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Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento de Plantas
LGN 5799 - SEMINÁRIOS EMGENÉTICA E MELHORAMENTO DE PLANTAS
Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento de Plantas
LGN 5799 - SEMINÁRIOS EMGENÉTICA E MELHORAMENTO DE PLANTAS
Departamento de GenéticaAvenida Pádua Dias, 11 - Caixa Postal 83, CEP: 13400-970 - Piracicaba - São Paulo - Brasil
Telefone: (0xx19) 3429-4250 / 4125 / 4126 - Fax: (0xx19) 3433-6706 - http://www.genetica.esalq.usp.br/semina.php
Departamento de GenéticaAvenida Pádua Dias, 11 - Caixa Postal 83, CEP: 13400-970 - Piracicaba - São Paulo - Brasil
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Mestranda: Aliandra Graña de MedeirosOrientador: Prof. Dr. Natal Antonio VelloMestranda: Aliandra Graña de MedeirosOrientador: Prof. Dr. Natal Antonio Vello
RETROCRUZAMENTOS NO RETROCRUZAMENTOS NO RETROCRUZAMENTOS NO RETROCRUZAMENTOS NO MELHORAMENTO MELHORAMENTO MELHORAMENTO MELHORAMENTO
GENGENGENGENÉÉÉÉTICO DE PLANTASTICO DE PLANTASTICO DE PLANTASTICO DE PLANTAS
RETROCRUZAMENTOS NO RETROCRUZAMENTOS NO RETROCRUZAMENTOS NO RETROCRUZAMENTOS NO MELHORAMENTO MELHORAMENTO MELHORAMENTO MELHORAMENTO
GENGENGENGENÉÉÉÉTICO DE PLANTASTICO DE PLANTASTICO DE PLANTASTICO DE PLANTAS
1. Histórico
� Uso no melhoramento animal
� 1922 – Harlan e Pope –EUA – cereais de grãos pequenos
� 1922 – Briggs – cultivares de trigo resistentes à doença da cárie (Tilletia indica)
2. O que é o retrocruzamento?
� Obtenção de um indivíduo com grande parte do genótipo do genitor recorrente com exceção dos genes de interesse que são providos pelo genitor doador
� Genitor recorrente e doador (não-recorrente)
� Aplicável em espécies de qualquer sistema reprodutivo – autógamas e alógamas
� Série de cruzamentos da progênie de duas cultivares selecionadas com um dos genitores (genitor recorrente)
99,22 recorrente0,78 doador
Adaptado de: BORÉM (2005)
x% média recorrente e doador
50 recorrente50 doador
75 recorrente25 doador x
87,5 recorrente12,5 doador
98,44 recorrente1,56 doador x
Geração
F1
RC1
RC2
RC5
Genitor recorrente Genitor Doador
RC6
x
x
3. Número de retrocruzamentos
� Grau de recuperação desejado do genitor recorrente
� Mérito agrícola do genitor doador
� Intensidade de seleção das características do genitor recorrente durante o programa
Depende:
3. Número de retrocruzamentos
Depende:
� Ligação gênica entre o gene em transferência e outros indesejáveis
� Diferença genotípica entre genitor recorrente e doador
� Uso de marcadores moleculares
4. Efeito da Ligação Gênica
Xa B
a B
Genitor recorrenteA = resistência à
doença
a = suscetibilidade àdoença
B = flor roxa
b = flor branca
Genitor doador
bA
bA
RC1: Xa B
a B
A b
a B
F1alelo B
reintroduzido em cada
retrocruzamento
alelo B reintroduzido em
cada retrocruzamento
a B
a BA b
a BF1
Genitor recorrente
Tipos não-recombinantes
a B
A b
a
a B
B
RC1.1:
a
aa
B
b
A
B
B
Tipos recombinantes
Ocorrência de permuta genética
Quebra de ligação
onde:
1 – (1 – p)m + 1
� Seleção somente para o gene desejável que estásendo transferido
Probabilidade de eliminar alelo indesejável:
