Melhoramento Genético
do Cacaueiro Perspectivas para os
Próximos 20 Anos
Um bom caminho
Uilson Lopes, PhD
Ceplac/Cepec/Segen
Plano
• Cenário para os Anos 2030
• Tecnologias Disponíveis
• Desafios do Melhoramento
Cenário 2032
(As Profecias Completas
de Nostradamus)
Profecia 1 Custo de Produção Aumentará
Mão-de-Obra vs. Custo de Produção (Ceplac, 2011)
Profecia 1 Custo de Produção Aumentará
Salário Mínimo no Brasil (Dieese, 2011)
Corrigidos para 2011
Profecia 2 Chuvas tornar-se-ão Irregulares/Reduzidas
Precipitação Anual, Uruçuca-BA
Fonte: Seção de Climatologia, Ceplac
Desafios:
• Variedades Estáveis
• Tolerância à seca
Profecia 3 Doenças continuarão seus Impactos
Vassoura-de-Bruxa
• Evolução do Fungo
• Introdução de outras doenças
Monilíase
Bahia ?
Peru 1988
Colombia 1930
Venezuela 1941
Ecuador
1914
Panama, 1949
Costa Rica, 1978
Nicaragua, 1980
Honduras, 1997
México, 2005 Epidemias
Monilíase (Moniliophthora roreri)
West Africa Indonesia
(15%)
67%
7 bilhões de esporos/fruto
Profecia 5 A Floresta continuará sendo sua Casa
Desafios
• Produtividade
• Resistência a doenças
• Bom Estabelecimento
• Tolerância à sombra
Cacau
Árvore de Sombra
Profecia 5 A Floresta continuará sendo sua Casa
Profecia 4 O Cacau Buscará Novas Fronteiras
Faz. Chapadão
Profecia 4 O Cacau Buscará Novas Fronteiras
Desafios
• Variedades responsivas
• Tolerância a seca
• Autocompatíveis + Fácil polinização
Profecia 6 Mecanização será Requerida
Quebra de Cacau
Faz Lembrance
Desafios
• Frutos Uniformes
• Arquitetura adequada
• Produção no tronco
Profecia 7 Brasileiros e o Mundo Consumirão mais Chocolate
Moagens - Mundo
Fonte: ICCO
Profecia 7 Brasileiros e o Mundo Consumirão mais Chocolate
Consumo - Brasil
Fonte: ICCO
Profecia 8 Preços de Cacau Subirão (?)
Fonte: ICCO
Profecia 9 Consumidores Estarão mais Exigentes
Qualidade
• Sabor
• Conteúdo de Cacau
• ICCO(2008): Chocolates de alto teor de cacau (Dark Chocolate)
• 2001-2005: 33% dos novos chocolates colocados no mercado
• 2007: 5-10% dos chocolates comercializados
Sem resíduos
• Defensivos agrícolas, Fumaça
• Metais pesados (porta-enxertos)
The second aspect, and occurring mainly in the US and European markets, is the trend for increased consumption of premium quality chocolate (high-cocoa content, single-origin, organic, fair-trade) (ICCO, 2008). The increasing demand for healthier (functional) foods has led to an increase in the demand for chocolates with higher cocoa content and flavanoids content. This has happened mainly after a series of studies showing that some flavanoids found in cocoa beans have an antioxidant protection, preventing cardiovascular diseases (reviewed by Steinberg et al., 2003). For example, using data from Datamonitor and ACNielsen, the ICCO (2008) showed, from 2001 to 2005, an increase in 9% of dark chocolate sales per year and that 33% of all new chocolate candies launched in the world in 2006 were dark chocolate. In 2007, dark chocolate represented 5-10% of the total world market for chocolate tablets (dark, plain milk, plain white and filled) (ICCO, 2008).
