticas e
homogêneas
F2 , F3 e F4
1 semente de cada planta ou progênie é
misturada para obter a próxima geração
F5 Colheita de sementes em plantas individuais e
abertura de progênies F6
F6 ... Fn
Semeadura em fileiras .
Experimentos de produtividade .
F6 a Fn : maior nº repetições, locais e épocas de cultivo;
seleção entre progênies .
DESCENDÊNCIA DE SEMENTE ÚNICA (SSD)
Nova cultivar e ou início de novo ciclo
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VANTAGENS DO MÉTODO SSD
• Não ocorre ação da seleção natural e nem da seleção artificial até a homozigose ( F5 ), possibilitando a condução do método em qualquer ambiente (local, épocas e sistemas de cultivo) .
• Permite avançar mais de uma geração/ano tanto em condições tropicais quanto temperadas (gerações de inverno conduzidas em outros locais) .
• Maximização do nº de linhagens homozigóticas descendentes de diferentes plantas F2 (máximo tamanho efetivo) e maior ganho de seleção .
• Fácil para conduzir populações em condições de espaço e tempo reduzidos, permitindo avaliar grande nº de cruzamentos (populações) .
• Pode ser aplicado para caracteres de baixa h2.
• Entre F2 e F5 sem anotações ; a partir de F6 são feitas anotações entre progênies .
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DESVANTAGENS DO MÉTODO SSD
• Avaliação de grande número de plantas e ou linhagens .
• Não explora a variabilidade genética dentro de progênies .
• Risco de reduzir a variabilidade em razão das perdas cumulativas de plantas nas diversas gerações (doenças, pragas, nematoides, déficit hídrico, encharcamento, falhas de germinação e ou emergência, ataque de formigas e pombos) .
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MODIFICAÇÕES DO MÉTODO SSD
• SHD (Single Hill Descent) ou descendência de cova única- Uma amostra de várias sementes de cada planta F2 (até 12 sementes em soja) são
semeadas juntas em uma cova . - Na colheita, são misturadas as sementes F3 das plantas de cada cova. - Os mesmos procedimentos são realizados até F5 .- Em F6 é semeada uma fileira de cada cova F5 e são iniciados os experimentos de
produtividade .- Mantém variabilidade entre plantas dentro de uma mesma cova (variação
dentro), permitindo re-seleção (mais de uma linhagem de uma mesma progênie).- Pode ser feito desbaste deixando-se uma única planta em cada cova
(método SHDT: Single Hill Descent Thinned)
. MSD (Multiple – Seed Descent) ou descendência de sementes múltiplas
- Uma amostra com número constante de sementes (p.ex. uma vagem com três sementes) é colhida de cada planta F2 e são misturadas para obtenção da população de plantas F3.
- O procedimento é repetido até F5, geração em que são colhidas sementes deplantas individuais e abertas progênies F6 para experimentos de produtividade.
