O melhoramento genético de plantas é a ciência que tem como objetivo aumentar a frequência de bons alelos nas populações dos vegetais, para que sejam desenvolvidas suas qualidades ou para adicionar características que vão desempenhar uma função benéfica à produção agrícola.
Geralmente, a escolha dos alelos favoráveis permite que as espécies de cultivares sejam mais produtivas e resistentes ou tolerantes às pragas, doenças, estresses climáticos e outros.
A atividade é desenvolvida de modo contínuo e pode ser considerada como uma forma ecologicamente responsável de aumento da produção com qualidade além de gerar uma maior variabilidade dos alimentos.
Os programas que são desenvolvidos nesta vertente buscam assegurar a alimentação da população que cresce a cada ano, contribuindo diretamente para a segurança alimentar, saúde e nutrição das pessoas.
O legado de Mendel
O melhoramento genético de plantas começa com a escolha dos genes, que não é uma prática recente, os primeiros agricultores já faziam a seleção de espécies visando uma melhor produção. Porém, os experimentos de Gregor Mendel e suas ervilhas, em 1856, valendo-se da estatística deu um caráter científico a este método dando origem à Genética.
O pai da Genética abriu possibilidades para estudos da manipulação da hereditariedade, melhoramento e desenvolvimento de cultivares.
Hoje, o modo de avaliar e selecionar os genes das plantas conta com métodos não só da Genética, mas também da Biologia Molecular, Agronomia, Eng. Florestal, Bioinformática, Fitopatologia e outras áreas
A interação de Genótipo X Ambiente, do melhoramento de plantas
No melhoramento genético de plantas, conhecer a interação entre o genótipo e ambiente é fundamental para o sucesso do programa. A relação dos genótipos com os ambientes abrange todos os tipos de organismos vivos (plantas, humanos, bactérias).
O genótipo é a constituição genética total de um organismo, ou seja, é a sequência de nucleotídeos do DNA.
Já o fenótipo é a expressão de uma característica, que depende do genótipo e do ambiente, que são as circunstâncias ao redor de um organismo ou grupo de organismos e que afetam o seu crescimento e desenvolvimento.
A interação é baseada na ação que se estabelece entre eles, seja ela recíproca ou de um sobre o outro.
A importância da interação para o melhorista está na identificação do melhor genótipo para cada ambiente específico. O teste da interação do genótipo com o ambiente pode demandar tempo e dinheiro no programa de melhoramento.
Dessa forma, seu trabalho deve ser cuidadoso, porque um genótipo pode não ser adequado para um ambiente, mas pode ter desempenho satisfatório em outro.
Os estudos usam da estatística para comparar as performances dos genótipos em diferentes ambientes. Eles poderiam ser considerados estáveis (com desempenho consistente) ou instáveis (com performance inconsistente).
Porém, não era o suficiente para saber o ganho genético obtido em um ambiente. Esta informação é fundamental para que o melhorista escolha as melhores soluções para as cultivares.
As interações podem ser simples ou cruzadas
A interação simples, também chamada de quantitativa, acontece quando há mudança na magnitude de performance dos genótipos, mas seu ordenamento permanece inalterado em diferentes ambientes. Assim, indicam que as populações são geneticamente heterogêneas e os ambientes homogêneos, ou vice-versa.
Já a interação cruzada, também conhecida como qualitativa, em que há respostas diferenciadas dos genótipos nos diferentes ambientes. Alterando a classificação, sendo importante para manutenção da variabilidade genética e na adaptação de espécies.
Pode ocorrer ausência de interação quando as condições ambientais não alteram o comportamento dos genótipos, afetando o comportamento deles de maneira igual.
Os programas de melhoramento de plantas podem atuar na produção de soja, por exemplo. No Brasil, a planta é produzida em ambientes diversos, com altas ou baixas latitudes, visando muitas vezes à elevação dos teores de proteínas e óleo, por exemplo.
Dessa forma, a sua produtividade depende não só da seleção de genótipos de alto desempenho, mas também, das condições ambientais, capazes de gerar as expressões fenotípicas.
A Interação de Genótipo X Ambiente, faz parte do melhoramento de plantas, ciência busca desenvolver as qualidades dos vegetais ou adicionar características que beneficiem à produção agrícola.
Como funciona um programa de melhoramento de plantas?
O programa de melhoramento genético de plantas precisa ter uma boa estrutura para a realização das atividades. De início, o melhorista deve mapear os problemas que existem na região de produção e definir um objetivo.
Esta etapa é importante porque vai ajudar a direcionar a seleção dos alelos visando solucionar ou minimizar os problemas ou aumentar os ganhos de produtividade.
