Uso da Hibridação no Melhoramentode Plantas Autógamas Métodos de Melhoramento de Plantas-GAG 106 Professor: Adriano Bruzi Objetivos Entender a importância do método da hibridação; • Estudar métodos para a escolha dos genitores ou populações segregantes; • Estudar as estratégias para obtenção das populações segregantes; • Estudar os métodos de condução das populações segregantes aplicados à plantas autógamas; • Hibridação Método de melhoramento mas empregado nas culturas autógamas; • Permite associar, em um único indivíduo, características que se encontram em indivíduos separados; • É o método de melhoramento capaz de ampliar a variabilidade, possibilitando assim que se realize a seleção; • Hibridação: Exemplo Exemplo: Transferência da resistência do Roundup Ready em linhagens de Soja. P1 RR X P2 rr F1 Rr Qual o número de linhagens na geração F∞? Qual o número de genótipos na geração F2? . Hibridação: Exemplo P1 AABBCCDDeeffgg X P2 aabbccddEEFFGG F1 AaBbCcDdEeFfGg Qual o número de linhagens na geração F∞? Qual o número de genótipos na geração F2? . • . • Exemplo 100 linhagens em um banco de germoplasma. se realizarmos cruzamentos biparentais. • O número de populações possíveis a serem obtidas é infinito.Hibridação No melhoramento de qualquer espécie há inúmeras combinações possíveis de cruzamentos entre genitores. tem-se a possibilidade de se obter 4950 populações segregantes. • .Hibridação Para se realizar o melhoramento utilizando o método da hibridação a primeira etapa consiste na escolha dos genitores a serem utilizados como parentais ou na escolha das populações segregantes que serão avançadas no processo de seleção. melhorista deve utilizar de ferramentas para escolha dos genitores. • . • Se o caráter é quantitativo. a escolha dos genitores é facilitada. é mais difícil.Métodos para Escolha de Genitores: Depende do caráter Se o caráter a ser melhorado é qualitativo. • Normalmente apresentam estimativas de herdabilidade de maior magnitude. • Forma classes distintas.Caráter Qualitativo? Normalmente controlado por um ou poucos genes. • . • Pequena influência do ambiente na manifestação fenotípica do caráter. Caráter Quantitativo? Normalmente controlado vários genes. • Não Forma classes distintas. • . • Grande influência do ambiente na manifestação fenotípica do caráter. Apresenta distribuição contínua. • Normalmente apresentam estimativas de herdabilidade de pequena magnitude. Escolha do germoplasma elite para geração de variabilidade Métodos para a escolha de genitores foram classificados por Baenziger & Peterson (1991) • Métodos que contemplam apenas a informação do parental. • Métodos que utilizam desempenho da progênie. • . • . • Utilização da performance média. • Desvantagem: não se antevê a variabilidade. • Vantagem: método fácil.Escolha do germoplasma elite para geração de variabilidade Métodos que contemplam apenas a informação do parental. é o mais utilizado. rápido. • .Escolha do germoplasma elite para geração de variabilidade Como melhorar a eficiência do método que utiliza apenas a performance média? • Pode-se associar a performance média. parentesco entre as cultivares. visando ampliar a variabilidade. informações de genealogia. • Utilizar marcadores moleculares para obter estudos de informação da divergência genética. • O método mais utilizado é o cruzamento dialélico. • Desvantagem: não é viável para grande número de linhagens.Escolha do germoplasma elite para geração de variabilidade Métodos que consideram a performance da progênie. possibilidade de antever a variabilidade genética. • Vantagem: avaliação da população híbrida. • . Dialelo Completo ou Balanceados Consiste no cruzamento de n genitores dois a dois. • Populações 1 2 3 4 1 11 12 13 14 2 21 R 22 23 24 3 31 R 32 R 33 34 4 41 R 42 R 43 R 44 . • cruzamento de n Grupo 1 e 2 5 6 7 8 1 15 16 17 18 2 25 26 27 28 3 35 36 37 38 4 45 46 47 48 x m .Dialelo Parcial Consiste no genitores. • O número de híbridos corresponde a i x j.Dialelo Parcial Consiste no cruzamento de n x m genitores. • Tem como vantagem a possibilidade de incluir maior número de genitores. • . Dialelo Circulante Cada genitor participa de “s” cruzamentos. normalmente utilizado quando se dispõe de um grande número de genitores... 