The increased demand for high-content, dark chocolates will present some challenges to post-harvest processes, particularly on fermentation. Because dark chocolate has more cocoa content than the regular chocolate, the flavour originating from the beans becomes more apparent and needs more careful management to avoid faulty flavour traits. When producing beans to attend the market of chocolate as a functional food, some components that traditionally decrease with fermentation (e.g., flavanoids) have to be preserved. Therefore, some emphasis will be needed to develop fermentation and drying protocols to attend this demand (Efrain, 2004).
The second aspect, and occurring mainly in the US and European markets, is the trend for increased consumption of premium quality chocolate (high-cocoa content, single-origin, organic, fair-trade) (ICCO, 2008). The increasing demand for healthier (functional) foods has led to an increase in the demand for chocolates with higher cocoa content and flavanoids content. This has happened mainly after a series of studies showing that some flavanoids found in cocoa beans have an antioxidant protection, preventing cardiovascular diseases (reviewed by Steinberg et al., 2003). For example, using data from Datamonitor and ACNielsen, the ICCO (2008) showed, from 2001 to 2005, an increase in 9% of dark chocolate sales per year and that 33% of all new chocolate candies launched in the world in 2006 were dark chocolate. In 2007, dark chocolate represented 5-10% of the total world market for chocolate tablets (dark, plain milk, plain white and filled) (ICCO, 2008).
The increased demand for high-content, dark chocolates will present some challenges to post-harvest processes, particularly on fermentation. Because dark chocolate has more cocoa content than the regular chocolate, the flavour originating from the beans becomes more apparent and needs more careful management to avoid faulty flavour traits. When producing beans to attend the market of chocolate as a functional food, some components that traditionally decrease with fermentation (e.g., flavanoids) have to be preserved. Therefore, some emphasis will be needed to develop fermentation and drying protocols to attend this demand (Efrain, 2004).
Tecnologias
e
Melhoramento
(Faminto de Ciência)
Tecnologia 1 Genética Quantitativa
• Herança dos Caracteres
• Correlações
• Valores Genéticos
• Interação com o Ambiente (Anos ou Locais)
Tecnologia 1 Genética Quantitativa
Correlações entre valores acumulados do mesmo caráter em diferentes idades
Monteiro et al. (2012)
• 29 progênies
•1695 plantas
• Avaliações:
• 3º ao 10º ano
• NFC= Número de frutos colhidos/planta
• NVA = Número de vassouras de almofada
• NVV = Número de vassouras vegetativas
Ciclo 0
Ciclo 1
Ciclo 2
Ciclo 0
Ciclo 1
Prod
Prod
Seleção
Precoce Tardia
M0
M0 + G1 + G2
M0 + G1
M0 + G1
Tecnologia 2 Estatística Experimental
Detecção de diferenças reais requer boa técnica experimental
• Manejo do ensaio
• Número de repetições e tamanho de parcelas
• Delineamento experimental adequado
Nelder´s Design
Tecnologia 3 Produção de Híbridos entre Linhagens
X
AaBB
CCN-51
Aabb
Na-33
AaBb AaBb AaBb . . .
Cruzamento
Ab Pólen ab AB aB
AB ab
AABB aabb
x
Haploidização
Diploidização
Híbrido
• Uniforme
• Fácil Propagação
• Nenhum efeito de porta-enxerto
• Ortotrópico
• Heterose
Tecnologia 4 Marcadores Moleculares
Usos:
• Confirmação de cruzamentos (Kuhn et al, Faleiro)
• Mapeamento de Genes (Faleiro, Brown, Clement)
• Mal Identificação de germoplasmas (Saunders,..)