p taxa de recombinaçãom número de retrocruzamentos
Exemplo:
taxa de recombinação p = 0,01 ou 1 cMb
durante 4 retrocruzamentos
= 1 – 0,951 = 0,049 4,9%
1 – (1 - 0,01)4 + 1 = 1 – (1 - 0,01)5 =
4. Efeito da Ligação Gênica
� Linkage drag – arrasto devido à ligação
� Stam e Zeven (1981) e Zeven et al. (1983) –quantificação do linkage drag
Arrasto de DNA em virtude da ligação gênica, após várias gerações de retrocruzamentos
Stam e Zeven (1981)
Geração Proporção do genitor recorrente (%)
Arrasto de DNA do genitor doador (cM)
F1 50,0000 - RC1 75,0000 59 RC2 87,5000 - RC3 93,7500 38 RC4 96,8750 32 RC5 98,4375 28 RC6 99,2188 22 RC10 99,9512 18 RC20 99,9999 10
5. Transferência de Características no Retrocruzamento
� Caracteres de alta herdabilidade governados 1 ou poucos genes – doenças
� Expressão do caráter: Número de genes x herdabilidade
� Transferência de alelos dominantes e recessivos
� Caracteres quantitativos de herança relativamente simples – precocidade, altura da planta, tamanho e forma de sementes
RC1.1: 1/2 Aa : 1/2 aa*
6. Transferência de Alelos
� DominanteDominante
Genitor recorrente Genitor doadorx
1º retrocruzamento (RC1)
aa AA
F1 Aa
descarteAa x aa
RC1.1: 1/2 Aa : 1/2 aa*
2º retrocruzamento (RC2) Aa x aa
RC2.1: 1/2 Aa : 1/2 aa*
descarte
RC6.1: 1/2 Aa : 1/2 aa*
6º retrocruzamento (RC6) Aa x aa
descarte
descarte
AA: não segregam
Autofecundação das plantas Aa:
1 AA : 2 Aa : 1 aa*
Autofecundação das plantas Aa e AA
RC6.1: 1/2 Aa : 1/2 aa* descarte
Aa: segregam
nova cultivar
Rr : rr*
Ex.: Transferência do gene de resistência à ferrugem do colmo (Puccinia graminis tritici ) do trigo para a cultivar Pawnee
Ex.: Transferência do gene de resistência à ferrugem do colmo (Puccinia graminis tritici ) do trigo para a cultivar Pawnee
Adaptado de: POEHLMAN (1959)
cultivarGenitor doadorGenitor recorrente
Pawnee (rr)X
resistente(RR)
RC1:RC1: X
50% Pawnee PawneerrF1 (Rr)
RC1.1:RC1.1:
descarte75% Pawnee
Rr : rr*
rr* : Rr
93,75% Pawnee
RC2:RC2: X (rr) Pawnee
Rr87,50% Pawnee
RC4:RC4: Rr X (rr) Pawnee
RR
96,88% Pawnee
⊗⊗⊗⊗1 rr* : 1 RR : 2 Rr
⊗⊗⊗⊗ ⊗⊗⊗⊗
descarte
6. Transferência de Alelos
� Recessivo
Genitor recorrente Genitor doadorx
AA aa
F1 Aa
1º retrocruzamento (RC1) Aa x AA
RC1.1: 1/2 AA : 1/2 Aa
RC1.1: 1/2 AA : 1/2 Aa⊗⊗⊗⊗
Autofecundação 1 AA* 1 AA*: 2 Aa*: 1 aa
⊗⊗⊗⊗
2º retrocruzamento (RC2) aa x AA
RC2.1: Aa
3º retrocruzamento (RC3) Aa x AA
RC3.1: 1/2 AA : 1/2 Aa⊗⊗⊗⊗ ⊗⊗⊗⊗
Autofecundação 1 AA* 1 AA*: 2 Aa*: 1 aa
4º retrocruzamento (RC4) aa x AA
6º retrocruzamento (RC6) aa x AA
AaRC6.1:⊗⊗⊗⊗
RC6.2 1 AA*: 2 Aa*: 1 aaNova
versão da cultivar
Ex.: Transferência do gene de resistência à podridão da raiz (Pythium arrhenomanes) no sorgo da cultivar Club Kafir
para a cultivar Custer
Ex.: Transferência do gene de resistência à podridão da raiz (Pythium arrhenomanes) no sorgo da cultivar Club Kafir
para a cultivar Custer
Genitor Recorrente Genitor DoadorCuster (RR)
F1 (Rr)RC1:RC1:
X
Custer (RR)
Club Kafir (rr)
Adaptado de: VEGA (1988)
(resistente)(suscetível)
X
1/2 RR : 1/2 RrRC1.1:
1 RR : 1 RR* : 2 Rr* : 1 rr
1/2 RR : 1/2 Rr⊗⊗⊗⊗
RC1.1:RC1.1:
RC2:RC2: rr x Custer (RR)
RrRC3:RC3: x Custer (RR)