20 5 201 202 203 7 27 8 28 9 ... 20 . • Genitores 1 1 2 3 4 12 13 14 2 6 26 3 . ns 2 Para se obter todas as combinações necessárias o s tem que ser par se n for um número impar e s deve ser impar se n for par.Dialelo Circulante • Número total de cruzamentos. • . Interpretação dos Resultados Análise de Dialélica A análise dialélica permite estimar a Capacidade de combinação (CC). • GRIFFING (1956) desenvolveu o modelo que subdivide a CC em: • i) capacidade geral de combinação (CGC) que é utilizada para designar a performance média de um genitor qualquer em combinações híbridas. • . são os efeitos não explicados pela capacidade geral. 1956 ii) capacidade específica de combinação (CEC) é usada para designar aqueles casos nos quais certas combinações se mostram relativamente melhores ou piores do que poderia ser esperado com base na performance média dos dois genitores do referido híbrido. • .Interpretação dos Resultados Análise de Griffing. 6 18..6 24.8 86 21.2 94 23.8 23.8 22.5 Genitores .2 27. Y i.Interpretação dos Resultados Análise Dialélica.3 3 20.6 24. 1 15.4 26.8 26.6 102 25.4 24.5 2 18.4 78 19.4 22.5 4 23.2 20. 22.2 20. Griffing 1956 1 2 3 4 Yi.5 Y . Interpretação dos Resultados Análise de Griffing, 1956 • Considerando o modelo sem o erro, tem-se: Yij • m gi gj sij Assim, para o híbrido 1x2; Yij m g1 g2 s12 Interpretação dos Resultados Análise Dialélica • A CGC para o genitor 1 (g1) é obtida por: gˆ1 • Y 1. Y .. 19,5 22,5 3 Para os demais: gˆ 2 Y 2. Y .. 21,5 22,5 1 gˆ 3 Y 3. Y .. 23,5 22,5 1 gˆ 4 Y 4. Y .. 25,5 22,5 3 Interpretação dos Resultados Análise Dialélica Capacidade específica de combinação (CEC) representa quanto do comportamento do híbrido não pode ser explicado apenas pela CGC dos genitores. • CEC sij Y ij gi g j Y .. s14 0.9 18.Interpretação dos Resultados Análise Dialélica • Para s12 teríamos: s12 s13 Y 12 0.5 0. 0.3 .3 g1 s11 g 2 Y ..9 3 1 22.3. 13 BRS Supremo 0.19 Meia-Noite 0.15 BRS Valente -0.02 MAII-2 0.45 BRSMG Majestoso -0. 2009) Genitores grupo 1 gi Genitores grupo 2 gi CVIII-85-11 1.02 MAII-22 0.57 .18 VC-3 -0.38** RP-26 0.00 MAII-16 -1.64** RP-166 -0.Interpretação dos Resultados Análise Dialélica Estimativas da capacidade geral de combinação (gi) dos genitores do grupo 1 e 2 para o índice Z na média das duas gerações.08** RP-133 0. (Adaptado de MENDES. • . logo.Interpretação dos Resultados Análise Dialélica Quanto maior a capacidade geral de combinação maior a freqüência de alelos favoráveis. deve-se priorizar a escolha de linhagens com maior gi. . P8)... P2. como realizar as hibridações? • Vamos imaginar que sejam escolhidos oito genitores (P1. • .Como obter a População Segregante ? Como normalmente não são escolhidos apenas dois genitores vem o questionamento.. Numa situação como essa há várias opções na obtenção da população segregante. são possíveis. • dois híbridos duplos [(P1 x P2) x (P3 x P4)] e [(P5 x P6) x (P7 x P8)]. • quatro híbridos simples: (P1 x P2). (P5 x P6) e (P7 x P8).Obtenção da População Segregante Com oito pais. considerando que cada genitor seja utilizado apenas uma vez. (P3 x P4). entre outras combinações. • . • hibrido múltiplo {[(P1 x P2) x (P3 x P4)] x [(P5 x P6) x (P7 x P8)]}. isto é. nesse caso. é a dificuldade de encontrar dois genitores que se complementam totalmente.Obtenção