Melhoramento de lúpulo no Brasil:
Estratégias de seleção e desenvolvimento
de novas cultivares
José Baldin Pinheiro
Sumário Introdução
Visão Geral
Estratégias de Melhoramento
Desafios Futuros e Perspectivas
Melhoramento de Lúpulo
“international bittering (ou bitterness) units”, ou
“unidades internacionais de amargor”
“aromas que vão do cítrico ao herbal”
Melhoramento de Lúpulo
Melhoramento de Lúpulo
Humulus lupulus L.
Centro de origem o oeste da Ásia e América do Norte
Diploide 2n=2x=20
Genoma ~2,8 Gb com conteúdo GC de ~40% e cerca de
35% de elementos transponíveis
Transposons: unidades de DNA que se movem dentro dos
genomas promovendo variabilidade genética e mutações.
Melhoramento de Lúpulo
- Termo criado, em 1920, por Hans Winkler, professor de
botânica na Universidade de Hamburgo
- Designa toda a informação hereditária de um organismo que
está codificada no seu DNA (Exons)
- Isto inclui tanto os genes como as sequências não
codificadoras (conhecidas como Introns = DNA-lixo)
Melhoramento de Lúpulo
GENOMA
To support the growing research community, we report the development of an online
resource "HopBase.org." In addition to providing a gene annotation to the existing
Shinsuwase draft genome, HopBase makes available genome assemblies and
annotations for both the cultivar “Teamaker” and male hop accession number USDA
21422M. These genome assemblies, gene annotations, along with other common data,
coupled with a genome browser and BLAST database enable the hop community to
enter the genomic age. The HopBase genomic resource is accessible
at http://hopbase.org and http://hopbase.cgrb.oregonstate.edu.
O que eu faço com o genoma??
Melhoramento de Lúpulo
Melhoramento de Lúpulo
Melhoramento de Lúpulo
Melhoramento de Lúpulo
• Porque estudar variabilidade pelo DNA e
pelo perfil químico?
• Porquê organizar as cultivares?
• Plantas dioicas, H. lupulus (2n = 18 + XY)
Melhoramento de Lúpulo
Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos
Inflorescências
Femininas
Inflorescências
Masculinas
Melhoramento de Lúpulo
Cruzamentos
Controle do pedigree
Dormência das sementes
Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo
Extração do DNA
Amostragem/coleta Perfil molecular
Melhoramento de Lúpulo
• Zoneamento de risco
• Descritores para registro de cultivares
• Agromorfológicos
• Genéticos/marcadores moleculares
• Químicos (ácidos, metabólitos, óleos…)
• Certificação de mudas (pureza genética)
• Pesquisas sobre a dinâmica da cadeia produtiva
(indicadores e custo de produção)
Desafios Futuros
Reunião
17/12/2019
Melhoramento de Lúpulo
Programa de Melhoramento Participativo
- Pesquisa em Rede
- Rápido e eficiente
- Sinergia de conhecimento
- Desenvolvimento da cadeia produtiva
- Retorno para todos os produtores e viveiristas
Melhoramento de Lúpulo
The role of genetics in mainstreaming the production of new and orphan crops to diversify food systems and support human nutrition
New Phytologist, Volume: 224, Issue: 1, Pages: 37-54, First published: 07 May 2019, DOI: (10.1111/nph.15895)
Aspectos Fenológicos
Melhoramento de Lúpulo
Cultura de clima temperado
Fotoperíodo de 15 horas de luz por dia
Temperatura média 15-19ºC
Vernalização
Ciclo de Maturação
Histórico de Melhoramento
Melhoramento de Lúpulo
Primeiras cultivares obtidas por meio de seleção
massal
Hibridações seguidas de seleção
Polinização aberta de genótipos femininos superiores
Variedades obtidas por duplicação cromossômica
seguida de hibridação
Seleção Recorrente
Traits
Melhoramento de Lúpulo
α e β-ácidos
Óleos essenciais
Precocidade
Resistência a
patógenos
Precocidade
Objetivos
Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo
Objetivos
Cultivares adaptadas às condições
edafoclimáticas Brasileiras
Altos Teores de α e ɮ-ácidos (Lúpulos de
amargor)
Altos Teores óleos essenciais (Lúpulos de aroma)
Rendimento de cones (inflorescências femininas)
Cultivares precoces
Cultivares resistentes a patógenos e insetos
Melhoramento de Lúpulo
Cronograma e Estratégias de Melhoramento
Melhoramento de Lúpulo
Melhoramento de Lúpulo
Melhoramento de Lúpulo
ES
ESTRATÉGIAS
• Speed Breeding
Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos
Inflorescências
Femininas
Inflorescências
Masculinas
Melhoramento de Lúpulo
Cruzamentos
Controle do pedigree
Dormência das sementes
Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo
ESTRATÉGIAS
• Seleção Genômica
Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos
Inflorescências
Femininas
Inflorescências
Masculinas
Melhoramento de Lúpulo
Cruzamentos
Controle do pedigree
Dormência das sementes
Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo
Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos
Inflorescências
Femininas
Inflorescências
Masculinas
Melhoramento de Lúpulo
Cruzamentos
Controle do pedigree
Dormência das sementes
Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo
Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos
Inflorescências
Femininas
Inflorescências
Masculinas
Melhoramento de Lúpulo
Cruzamentos
Controle do pedigree
Dormência das sementes
Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo
SNPs
Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos
Inflorescências
Femininas
Inflorescências
Masculinas
Melhoramento de Lúpulo
Cruzamentos
Controle do pedigree
Dormência das sementes
Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo
Análises
SNPs RAD-seq
Genoma Ref.