1 RR* 1 RR* : 2 Rr* : 1 rr
⊗⊗⊗⊗
RC5: 1/2 RR : 1/2 Rr
⊗⊗⊗⊗
Nova cultivar
⊗⊗⊗⊗
7. Estratégias de Transferência de Várias Características
Características Qualitativas
1) Programa Seqüencial um gene ou característica de cada vez em um programa
3) Programa Simultâneo características transferidas de uma só vez em um programa
2) Programa Paralelo 2 subprogramas –cada característica é transferida independentemente
7. Estratégias de Transferência de Várias Características
1) Programa Seqüencial um gene ou característica de cada vez em um programa
Ex.: Obtenção do trigo Baart 38 resistente à ferrugem do colmo e doença da cárie
Obtenção do Trigo Baart 38 (segundo Briggs e Allard, 1953)Obtenção do Trigo Baart 38 (segundo Briggs e Allard, 1953)
Adaptado de: ALLARD (1971)
Hope BaartResistência àferrugem do
colmo
Baart 35 BaartResistência àdoença da
cárie
x
RC3F4RC3F4
RC1RC1
1930
1931
BaartBaart HopeHope
1934Teste para ferrugem do
colmo
1935 RC5RC5 Baart 35x
1936 F3F3
Teste para doença da cárie e ferrugem
Resistentes à ferrugem do colmo e doença da cárie
Baart 38
Genitor recorrente Genitor doador
1937
7. Estratégias de Transferência de Várias Características
Ex.: Transferência de ausência de lipoxigenase (LOX), ausência do inibidor de protease Kunitz e conteúdo reduzido de ácido linolênico - Programa de Melhoramento da Qualidade da Soja (BIOAGRO/UFV)
2) Programa Paralelo 2 subprogramas
FREITAS, C. F. 5 nov 2007. Acesso em: <http://www.ufv.br/dbg/bioano02/a2001a15.htm>
Programa paralelo para transferência de alelos para ausência de lipoxigenase (LOX), ausência do inibidor de protease Kunitz e conteúdo reduzido de ácido linolênico
Programa paralelo para transferência de alelos para ausência de lipoxigenase (LOX), ausência do inibidor de protease Kunitz e conteúdo reduzido de ácido linolênico
3 subprogramas
1º 2º 3º
ausência de lipoxigenase
conteúdo reduzido de
ácidolinolênico
ausência do inibidor
de protease Kunitz
Cultivares Recorrentes (Comerciais)
Cultivares Recorrentes (Comerciais)
1) CAC-1
2) Cristalina RCH
3) Doko RC
4) IAC –12
5) Garimpo RCH
6) Paranaiba
7) Paranagoiana
Cultivares DoadorasCultivares Doadoras
1) Yumeitaka (origem japonesa) → ausência lipoxigenases 1, 2 e 3
2) Linhagem BRM 92883 →
ausência inibidor de protease Kunitz (KTI) desenvolvida pela Embrapa Soja
3) Genótipo BARC–12 →
baixo teor de ácido linolênico, desenvolvido pelo USDA-ARS
1º Subprograma1º Subprograma
• Obtidas: 7 isolinhascom ausência de lipoxigenases 1, 2 e 3a partir do cruzamento do genitor doador Yumeitaka com as sete cultivares comerciais
2º Subprograma2º Subprograma
• Obtidas: isolinhas com ausência do inibidor de protease Kunitz, a partir do cruzamento do genitor doador BRM 9215883 com as sete cultivares comerciais
Desenvolvidos ao mesmo tempo
3º Subprograma3º Subprograma
BARC-12(Genitores recorrentes)(Genitores recorrentes)Genitor doadorGenitor doadorCultivares Comerciaisx
F1 Cultivares ComerciaisRC1: x
RC1.1 x Isolinhas das cultivares comerciais
Isolinhas das cultivares comerciais
com ausência simultânea de lipoxigenases e inibidor de
protease Kunitz
(obtidas pelo retrocruzamentodos sub-programas 1 e 2)