da População Segregante Quando estão envolvidos apenas dois genitores. que possuam fenótipos desejáveis para todos os caracteres sob seleção. A restrição. a população resultante apresentará 50% dos alelos de cada um deles. • . Obtenção da População Segregante Com oito genitores. são necessários três ciclos de cruzamento. P7 x P8 – Obtenção de híbridos simples. P5 x P6. ou seja: Primeiro ciclo: P1 x P2. (P5 x P6)(P7 x P8) – Híbridos duplos. por exemplo. Segundo ciclo: (P1 x P2)(P3 x P4). • . P3 x P4. Terceiro ciclo: (P1 x P2 x P3 x P4)(P5 x P6 x P7 x P8) – Híbrido múltiplo. teoricamente. fornece a oportunidade para combinar alelos favoráveis que se encontram presente nos diferentes genitores. é que o número de possíveis alelos na população para cada loco aumenta com o número de genitores utilizados. comparado com o biparental.Obtenção da População Segregante A população obtida por cruzamento múltiplo. • . maior variabilidade. • A vantagem potencial de um cruzamento múltiplo. quanto maior o número de genitores envolvidos maior deve ser o tamanho da população F1 para se manter os alelos favoráveis de todos os genitores. é a pequena probabilidade em obter um genótipo com todos os alelos desejáveis.Obtenção da População Segregante Contudo. • Outra limitação dos cruzamentos múltiplos que envolve a segregação de vários locos. • . pode-se inferir que: os adeptos dos cruzamentos múltiplos consideram como vantagem dos HM a chance de associar fenótipos favoráveis de vários caracteres ao mesmo tempo.Obtenção da População Segregante: Comparações Em síntese. • . tais como: demandar mais tempo para promover intercruzamentos e a necessidade de se realizar um maior número de hibridações com o avanço dos ciclos de intercruzamentos. para se ter chance de manter a maioria dos alelos favoráveis. como já foi visto.Obtenção da População Segregante: Comparações Obtenção de cruzamentos múltiplos tem também algumas restrições de caráter prático. • . é questionável se é vantajoso o emprego do HM. • É possível identificar algum cruzamento biparental entre genitores bem escolhidos para se ter maior sucesso com a seleção.Obtenção da População Segregante: Comparações Se o melhorista tem objetivos bem definidos. concentrados em poucos caracteres. • . e os que separam essas duas fases. • .Métodos de Condução da População Segregante Os métodos de condução das populações segregantes são classificados em duas categorias: aqueles que não separam as fases de endogamia e seleção. inicia-se a seleção que continua no decorrer das sucessivas gerações de endogamia. nos quais a partir da geração F2. • Nesta categoria estão incluídos. quando já existe variabilidade.Métodos de Condução da População Segregante Métodos que não separam as fases de endogamia e seleção. os métodos massal e o genealógico. • . principalmente. visualmente. • Esse método é relativamente pouco usado. • Utiliza basicamente a habilidade dos melhoristas em. Massal É efetuada a seleção fenotípica de indivíduos superiores a partir da geração F2. • • • . identificar os indivíduos genotipicamente superiores.Métodos que não separam as fases de endogamia e seleção. cor de grãos. onde há uma boa correspondência entre o fenótipo e o genótipo.Métodos que não separam as fases de endogamia e seleção. • • . Massal Assim é fácil entender que ele só será eficiente para caracteres de alta herdabilidade. • Será apropriado para caracteres. tais como. ciclo e resistência a alguns patógenos. Métodos que não separam as fases de endogamia e seleção. • Quanto menor a herdabilidade deve-se selecionar mais indivíduos. • • . deve aplicar alta intensidade de seleção se a h2 for próxima de 1. . • Isto é.0. Massal Para melhorar a eficiência o melhorista pode ajustar a intensidade de seleção à herdabilidade (h2) do caráter. Massal . Massal . Massal . 