Entre os objetivos mais comuns estão: o aumento da produtividade, o desenvolvimento de cultivares adaptadas a uma região geográfica, a resistência a doenças ou cultivares com melhor qualidade nutricional.
A outra etapa consiste em conseguir populações bases ou suplementares. Que vão ser as fontes dos alelos favoráveis a serem introduzidos nas populações existentes, gerando uma nova cultivar. As populações bases precisam ter uma variabilidade genética para que se possa encontrar nelas os alelos de interesse.
Uma boa seleção dos alelos das plantas é feita com planejamento e objetivo. Após definir a finalidade do programa, o especialista precisa estar atento ao desenvolvimento das atividades.
Será preciso também ter flexibilidade para incluir novos objetivos e novas ferramentas tecnológicas, principalmente da biologia molecular e bioinformática, que possam gerar eficiência de seleção nas plantas.
Deste modo, compreender o funcionamento da seleção genômica torna-se importante para obter resultados satisfatórios.
Seleção genômica
Genoma é a sequência completa de DNA (ácido desoxirribonucleico) de um organismo, ou seja, o conjunto de todos os genes da grande maioria dos seres vivos.
A ciência que estuda o genoma, ou seja, o sequenciamento e as informações geradas é a Genômica. Ela surgiu para compreender como os genes estão organizados no genoma, sua função, regulação e interação com outros genes.
As pesquisas na área da Genômica e Biologia Molecular possibilitaram identificar os marcadores genéticos dos organismos. Eles são qualquer elemento capaz de diferenciar, prever e caracterizar um indivíduo por meio do seu genótipo e que seja capaz de reproduzir na descendência.
Após a identificação, os marcadores ajudam na identificação de características de interesse, como resistência de doenças, resistência a pragas, estresses hídricos etc.
Eles podem ser de microssatélites (SSR), muito usado em estudos de ancestralidade devido sua alta reprodutibilidade e fácil execução; os SNPs, que detectam mutações e polimorfismos através de alterações de uma única base no genoma; e outros.
Em 2001, o agrônomo e professor de bioinformática, Theodorus Meuwissen, junto a outros pesquisadores se propuseram estimar os efeitos dos marcadores genéticos nos animais. Como resultado, surgiu a seleção genômica ampla, técnica que também é utilizada no Melhoramento genético vegetal.
Seleção Genômica Ampla
Na seleção genômica ampla ocorre o prognóstico dos efeitos genéticos de diversos marcadores genéticos que se encontram dispersos no genoma do organismo. Dessa forma, é possível estimar os efeitos baseados nos dados fenotípicos da população de estimação.
Após esta etapa, eles são testados em uma população de validação e, em seguida, são selecionados aqueles que contenham as informações que explicam a variância genética do caráter estudado. Por fim, a informação é incorporada à etapa de seleção do programa de melhoramento genético vegetal.
O ponto chave da análise destes marcadores é a estimação dos efeitos, uma vez que o número de parâmetros que precisam ser estimados é muito superior ao número de observações fenotípicas disponíveis.
Foto: IAPAR (Instituto Agronômico do Paraná)
No melhoramento genético vegetal é fundamental a escolha de alelos favoráveis que possibilitem o desenvolvimento de cultivares resistentes ou tolerantes às adversidades. A seleção genômica, dessa forma, auxilia na identificação dos marcadores genéticos e possibilita ao melhorista estimar os efeitos em uma população de larga escala.
Métodos de melhoramento genético de plantas
Os métodos de melhoramento genético de plantas são caminhos que o especialista vai utilizar para fazer a seleção dos genes. Eles variam de acordo com o tipo de objetivo, modo de reprodução da planta e população base.
O intuito é gerar a cultivar, um grupo de indivíduos de qualquer gênero ou espécie vegetal superior, determinado pelo seu fenótipo e genótipo. Há variados métodos, podendo ser de linhas puras, multilinhas, híbridos, sintéticos e outros. O maior desafio do melhorista é desenvolver cultivares superiores às que já existem no mercado.
O programa terá boas chances de obter êxito se forem realizadas avaliações fenotípicas periodicamente e se houver cuidado com a manutenção da semente para a distribuição.
Melhoramento genético florestal
O melhoramento genético florestal pode ser considerado como uma ciência relativamente nova, que teve seu maior desenvolvimento mundial a partir de 1950 e, no Brasil, a partir de 1967.
Naquela época, a silvicultura Florestal no Brasil vivia um período de intensa atividade de reflorestamento, alimentada pelos incentivos fiscais do governo. Visando a produção de matéria-prima florestal, principalmente para o abastecimento de carvão vegetal para as indústrias siderúrgicas e de madeira para as indústrias de celulose e papel.
