Post on 11-Nov-2018
A BIOTECNOLOGIA APLICADA
À AGRICULTURA E FLORESTAS
Célia Miguel Nelson Saibo
© 2013 American Society of Plant Biologists
1850 1900 1950 2000 1800
CO2
atmosférico
500 1000 1500 2000 0
População Global
Neste momento enfrentamos o maior dos
desafios
Como é que alimentamos mais pessoas sem danificar mais o nosso planeta?
Adapted from TTPB (Plant Cell) Williams ME (2011) The Plant Cell (online), doi/10.1105/tpc.111.tt0511
Photo courtesy Earth Observatory NASA
© 2013 American Society of Plant Biologists
Como é que alimentamos mais pessoas
com menos recursos disponíveis?
Fess et al. (2011) Crop breeding for low input agriculture: a sustainable response to feed a growing world population. Sustainability 3: 1742-1772
Photo courtesy Earth Observatory NASA
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© 2013 American Society of Plant Biologists
Qual é o papel da biotecnologia de
plantas na resposta aos desafios globais?
Photo credits: Xochiquetzal Fonseca/CIMMYT and IRRI
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© 2013 American Society of Plant Biologists
As modificações genéticas apareceram
como consequência da domesticação
Variação natural dentro de uma
população
Image courtesy of University of California Museum of Paleontology, Understanding Evolution - www.evolution.berkeley.edu
Semear as sementes de “boas” plantas aumenta a sua representatividade nas gerações seguintes
Adapted from TTPB (Plant Cell) Williams ME (2011) The Plant Cell (online), doi/10.1105/tpc.111.tt0511
© 2013 American Society of Plant Biologists
Durante a domesticação do milho o
tamanho das maçarocas aumentou
Photo © Robert S. Peabody Museum of Archaeology, Phillips Academy, Andover, Massachusetts. All Rights Reserved.
Maçarocas de locais arqueológicos no vale
Tehuacan, Mexico
7000 Anos atrás
500 Anos atrás
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© 2013 American Society of Plant Biologists
O mito da alimentação natural
A comida que consumimos tem origem em plantas altamente modificadas em relação à sua forma original.
Credit: Nicolle Rager Fuller, National Science Foundation
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Os melhoradores podem usar várias
tecnologias para responder aos desafios
PROBLEMA
SOLUÇÃO
Propagação clonal in vitro
Melhoramento assistido
“Gene pyramiding”
Melhoria nas práticas
agronómicas
Tecnologia OGM
Seleção genómica
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Seleção assistida por marcadores
moleculares
Fenótipo: expressão das características
moleculares
Genótipo: sequência de todos os genes no genoma
Photo credit LemnaTec; Anderson, L.K., Lai, A., Stack, S.M., Rizzon, C. and Gaut, B.S. (2006). Uneven distribution of expressed sequence tag loci on maize pachytene chromosomes. Genome Research. 16: 115-122.
Seleção utilizando marcadores no ADN é
mais rápida do que selecionar pelo fenótipo
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Exemplo: introdução de um gene que
confere resistência a uma doença
Tomate (variedade de elite) Planta de tomate com características indesejáveis, mas com resistência à doença (gene de resistência indicado)
Queremos introduzir a resistência a uma doença numa variedade de tomate de elite.
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Cruzamos as duas plantas. Alguns dos descendentes herdam o gene de resistência à doença e outros não – como é que podemos identificar as plantas resistentes?
Photo by Stephen Ausmus USDA
Exemplo: introdução de um gene que
confere resistência a uma doença
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© 2013 American Society of Plant Biologists
Podemos utilizar marcadores moleculares para analisar o ADN das plantas e assim identificar as que contêm o gene de resistência. É mais rápido e fácil do que infectar as plantas.
Exemplo: introdução de um gene que
confere resistência a uma doença
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© 2013 American Society of Plant Biologists
É esta uma variedade de tomate de elite com resistência a doença? Não, metade dos genes são da planta “má”
Exemplo: introdução de um gene que
confere resistência a uma doença
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© 2013 American Society of Plant Biologists
Temos que cruzar repetidamente com a variedade de tomate de elite, utilizando marcadores para identificar as plantas com o gene de resistência
Exemplo: introdução de um gene que
confere resistência a uma doença
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© 2013 American Society of Plant Biologists
Após várias gerações, obtemos o tomate de elite e com resistência à doença
Os marcadores moleculares aceleram
muito os programas de melhoramento
Exemplo: introdução de um gene que
confere resistência a uma doença
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© 2013 American Society of Plant Biologists
Transformação genética é outro método
que pode ser utilizado no melhoramento
Tomate de elite Planta resistente à doença (não é necessário ser da mesma espécie)
Tomate de elite e resistente à doença
A transformação genética permite que um único gene
seja introduzido no genoma. Este método é
mais rápido do que o melhoramento tradicional.
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© 2013 American Society of Plant Biologists
Exemplo de transformação: bananeira resistente a
doença com um gene de pimenteiro
Resistente Suscetivel A bactéria (Xanthomonas campestris pv. musacearum) que ataca as bananeiras destrói completamente estas plantas. As bananeiras transgénicas com um gene de resistência do pimenteiro são resistentes à doença.
Tripathi, L., Mwaka, H., Tripathi, J.N., and Tushemereirwe, W.K. (2010). Expression of sweet pepper Hrap gene in banana enhances resistance to Xanthomonas campestris pv. musacearum. Molecular Plant Pathology 11: 721-731.
Adapted from TTPB (Plant Cell) Williams ME (2011) The Plant Cell (online), doi/10.1105/tpc.111.tt0511
© 2013 American Society of Plant Biologists
Por que é que umas vezes se utiliza a transformação
genética e outras o melhoramento convencional?
Melhoramento convencional
1. A característica de interesse deve estar presente na população
2. Recursos genéticos devem estar disponíveis
3. Plantas devem ser propagadas sexualmente
Transformação genética
1. Genes podem ter origem em qualquer fonte
3. Plantas podem ser propagadas vegetativamente 2. Recursos genéticos não
são necessários Photo credits: Gramene.org Photo credits: Gramene.org ETH Life International
Adapted from TTPB (Plant Cell) Williams ME (2011) The Plant Cell (online), doi/10.1105/tpc.111.tt0511
sementes
teste
selecção
sementes
X
cruzamento
Melhorar uma árvore florestal demora
muito tempo!
As ferramentas da biotecnologia podem acelerar o melhoramento
Exemplo: propagação in vitro do pinheiro bravo
Propagação clonal in vitro do pinheiro bravo
Regeneração de rebentos adventícios
multiplicação axilar
Embriogénese somática
History of Agricultural Biotechnology: How Crop Development has Evolved (Nature Education) http://www.nature.com/scitable/knowledge/library/history-of-agricultural-biotechnology-how-crop-development-25885295 Engineer a crop http://www.pbs.org/wgbh/harvest/engineer/ Weed to wonder (DNA Learning Centre Cold Spring Harbor) http://www.weedtowonder.org/ Biotechnology Frequently Asked Questions (US Department of Agriculture) http://www.usda.gov/wps/portal/usda/usdahome?navid=AGRICULTURE&contentid=BiotechnologyFAQs.xml Agricultural Biotechnology (A Lot More than Just GM Crops) http://www.isaaa.org/resources/publications/agricultural_biotechnology/download/agricultural_biotechnology.pdf
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