1988). no final do século XIX (Jensen. • Provavelmente é o método que foi mais utilizado no melhoramento de plantas autógamas em todo o mundo.Métodos que não separam as fases de endogamia e seleção. • • . Genealógico O método genealógico foi desenvolvido na Swedish Seed Association em Svalof. Suécia. ao que tudo indica por Hjalmar Nilsson. .Métodos que não separam as fases de endogamia e seleção. • Amplamente empregado no melhoramento de plantas alógamas.. como o milho. arroz (Castro et al. soja (Sedyama et al. feijão (Vieira et al. 2005). e café arábica (Sakiyama et al.. 2005). 2005). 2005). tais como.. Genealógico Há relatos de seu emprego em várias espécies no Brasil. quando da obtenção de linhagens. • • . • As sementes destas plantas são semeadas em linhas. • Das melhores progênies F2:3 são selecionados os melhores indivíduos. Genealógico As plantas da geração F2 ou S0 são selecionadas visualmente e colhidas separadamente.Métodos que não separam as fases de endogamia e seleção. progênies F2:3. • • . • • .Métodos que não separam as fases de endogamia e seleção. Genealógico O processo se repete até F4:5 ou F5:6. • As sementes de cada progênie são então colhidas para serem avaliadas nos experimentos regionais de avaliação. quando a variação dentro das progênies for pequena. • Posteriormente as melhores irão participar dos experimentos de (VCU). • • . Borém (2001) cita que: “permite o controle do grau de parentesco entre as seleções. possibilita o treinamento de melhoristas”.Métodos que não separam as fases de endogamia e seleção Genealógico. permite a utilização de dados obtidos para estudos genéticos e. permite o descarte de indivíduos inferiores em gerações precoces. Vantagens. • Esse argumento. deve ser questionado. Genealógico. A genealogia possibilita ao melhorista. contudo. Contestação. voltar nas progênies em gerações mais precoces que deram origem a elas e efetuar nova seleção.Métodos que não separam as fases de endogamia e seleção. uma vez identificada as melhores progênies/linhagens. • • . uma linhagem igual ou superior. Contestação. O fato de uma progênie ter fornecido um bom indivíduo. não é indicação que se possa novamente selecionar. na mesma progênie segregante. por si só. que dará uma linhagem superior.Métodos que não separam as fases de endogamia e seleção. Genealógico. • • . pelo melhorista sueco Nilsson Ehle. que apresentou de forma clara e definitiva o método (Jensen 1988). publicado em 1929. • • . Foi proposto em 1908. do mesmo autor. Contudo.Métodos que separam as fases de endogamia e seleção Bulk ou da População. foi o trabalho clássico. • • . Inicia-se a partir da geração F2. em que as plantas são colhidas em conjunto. e então. uma amostra de sementes é retirada para a obtenção da população na geração F3 • Este processo é repetido normalmente até a geração F5 ou F6. quando a maioria dos locos já está em homozigose.Métodos que separam as fases de endogamia e seleção Bulk ou da População. para participarem dos experimentos de (VCU). a seleção de plantas individuais que darão origem às progênies F5:6 ou F6:7. • • . Nessa geração ocorre o que se denomina “abertura do bulk”. • O procedimento de avaliação das progênies é repetido até se identificar linhagens.Métodos que separam as fases de endogamia e seleção Bulk ou da População. Bulk ou da População . Bulk ou da População . Bulk ou da População . deixam mais descendentes. • • . não requer anotação da genealogia. Método simples. indivíduos mais adaptados. Vantagens. fácil.Métodos que separam as fases de endogamia e seleção Bulk ou da População. • há efeito da seleção natural. • A impossibilidade do uso de casas de vegetação na condução de mais de uma geração por