De maneira bem simples o melhoramento de plantas consiste em modificar seu patrimônio genético, com a finalidade de obter variedades, ou híbridos. Estes que apresentam maior rendimento, com produtos de alta qualidade e capazes de se a adaptar às condições de um determinado ambiente, além de exibirem resistência às principais pragas e doenças.
Ele tem como base os conhecimentos da área de genética, tratando-se talvez do que poderíamos chamar de genética aplicada, que é uma área do conhecimento que exige a integralização e uso de várias outras disciplinas e campos do conhecimento. Como a botânica, taxonomia, genética, citologia, fitopatologia, entomologia, biologia molecular, fisiologia, estatística, entre outras.
Esta ciência apresenta peculiaridades e aspectos próprios, já que as espécies arbóreas são perenes, de ciclo muito longo e com diversidade de sistemas reprodutivos.
Características do melhoramento genético florestal
Embora os objetivos do melhoramento genético de espécies florestais sejam específicos para cada finalidade industrial ou de uso direto da matéria-prima, existem alguns aspectos de interesse comum.
Características como incremento volumétrico, forma de fuste, produção de sementes e tolerância às adversidades do meio são fundamentais para todos os setores como ponto de partida para seus objetivos específicos.
A variabilidade existente nessas características básicas precisa ser explorada para tornar os empreendimentos florestais mais produtivos e abrangentes em todas as regiões.
O programa de Melhoramento Genético Florestal parte de uma população-base, a partir da qual a seleção será implantada em diferentes intensidades. Essa população selecionada servirá para a produção de sementes ou de mudas clonais, além de servir para a recombinação em novos cruzamentos.
Cruzamentos entre plantas perenes têm sido utilizados para a obtenção de características tecnológicas da madeira e da polpa, as quais apresentam herdabilidade de média a alta magnitude.
No entanto, os limites de variabilidade verificados nas espécies tradicionalmente plantadas no Brasil, tornam-se um empecilho para a obtenção de indivíduos que possam dar saltos quantitativos e qualitativos no desempenho industrial.
Propagação vegetativa e cultura de tecidos vegetais
Dentre os métodos mais usados para o Melhoramento Florestal, está a seleção de árvores elites e a sua propagação por meio de clonagem. Plantios clonais oferecem vantagens para a produtividade devido aos seus ganhos genéticos que podem ser aditivos por meio de seleção massal e propagação de indivíduos-elite.
São construídos os jardins clonais, ou minijardins clonais, ou ainda, por micropropagação. Antes do plantio, os clones são submetidos a testes clonais, que consistem em plantá-los em diferentes condições no intuito de confirmar a superioridade existente no material genético.
Os minijardins clonais que utilizam a técnica de miniestaquia apresentam grande contribuição para a produção florestal e, nessa área, o Brasil apresenta-se como destaque mundial. Os minijardins estão cada vez mais evoluídos, permitindo a redução de área para produção inicial, a redução no tamanho das estacas e o incremento na produção.
Já as técnicas de Cultura de Tecidos vêm sendo utilizadas de diferentes formas para o desenvolvimento de cultivares superiores de plantas. De maneira geral, elas são requeridas em determinada etapa dos programas de melhoramento, oferecendo novas alternativas e, muitas vezes, soluções únicas.
Deste modo, a micropropagação é a técnica mais utilizada da Cultura de Tecidos e, talvez, a de maior impacto. Possui ampla aplicação na multiplicação de plantas lenhosas como árvores-elite, possibilitando a obtenção de clones mais produtivos.
Portanto, a técnica de embriogênese somática também é amplamente empregada, especialmente para o desenvolvimento de propágulos de coníferas, possibilitando a propagação massal de famílias-elite de árvores.
Ela oferece potencial para a produção e para o armazenamento de germoplasma de clones, além da propagação de um número ilimitado de plantas.
Finalização do programa de melhoramento genético
Após realizar todas as etapas do melhoramento genético de plantas e uma nova cultivar for criada vai ser necessário cadastrá-la no Registro Nacional de Cultivares (RNC). Trata-se de um sistema de controle da produção e comercialização de sementes e mudas do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA).
Este registro exige diversas avaliações necessárias para distinguir a cultivar elaborada de outras que já existem no mercado.
O melhoramento genético pode ser realizado em diferentes culturas, sejam elas agronômicas ou florestais. Vale a pena se aprofundar no assunto realizando cursos de pós-graduação que possibilite ao profissional se especializar de maneira eficiente nas mais variadas técnicas utilizadas.
