Transgenia em espécies de eucalipto visando a adaptação ao estresse e aumento de crescimento

Encontro de Melhoramento e Manejo Florestal Botucatu, SPAgosto, 2010

Summerville, SC –Global HQ

Americas• 230MM em vendas

• ~1/3 mercado de Pinus SE

• 20+%mercado de folhosas SE

� Produtor de árvores - líder nas Americas e Australasia• ~ 250 milhões de árvores por ano

� Operações

ArborGen - Líder em Melhoramentode árvores

2

Whakatane, NZ –Australasia HQ

Australasia

• 22MM em vendas

• ~40% mercado de Pinus NZ

• 20% mercado de Pinus AU

• Sudeste dos Estados Unidos• Nova Zelândia & Australia• Brasil

� Avanços em produtividade florestal

• Melhoramento genético avançado• Biotecnologia

Campinas, SP, BR – S. America HQ

Compromisso com a Floresta Sustentável

� Provedor de tecnologias visando aumento de produtividade, qualidade e sustentabilidade

� Desafia as limitações de produtividade por meio de melhorias genéticas

MORE WOOD. LESS LAND.®

3

• Vai ao encontro de demandas crescentes por madeira, fibra e energia

• Mitigação dos impactos de mudança no clima e desenvolvimento urbano que exercem pressão em florestas nativas

• Proteção de florestas nativas

Demanda no Brasil

4

A demanda por madeira está crescendo em áreas além da indústria tradicional

Demand Drivers

Electricity (Direct & Co-

firing)

Advanced Biofuels

Pellets (Heat & Power)

Pulp, Paper & Wood Products

5

Árvores desenvolvidas para sites específicos SR – maior crescimento

� Árvores desenvolvidas para sites específicos visando máxima produtividade

Árvores são a solução para energia de biomassa no sudeste dos

Estados Unidos

Short Rotation Poplar• Populus• Pinus

6

produtividade

� Árvores SR tem potencial para aumentar o suprimento de biomassa para energia

� Solução sustentável para o sudeste dos EUA onde as áreas de florestas são abundantes e a agricultura é limitada

• Pinus • Eucalipto tropical

� Florestas de eucalipto produzem madeira de melhor qualidade do que outras espécies

• O objetivo é desenvolver eucalipto resistente ao frio para plantio em áreas no norte da

Desenvolvimento de eucalipto com idade de corte menor através da biotecnologia

Short Rotation Poplar• Populus de rotação mais curta• Pinus

7

plantio em áreas no norte da Florida a na costa do Alabama, Louisiana, Mississippi e Texas

• O sucesso deste projeto proporcionará aos EUA o plantio de eucalipto, como importante fonte de biomassa • Eucalipto tropical resistente ao frio

• Espécies de eucalipto subtropical• Pinus

• Eucalipto tropical

Benefícios na cadeia produtiva

Estocagem

Logística

ProduçãoColheita Transporte

Processamento

8

Produtividade

�Alta produtividade

�Estoque no campo – garantia

de esperar pela melhor época

de corte e venda

�Eficiência no uso da terra

�Uso múltiplo = flexibilidade

para o produtor

Cadeia de suprimento

�Year round harvest

₋ Match supply with

demand

₋ No storage challenges

₋ Ability to build inventory

�Infrastructure well developed

₋ Harvesting and handling

₋ Transportation

Conversion

�Consistency in feedstock

�Improved wood quality

�Matching of physical and

chemical tree traits to

processes

�Fast growing trees can be

utilized in multiple markets

Aumento de produtividade é determinante no custo da madeira

Tecnologia – chave para melhorar a produtividade

Manejo Biotecnologia• Aumento de crescimento• Rotação mais curta• Tolerância a estresse• Melhoria na qualidade da

madeira

Material genético melhorado

9

Biotecnologia proporciona real aumento volumétrico

Valu

e

Sementes• Material elite

Clones• Uniformidade genética

• Aumento de produtividade

• Melhoria no mix de produtos

• Eficiência no manejo

Linhagens GM• Aumento de produtividade

• Rotações mais curtas

• Melhoria na qualidade da

madeira

• Tolerância a estresse

10

Tempo e Testes de Produto

• Material elite

• MCP™ - Oportunidade de

ganhos

Plataformas de transformação

• Pinus• 63 clones• 873 construções gênicas• 53.995 linhagens transgênicas

• Eucalyptus• 22 clones• 204 construções gênicas

Árvores selecionadas

Plantas in vitro

11

• 204 construções gênicas• 7.726 linhagens transgênicas

• Populus • 11 clones• 878 construções gênicas• 4.235 linhagens transgênicas

(últimos 3 anos)