ano. • E problemas relativos à amostragem. Desvantagens. Inadequação para espécies cujo produto comercial não são as sementes.Métodos que separam as fases de endogamia e seleção Bulk ou da População. • • . sem necessidade de ocupar grandes áreas. Goulden propôs em 1939 o método do SSD. Single Seed Descent. • Para isto é considerada a taxa de multiplicação de cada planta como sendo 1. na F o número de progênies ou linhas puras seria igual ao número de plantas F2. • Desse modo.Métodos que separam as fases de endogamia e seleção SSD. • • . Para melhorar a amostragem da população F2. Métodos que separam as fases de endogamia e seleção SSD. • Esse método é particularmente vital para a região de clima temperado em que as condições de inverno impossibilitam o cultivo do campo durante todo o ano. O avanço da população segregante pode ser realizada sob condições artificiais. • • . Single Seed Descent. como em casa de vegetação. SSD . SSD . Single Seed Descent.Métodos que separam as fases de endogamia e seleção SSD. Máxima variância genética entre linhagens na população final. • Atinge rapidamente o nível desejado de homozigose. Vantagens. não exige anotações – registro de genealogia. • • . • É de fácil condução. • Pode ser conduzido fora da região de adaptação. e pequena demanda de área e mãode-obra. Pode ocorrer perdas durante as gerações de seleção e avanço das gerações. reduzindo assim o tamanho populacional. • • . • Se a perda for de 20% essa redução na população original chega a 60%. em função das gerações de autofecundação. a redução no tamanho da população original será de 35% após quatro gerações.Métodos que separam as fases de endogamia e seleção SSD. Single Seed Descent. Desvantagens. • Se tem-se perda de 10% das plantas em cada geração. • • . os autores propuseram tomar uma vagem por planta e semeadura em covas.Métodos que separam as fases de endogamia e seleção SPD. • Quando é esse o procedimento. Para evitar perdas. ao invés de avançar uma semente por planta. o método passa a ser denominado de uma vagem por planta – “Single Pod Descent”. Single Pod Descent. que é o cultivo em casa de vegetação. Single Pod Descent. a única diferença que se perfaz na utilização de uma vagem por planta ao invés de uma semente. uma das vantagens do método para as condições temperadas. • A estratégia de condução é a mesma do SSD.Métodos que separam as fases de endogamia e seleção SPD. • • . Porém. fica mais complicado. • • .Métodos que separam as fases de endogamia e seleção Bulk dentro de famílias F2 ou F3 O bulk dentro de progênies foi proposto por Frey (1954). a seleção intensiva só seria realizada após algumas gerações de endogamia. • Como originalmente sugerido. Métodos que separam as fases de endogamia e seleção Bulk dentro de famílias F2 ou F3 Na geração F2 ou F3 as plantas são colhidas individualmente. • Essas progênies são então semeadas em linha. • • . Na colheita a linha é colhida e todas as sementes misturadas originando as progênies F2:4 ou F3:4. originando uma progênie F2:3 ou F3:4. VCU. • • . para participar dos experimentos de avaliação de linhagens como nos demais métodos. • Ou então utilizar a mistura das linhas puras. de cada progênie. • Pode-se promover uma seleção dentro das progênies obtendo-se uma ou mais linhas puras.Métodos que separam as fases de endogamia e seleção Bulk dentro de famílias F2 ou F3 O processo se repete por quatro a cinco gerações de endogamia. tais como a herdabilidade do caráter sob seleção. todo método.Qual método de condução das populações segregantes é mais eficiente? A resposta a esse questionamento depende de algumas variáveis. • . se bem utilizado é eficiente. Em princípio. os recursos disponíveis no programa de melhoramento e a própria habilidade dos melhoristas.