• Diversidade (Marita, JCM)
• Heterozigose
• Seleção Genômica
• 96 SSRs
• 980 clones
• Alta Homozigose (>90%) • 48 Nanay
• 12 FSC
• 10 KER
• 10 CAB
• 5 SIC
• 5 SIAL
Fonte: Aboboreira (2011)
Clone 1 x Clone 2
Hybrid (Plantation)
20 % trees = 80% yield
Tecnologia 4 Marcadores Moleculares - Homozigose
Tecnologia 4 Marcadores Moleculares – Seleção Genômica
Germoplasmas
Fenótipo (500)
+
Marcadores (10 mil)
Progenitores
Progênies 1 (Pop de Calibração)
Modelo de
Predição
Progênies 2 (Pop de Seleção)
Marcadores
+
Modelo
Fenótipo
Prod = a1M1 + a2M2 + ... + a5000M5000
Seleção
Cruzamentos
Características:
• Seleção no estádio de plântula
• Usa pops de programas de melhoramento
• Modelo não específico para UMA progênie
Tecnologia 5 Transgenia
Controle de Insetos
(Holanda/Chaidamsari,2005)
• Identificação de genes alvo (Bt/SN19)
• Identificação de promotores (casca cacau)
• Técnica de regeneração
Controle de Doenças e outros
(EUA/Guiltinan & Maximova)
Tecnologia 5 Transgenia – FasTrack Breeding
• PtFT1- Gene de floração precoce e contínua
• Populus trichocarpa
• Melhoramento de Alta Rapidez
• Transgenia
• Seleção
• Eliminação do transgênico
• Ameixa e outras fruteiras
• 1 vs. 3 anos para florir
• 5 vs. 20 anos (açúcar)
Ralph Scorza (USDA/WV)
Nas terras do sem fim, uma
grande praga surgirá e causará
sérios prejuízos nas plantações
do fruto de ouro. Porém, os
bravos e persistentes homens
daquelas terras não se abaterão
e expulsarão a praga daquelas
terras, usando da tecnologias
disponíveis na época, da sua
eterna capacidade de lutar por
aquilo que lhes foi legado por
gerações passadas. A praga
será curada na região no ano
321
Genômica (Leitura)
Nas terras do sem fim, uma
grande praga surgirá e causará
sérios prejuízos nas plantações
do fruto de ouro. Porém, os
bravos e persistentes homens
daquelas terras não se abaterão.
Formas de convivência com a
praga serão descobertas não mais
tarde que o ano
NNNNNNNNNNNNx x x x x x
x x xx x x x x x x x x x x x x x x
x xx e as terras do sem fim
voltará ao apogeu x x x x x x x x
x x x x x x x x x x x x x x x
321
Pós-Genômica (Interpretação+Uso) Genoma
Nas terras do sem fim, uma
grande praga surgirá e causará
sérios prejuízos nas plantações
do fruto de ouro. Porém, os
bravos e persistentes homens
daquelas terras não se abaterão
e expulsarão a praga daquelas
terras, usando da tecnologias
disponíveis na época, da sua
eterna capacidade de lutar por
aquilo que lhes foi legado por
gerações passadas. A praga
será curada na região no ano
321
Profecias by
Nostradamus
1555
2 genomas sequenciados
• Criollo(B97-61)
• Forastero (Matina 1-6)
• 430 Mb
Tecnologia 6 Genômica
• Fontes de resistência
• Bibliotecas subtrativas ESTs SNPs e SSRs
• 7457 sequências (ESTs) de meristemas e frutos
• 256 EST-SNP e 143 EST-SSR
• Mapeamento
• Bulked Segregant Analysis (5000 plantas)
Tecnologia 6 Genômica (Transcriptômica/Seq Regiões Expressas)
Gramacho et al.
• Tomate: gene JOINTLESS/MADS
• Cacau e Cupuaçu
• Gene ocorre em cacau
• Mas não se expressa em frutos
• Obj: Cacau transgênico que o fruto maturo caia
Tecnologia 6 Genômica
Furtek et al.