Inserção do gene

Produção de linhagens

transgênicas

Garantia de qualidade

Propagação

Testes de campo

• Gene CBF e mecanismo• Fator de transcrição para frio em plantas1

• Induz a rota metabólica para proteção ao frio• Encontrado em todas as espécies de plantas2

• A primeira demonstração em Arabidopsis transgênico para super expressão do gene CBF promove tolerância ao frio e a

Genes de tolerância a estresse

12

super expressão do gene CBF promove tolerância ao frio e a geada3

• A expressão pode ser controlada por um promotor• Rd29a – promotor de Arabidopsis que controla a expressão do

gene para o frio e para outros estresses abióticos4

1Jaglo-Ottosen, KR, et al. 1998. Science 280:104-106.2Jaglo, KR, et al.. 2001 Plant Physiol. 127:910-917.3Cook, D., et al.. 2004. PNAS 101:15243-15248.4Naruksa, Y., et al. 2003. Plant Journal 34:137-148.

Linhagem

Linhagem

Eucalipto resistente ao frio e com aumento volumétrico são uma realidade

13

Controle Linhagem CBF2

Controle

Cottonwood*

Controle

Pinus

* Populus deltoides

Eucalipto resistente ao frio Resultados de testes de campo

Resultados de testes indicam tolerância ao frio para -8°a -9°C Altura aos 48 meses – 17 m, DAP aos 48 meses 16,3 cm

14

Controle Linhagem selecionada

Teste de campo

Alta produtividade em eucalipto resistente ao frio

Experimento com 27 mesesFlorida

15

Performance comercial validada sob condições severas de frio

Controle - EH1 Linhagem 427

16

Sul da Florida

Janeiro, 2010

Alabama

Maio, 2010

21

22

23

24

De

gre

es

Fa

ren

he

it

• O inverno de 2009/2010 foi desafiador

Performance comercial validada sob condições severas de frio

17

15

16

17

18

19

20

21

'05/'06 06/'07 '07/'08 '08/'09 '09/'10

De

gre

es

Fa

ren

he

it

Temperatura mínima no

Alabama Sul da Flórida, Janeiro, 2010

Liv

e H

eig

ht

(ft)

40

50

60

Controle - EH1 Linhagem 427

Performance comercial validada sob condições severas de frio

18

427

EH1

Liv

e H

eig

ht

(ft)

0

10

20

30

Alabama, Maio, 2010

• Rd29a::CBF2 confere resistência ao frio

70

80

90

100

Eucalipto resistente ao frio Resultados de testes de campo

19

Controle Linhagem CBF2

0

10

20

30

40

50

60

70

-3 -6 -7 -8

Temperature (degrees C)D

ieb

ack

%

Control Line 427 Line 435

• Linhagem 427 será a primeira a ser comercializada• Plantada em ~28 hectares atualmente• Excelente sobrevivência e crescimento após dois invernos

rigorosos (-9ºC)• Permissão para manter os experimentos a rotação inteira• Solicitação de liberação para plantio comercial foi submetida ao

Eucalipto resistente ao frio Resultados de testes de campo

20

• Solicitação de liberação para plantio comercial foi submetida ao USDA em dezembro de 2008

0

10

20

30

40

50

60

Liv

e H

eig

ht

(ft)

427

EH1

Aumento de crescimento / Rotação mais curta

• Genes que regulam o crescimento foram introduzidos em árvores visando o aumento de produtividade ou a redução da idade de corte

21

ArborGen possui Pinus, Cottonwood e Eucalyptus em Desenvolvimento de Produto

Aumento de

Linhagem

Linhagem

22

Aumento de volume

significativo

MORE WOOD.