RNA - Seq
sem Genoma Ref.
Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos
Inflorescências
Femininas
Inflorescências
Masculinas
Melhoramento de Lúpulo
Cruzamentos
Controle do pedigree
Dormência das sementes
Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo
Total number of
Alleles (A)
Allelic richness (Ar)
Observed
Heterozygosity (Ho)
Expected
heterozygosity (He)
Inbreeding
coefficients (Fis)
Package
Adgenet
(Jombart,
2008)
Análises
Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos
Inflorescências
Femininas
Inflorescências
Masculinas
Melhoramento de Lúpulo
Cruzamentos
Controle do pedigree
Dormência das sementes
Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo
Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos
Inflorescências
Femininas
Inflorescências
Masculinas
Melhoramento de Lúpulo
Cruzamentos
Controle do pedigree
Dormência das sementes
Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo
Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos
Inflorescências
Femininas
Inflorescências
Masculinas
Melhoramento de Lúpulo
Cruzamentos
Controle do pedigree
Dormência das sementes
Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo
Herdabilidade caracteres
McAdam et al., 2014
Melhoramento de Lúpulo
Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos
Inflorescências
Femininas
Inflorescências
Masculinas
Melhoramento de Lúpulo
Cruzamentos
Controle do pedigree
Dormência das sementes
Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo
Melhoramento de Lúpulo
Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos
Inflorescências
Femininas
Inflorescências
Masculinas
Melhoramento de Lúpulo
Cruzamentos
Controle do pedigree
Dormência das sementes
Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo
Planta dióica
•PCR multiplex para detecção de machos
•100% de eficiência
Čerenak et al., 2019
Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos
Inflorescências
Femininas
Inflorescências
Masculinas
Melhoramento de Lúpulo
Cruzamentos
Controle do pedigree
Dormência das sementes
Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo
EUA: Programa Nacional de Recursos Genéticos (NGRP)
Eslovênia: Instituto Esloveno de Pesquisa e Melhoramento de Lúpulo
Aquisição de Germoplasma
Melhoramento de Lúpulo
Alemanha: Hop Research Centre Hüll
Melhoramento de Lúpulo
Caracterização do Germoplasma
Melhoramento de Lúpulo
Desempenho per se
Estudos de divergência genética para
características morfo-agronômicas
Análises multivariadas
Análises capacidade combinação
Melhoramento
Melhoramento de Lúpulo
Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos
Inflorescências
Femininas
Inflorescências
Masculinas
Melhoramento de Lúpulo
Cruzamentos
Controle do pedigree
Dormência das sementes
Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo
Regiões Edafoclimáticas
Clima Subtropical
de Altitude
Regiões Edafoclimáticas
Outono
Primavera
Melhoramento de Lúpulo
Fase Experimental
Plantio e avaliações sistemáticas
em campo
Melhoramento de Lúpulo
Fase de Teste Comercial
Plantio em larga escala e
Testes voltados à Indústria
Cervejeira ou
Farmacêutica
Melhoramento de Lúpulo
São José do Rio Preto (SP)
Passos (MG)
Joinville (SC)
Vacaria (RS) Francisco Beltrão (PR)
Petrópolis (RJ)
Valor de Cultivo e Uso
Clima Subtropical
com verão chuvoso e
inverno seco (Cwa)
Clima Classificado
como Temperado
(Cfb)
Clima Subtropical
de Altitude (Cwb)
Melhoramento de Lúpulo
Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos
Inflorescências
Femininas
Inflorescências
Masculinas
Melhoramento de Lúpulo
Cruzamentos
Controle do pedigree
Dormência das sementes
Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo
Discussões abrangentes abordando:
• Gerenciamento de dados geoespaciais/Zoneamento de
risco/Descritores MAPA
• Harmonização de dados socioeconômicos e da cadeia
produtiva
• Esquemas de melhoramento acelerado / micropropagação
• Implementar seleções genômicas
• Fenotipagem de plantas com alto rendimento (machine
learning)
Escolha dos genótipos parentais e cruzamentos
Inflorescências
Femininas
Inflorescências
Masculinas
Melhoramento de Lúpulo
Cruzamentos
Controle do pedigree
Dormência das sementes
Melhoramento de Lúpulo Melhoramento de Lúpulo