Tecnologia 7 Fisiologia – Nanismo & Arquitetura
Cacau: Ultra-Alta Densidade (16,600 plantas/ha)
• MJ-12-226
• 1 gene
• Nanismo
dominante
Tecnologia 7 Fisiologia – Nanismo & Arquitetura
Arquitetura Colunar Normal
Cacau Anão (Efron/Nova Guiné)
Tecnologia 7 Fisiologia – Nanismo & Arquitetura
Terence Robinson (Cornell Univ)
Macieira Cafeeiro
Braccini et al (2005)
Originalmente:
• 3 x 4 ou 4 x 4 m (833 ou 625 covas/ha)
1985 (IBC e Outros)/recomendação:
• 1,5-2,0 x 0,5-1,0 m
Tecnologia 7 Fisiologia – Nanismo & Arquitetura
Cacau, 3 Clones TSH, Trinidad
2990 pl/ha) 1495 pl/ha)
748 pl/ha)
Mooleedhar & Lauckner(1990), Shripat&Bekele (1996)
Cacau, 4 Híbridos, Gana
Ampofo & Bonsu,(1994)
Cacau, Amelonado, Gana
Wood(1963)
Idade: 7-14 anos
Idade: 4-7 anos Idade: 6-8 anos
Tecnologia 8 Fisiologia – Fisiologia da Produção
Cacau:
Produção Potencial (Teórica): 11.000 kg /ha (Corley, 1983)
Produções Experimentais: 6.000 kg /ha (Malásia/Lee & Chong)
Produções Fazendas: 3.000 kg/ha (100 ha, Faz Rio Lindo, Equador)
Fatores Fisiológicos que afetam a produção (Hadley e colaboradores):
• Não só os componentes de produção
Evidências: 80% bilros pecam
Frutos e sementes menores, quando muitos frutos/planta
• Mas também,
• Arquitetura que permite boa penetração de luz (baixo coef extinção)
• Partição de assimilados para os componentes de produção
Tecnologia 8 Fisiologia – Fisiologia da Produção
26 clones
3 anos de idade
Fazenda Batalha (P.Seguro)
SAF Cacau-Seringa
Índice de Colheita vs. Produtividade
Tecnologia 10 Softwares
AgroGen – Base de Dados AgroForm – Coleta de Dados
http://agrogen.net.br/
(Falhar não é uma Opção)
Desafios
para o
Melhoramento
Desafio 1 Nem só de Genética Depende a Produtividade
$
Nível Tecnológico
Custos
Renda Bruta
Lucro
Nível 1 Nível 2
US$ 1500,00/ha
(30%)
(70%)
Recursos
Desafio 1 Aumentar a Produtividade
• Aumento do Potencial Produtivo
• Redução das Perdas (Doenças, Incompatibilidade, ...)
• Entendimento dos mecanismos fisiológicos que
resultam em maior produtividade (Mais estudos)
• Arquitetura/porta-enxerto que permita altas densidades
Desafio 2 Reduzir Custos de Produção
• Crescimento rápido inicial, mas porte baixo final
• Colheita concentrada no ano, com grande número
de plantas produzindo
• Resistente a doenças
• Arquitetura propensa à mecanização
• Frutos uniformes, de fácil quebra
Desafio 3 Redução dos Riscos
• Estabilidade nos anos
• Resistência a doenças
• Piramidação de genes
• Resistência Parcial/Horizontal
• Escape
• Resistência a doenças com risco potencial (ex., moniilíase)
Desafio 4 Adaptação a Ambientes de Plantio
• Cabruca, SAFs vs. Pleno Sol:
• Capacidade de estabelecimento
• Tolerância à sombra
Scavina vs. Comum (Hutcheon, 1977)
Desafio 5 Maximizar Ganho Genético
• Grande escala de cruzamentos, populações e teste
• Re-avaliar o programa, considerando novas informações
• Usar as tecnologias disponíveis, que possam causar impacto
• Estatística, Quantitativa, Molecular, Genômica, ...
• Buscar interdisciplinaridade
Rutgers University (New Jersey) • 70 ha
• Milhares de plantas produzidas por ano
• Sarna da macieira (Venturia inequalis)
Desafio 5 Maximizar Ganho Genético – Escala é Importante
Comentários Finais
• Demanda MULTIDISCIPLINAR Pesquisa MULTIDISCIPLINAR
• Impacto no FUTURO, requer em decisões/ações no PRESENTE
Grato
Uilson Lopes CEPEC/CEPLAC