LESS LAND.®

Controle

Pinus

Controle

Cottonwood

Controle

Transgênico

Pinus taeda aos 3 anos de idade com aumento de volume

Linhagem Controle

23

Aumento de crescimento

Cottonwood – 3 anos

TransgênicoControle

24

• Produtividade potencial: de 29 para 37 m3/ha/ano

30

35

Genes licenciados com exclusividade são a base para os primeiros produtos SR

20

Aumento na eficiência de uso do nitrogênio aumenta crescimento em Pinus

Maior tolerância ao estresse aumenta o crescimento em Populus

30

40

Mea

n(H

eigh

t (F

t))

Melhoria na alocação de carbono aumenta o crescimento em Cottonwood e Pinus

25

0

5

10

15

20

25

Bas

e C

ontr

ol S

tres

s G

ene

Bes

t Lin

e

Bas

e C

ontr

ol S

tres

s G

ene

Bes

t Lin

e

Bas

e C

ontr

ol

2004 2005 2006

Bas

e C

ontr

ol S

tres

s G

ene

Bes

t Lin

e

Bas

e C

ontr

ol S

tres

s G

ene

Bes

t Lin

e

Bas

e C

ontr

ol

2004 2005 2006

Bas

e C

ontr

ol S

tres

s G

ene

Bes

t Lin

e

Bas

e C

ontr

ol

2005 2006

Con

trol

Str

ess

Gen

eB

est L

ine

Bas

e C

ontr

ol

2006 2007

Bas

e C

ontr

ol S

tres

s G

ene

Bes

t Lin

e2007

0

10

Mea

n(H

eigh

t (F

t))

Con

trol

N G

ene

Bes

t Lin

e C

ontr

ol N

Gen

eB

est L

ine

Con

trol

N G

ene

Bes

t Lin

e C

ontr

ol N

Gen

eB

est L

ine

2003 2004 2005 2006

0

10

20

Mea

n(H

eigh

t (F

t))

Con

trol

Car

bohy

d G

ene

Bes

t Lin

e C

ontr

ol C

arbo

hyd

Gen

eB

est L

ine

Con

trol

Car

bohy

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e C

ontr

ol C

arbo

hyd

Gen

eB

est L

ine

Con

trol

Car

bohy

d G

ene

Bes

t Lin

e

2004 2005 2006 2007 2008

Genes para aumento de densidade básica e aumento do teor de lignina

35

36

Aumento do teor de lignina

0.42

0.43

Aumento da densidade básica

26

31

32

33

34

Adj

. Lig

nin

0081 0082 0083 0084

0.37

0.38

0.39

0.4

0.41

Bas

ic G

ravi

ty

7 8 9 10 11 12

A v g 07 Ht (Ft)

Aumento do teor de celulose devido à redução do teor de lignina

*Média das 3 melhores linhagens

100%

82%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Controls Improved Lines*

Rel

ativ

e L

ign

in C

on

ten

t

47,0 31,047,0 31,0

Resultados de campo –experimento com eucalipto no

Brasil – 4 anos de idade

27

10% de redução de lignina sem

afetar o crescimento

42,0

42,5

43,0

43,5

44,0

44,5

45,0

45,5

46,0

46,5

TGU070

TGU075

TGU066

TGU131

TGU073

TGU080

TGU098

TGU078

TGU159

TGU164

TGU060

TGU069

TGU102

TGU068

TGU088

TGU165

TGU076

TGU082

TGU085

TGU105

TGU376

TGU065

TGU177

TGU079

TGU108

TGU340

TGU074

TGU083

TGU166

TGU252

TGU349

TGU071

TGU090

TGU097

TGU169

TGU192

TGU197

TGU350

TGU363

TGU170

TGU094

TGU103

TGU109

TGU167

TGU118

TGU198

TGU172

TGU345

TGU347

TGU359

TGU364

TGU365

TGU119

TGU121

TGU142

TGU153

TGU332

TGU344

TGU348

TGU358

TGU360

403

TGU120

TGU187

TGU353

TGU355

TGU122

TGU171

TGU176

TGU193

TGU351

TGU356

TGU116

TGU143

TGU186

TGU163

TGU334

TGU368

TGU160

TGU161

TGU371

401

TGU141

TGU148

TGU188

TGU392

998

TGU132

TGU369

TGU338

TGU140

TGU372

TGU343

TGU346

404

TGU194

TGU127

TGU136

TGU336

402

TGU156

TGU134

TGU191

TGU130

Cel

lulo

se c

on

ten

t (%

)