F1F2⊗⊗⊗⊗
Seleção para baixo teor de
ácido linolênico
F2F2
RC5
RC5.2⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗ ⊗⊗⊗⊗
seleção de sementes para baixo teor de ácido linolênico, ausência de
lipoxigenases e ausência do inibidor de protease Kunitz
Nova cultivar
x Isolinhas das cultivares comerciais
Isolinhas das cultivares comerciais
7. Estratégias de Transferência de Várias Características
3) Programa Simultâneo características transferidas de uma só vez
Ex.: Transferência de tolerância às doenças de final de ciclo e nematóide de galhas para a cultivar de soja Cristalina
Informação pessoal: UNFRIED & KIIHL (2007)
F1
F1 CD 201
x
x
x
DouradosCristalina
Cultivar de ampla
adaptação no Brasil Central,
Norte e Nordeste
Cristalina
Genitor recorrente Genitor doador 1
Genitor doador 2
Tolerância doenças de final de ciclo
Tolerância ao
nematóide de galhas
Cultivar “X”RC1 RC2⊗⊗⊗⊗
Transferência de tolerância às doenças de final de ciclo e nematóide de galhas para a cultivar Cristalina
Transferência de tolerância às doenças de final de ciclo e nematóide de galhas para a cultivar Cristalina
� Número de genes
� Influência do ambiente
� Teste de Progênie
� Ex.: Desenvolvimento da cultivar de cevada “Erbet”derivada da transferência de um gene para precocidade da cultivar “Prior” na cultivar “Betzes”(Hockett e Eslick, 1972) – 14 anos
7. Estratégias de Transferência de Várias Características
Características Quantitativas
8. Modificações nos Retrocruzamentos
� Obtenção de transgressivos
� Uso de 2 ou mais genitores recorrentes
� Redução para 1 ou 2 retrocruzamentos e seleção para produtividade e outros caracteres agronômicos seleção recorrente
8. Modificações nos Retrocruzamentos
Doador = cultivares norte-americanos (genes: precocidade, menor altura de planta)
Recorrente = germoplasma africano com resistência a muitas doenças
� Inversão dos genitores (ex. conversão do sorgo nos EUA, MILLER, 1979)
� Uso de marcadores moleculares
9. Uso de Marcadores Moleculares no Retrocruzamento
� Aceleram a recuperação do genótipo genitor recorrente
� Seleção de indivíduos com o alelo de interesse e com maior proporção do genoma recorrente
� Eliminação de descendentes com genes indesejáveis ligados aos genes de interesse provenientes do genitor doador
MESQUITA, A.G.G. Retrocruzamento assistido por marcadores SSRs em milho. 2002. 69 p. Tese (Doutorado em Genética e
Melhoramento de Plantas) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, MG
MESQUITA, A.G.G. Retrocruzamento assistido por marcadores SSRs em milho. 2002. 69 p. Tese (Doutorado em Genética e
Melhoramento de Plantas) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, MG
� OBJETIVO: Testar a possibilidade de se utilizar marcadores microssatélites para auxiliar a seleção em programas de
retrocruzamento em milho
� OBJETIVO: Testar a possibilidade de se utilizar marcadores microssatélites para auxiliar a seleção em programas de
retrocruzamento em milho
L 11 L 13xGenitor recorrente Genitor doador
F1
alta inserção da espiga
baixa inserção da espiga
RC2 TOPCROSS
RC1: F1 x L 11
RC2: 241plantas
31 plantas com menor altura da espiga 68