26,0

26,5

27,0

27,5

28,0

28,5

29,0

29,5

30,0

30,5

To

tal L

ign

in (

%)

Cellulose (%) Total Lignin (%)

Controls from single tree plots

Controls from Block plots

42,0

42,5

43,0

43,5

44,0

44,5

45,0

45,5

46,0

46,5

TGU070

TGU075

TGU066

TGU131

TGU073

TGU080

TGU098

TGU078

TGU159

TGU164

TGU060

TGU069

TGU102

TGU068

TGU088

TGU165

TGU076

TGU082

TGU085

TGU105

TGU376

TGU065

TGU177

TGU079

TGU108

TGU340

TGU074

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TGU166

TGU252

TGU349

TGU071

TGU090

TGU097

TGU169

TGU192

TGU197

TGU350

TGU363

TGU170

TGU094

TGU103

TGU109

TGU167

TGU118

TGU198

TGU172

TGU345

TGU347

TGU359

TGU364

TGU365

TGU119

TGU121

TGU142

TGU153

TGU332

TGU344

TGU348

TGU358

TGU360

403

TGU120

TGU187

TGU353

TGU355

TGU122

TGU171

TGU176

TGU193

TGU351

TGU356

TGU116

TGU143

TGU186

TGU163

TGU334

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TGU160

TGU161

TGU371

401

TGU141

TGU148

TGU188

TGU392

998

TGU132

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TGU140

TGU372

TGU343

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TGU194

TGU127

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TGU336

402

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Cel

lulo

se c

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ten

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)

26,0

26,5

27,0

27,5

28,0

28,5

29,0

29,5

30,0

30,5

To

tal L

ign

in (

%)

Cellulose (%) Total Lignin (%)

Controls from single tree plots

Controls from Block plots

Controls from single tree plots

Controls from Block plots

Increased S:G Ratio in Field Grown Eucalyptus

3.7

3.54

Lignina SGAumento de rendimento

• Lignina siringil em maior teor em relação a lignina guaiacil • Aumento de rendimento em celulose e redução de custos de produção

- Menor consumo de energia

28

2.2

00.5

11.5

22.5

3

Controls Improved Lines*

S:G

Rat

io

*Average of top 3 lines in test

energia- Redução no consumo de químicos do cozimento de branqueamento

• Mantém o teor total de lignina – importante para geração de energia• Licenciamento do gene com exclusividade - Purdue

Relação S:G em Eucalipto aos 4 anos

O aumento da relação S:G proporciona aumento de rendimento em celulose, com redução no consumo de químicos

53

53.5

20

20.5

21

% Á

lcal

i Ativ

o (K

appa

= 1

7)

29

51.5

52

52.5

% R

endi

men

to

1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

S/G

17

17.5

18

18.5

19

19.5

20

% Á

lcal

i Ativ

o (K

appa

= 1

7)

Relação S:G em Eucalipto aos 4 anos

Análises de polpação foram conduzidas em linhagens de maior relação S:G

3,86

4,56

Linhagens com maior volume

Linhagens de maior densidade básica

Linhagens de maior rendimento

30

2,00

2,32

2,56

2,92 2,943,05 3,14 3,18 3,19 3,26

3,41

3,86

TGU001402

ControlTGU001610

TGU001260

TGU001518

TGU001342

TGU001636

TGU001266

TGU001253

TGU001284

TGU001280

TGU001242

TGU001286

Resumo

� Demanda de madeira crescente no Brasil e nos EUA� Madeira para bioenergia é um importante substituto para os

combustíveis fósseis� Árvores de maior crescimento / rotação mais curta e com maior

resistência ao estresse apresentam inúmeras vantagens� Sustentabilidade

31

� Sustentabilidade� A tecnologia oferecida pela ArborGen esta revolucionando o

potencial de produtividade em florestas• Aumento de produtividade• Rotações mais curtas• Plantio em áreas onde antes não era possível• Maior eficiência no processamento

More Wood. Less Land.®

32