primers SSRs
35 plantas
27 primers SSRs
5 plantas
523 plantas RC1
Avaliação para inserção da espiga
X L 11
Plantas RC2 selecionadas fenotipicamente e genotipadas com seus respectivos valores de altura de espiga (cm), e porcentagem de recuperação do genoma recorrente (% recuperação)
� RC2 2 plantas com uma recuperação de 98,20% do
genitor recorrente
� Ganho de 3 ciclos de retrocruzamentos, comparando-se
ao retrocruzamento convencional
� RC2 2 plantas com uma recuperação de 98,20% do
genitor recorrente
� Ganho de 3 ciclos de retrocruzamentos, comparando-se
ao retrocruzamento convencional
CONCLUSÃO:CONCLUSÃO:
Published in Crop Sci. 45:123–140 (2005)
QTL Analysis of Cotton Fiber Quality Using MultipleQTL Analysis of Cotton Fiber Quality Using MultipleGossypium hirsutum x Gossypium barbadense
Backcross GenerationsGossypium hirsutum x Gossypium barbadense
Backcross Generations
Jean-Marc Lacape,* Trung-Bieu Nguyen, Brigitte Courtois, Jean-Louis Belot, Marc Giband,Jean-Paul Gourlot, Ge´rard Gawryziak, Sandrine
Roques, and Bernard Hau
� OBJETIVO: Introgressão de características para qualidade de fibra no algodão da espécie G. barbadense para G. hirsutum
� OBJETIVO: Introgressão de características para qualidade de fibra no algodão da espécie G. barbadense para G. hirsutum
�Análise de QTL de 11 propriedades de fibra de 3 populações RC1, RC2, RC2.2
�80 QTLs identificados
�Comprimento, resistência, finura e cor influenciados por 15, 12, 21 e 16 QTLs
xGenitor doadorGenitor doador
VH8(G. barbadense)
Guazuncho(G. hirsutum)
Genitor recorrenteGenitor recorrente
� Como o esperado, para a maioria dos QTLs, os alelos favoráveis foram provenientes do genitor VH8 (G. barbadense)
� Casos de colocalização de QTLs para diferentes características foram mais freqüentes do que posições isoladas. Levando em consideração essas regiões ricas em QTLs, 19 regiões em 15 diferentes cromossomos foram identificadas como regiões-alvo para estratégia de introgressão assistida por marcadores
� Como o esperado, para a maioria dos QTLs, os alelos favoráveis foram provenientes do genitor VH8 (G. barbadense)
� Casos de colocalização de QTLs para diferentes características foram mais freqüentes do que posições isoladas. Levando em consideração essas regiões ricas em QTLs, 19 regiões em 15 diferentes cromossomos foram identificadas como regiões-alvo para estratégia de introgressão assistida por marcadores
CONCLUSÃO:CONCLUSÃO:
10. Potencial de Uso do Retrocruzamento
� Condução fora do ambiente a que o genitor recorrente está adaptado
� Ótima previsibilidade do resultado
� Uso de cultivar conhecida
Vantagens
� Gera novos genótipos com características superiores ao genitor recorrente
10. Potencial de Uso do Retrocruzamento
� Transferência de um ou poucos genes
� Competitividade do genitor recorrente às demais variedades do mercado
� Comprometimento do sucesso da nova versão
Desvantagens
11. Considerações Finais
� Uso de germoplasma exótico
� Introdução de resistência vertical
� Formação de isolinhas
� Incorporação de caracteres provenientes de plantas transgênicas
[email protected]@esalq.usp.br
