UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GENÉTICA E MELHORAMENTO

MESA REDONDA

Prelecionistas: Éder Cristian Malta de Lanes, Marcelo Oliveira Soares e Roberto Fritsche Neto

Moderadora: Eveline Teixeira Caixeta

RESSURGIMENTO DO USO DE DUPLO-HAPLÓIDES

Uma planta haplóide caracteriza-se por apresentar apenas um conjunto de cromossomos, portanto, são plantas esporófiticas com número de cromossomos gametofíticos, sendo menores e menos vigorosos do que os diplóides, mais sensíveis à doença e fontes de estresse e, sobretudo apresentam alto grau de esterilidade. No início da década de vinte do século passado, Bergner (1922) foi o primeiro a descrever por ocorrência natural as primeiras plantas haplóides em Datura stramonium. Posteriormente, relatos semelhantes foram descritos para diversas espécies como o trigo e o fumo. Entretanto, os primeiros protocolos para indução de haploidia in vivo e de duplicação cromossômica (n 2n) vieram apenas no início da década de setenta. Foi também durante este período que foram lançadas as primeiras cultivares comerciais utilizando a tecnologia de duplo-haplóide em canola e cevada. No ano de 1974 devido ao crescente interesse na técnica de haploidia foi realizado o Primeiro Simpósio Internacional sobre o assunto em Guelph, Canadá. E logo, na abertura do evento, Riley, ressaltou o grande potencial da técnica, mas aconselhou cautela para os mais entusiasmados, pois havia poucos exemplos práticos com uso de duplo-haplóides. E de fato, a técnica mostrou-se problemática para a maioria das espécies e poucos avanços foram observados nos anos subseqüentes.

A duplicação cromossômica em plantas haplóides ocorre de forma espontânea nas plantas, porém em taxas muito baixas. Para contornar esses problemas são utilizados agentes duplicadores, principalmente a colchicina que atua impedindo a formação das fibras do fuso mitótico, e conseqüentemente, na migração dos cromossomos para os pólos da célula, formando assim células com o número cromossômico duplicado. A esse processo no qual ocorre à duplicação cromossômica a partir de plantas haplóides é chamado de Duplo-Haplóide (DH).

Atualmente, os duplos-haplóides são citados em mais de 200 espécies de plantas e o ressurgimento do interesse pela técnica tem aumentado devido às tecnologias inovadoras e maiores entendimentos dos processos de indução de haplóides. Diferentes métodos de indução de haploidia são encontrados, entretanto, sua aplicação varia de acordo com a espécie em estudo, dentre elas: a hibridação inter-específica com posterior eliminação cromossômica, utilizado em trigo, batata e cevada; a haploidia gimnogenética, utilizada em cebola, beterraba e algumas espécies arbóreas; a cultura de anteras, utilizada em cevada, triticale, arroz, canola, trigo, fumo, pimentão e café; a cultura de micrósporos, empregada em fumo, canola, pimentão, trigo, cevada, arroz e café; e o uso de linhagens indutoras utilizado em milho. A eficiência das técnicas na obtenção de plantas haplóides, pode se tornar fator limitante, pois diferentes genótipos respondem de forma diferenciada às técnicas. Assim, pode haver desvios da segregação esperada, especialmente quando os genitores são muito distantes geneticamente. Normalmente gametas de plantas F₁ são usados na obtenção de duplo-haplóldes, nos quais há apenas um ciclo meiótico, limitando as oportunidades de recombinação. Para aumentar a probabilidade de quebra de blocos de ligação, alguns autores recomendam um ciclo de autofecundação e a utilização de gametas de plantas F₂.

No melhoramento, a principal vantagem do uso dos duplo-haplóldes é a rápida produção de linhagens homozigóticas, permitindo assim uma melhor exploração da variabilidade genética e aumento da eficiência da seleção, pois com plantas homozigotas a variância aditiva será máxima e os efeitos de dominância e epistasia serão neutralizados. Em F₂ a seleção é mais efetiva para genes maiores com alelos dominantes. Contudo, genótipos homozigotos para alelos recessivos terão a proporção desejada de somente (1/4)ⁿ, onde n é o número de genes. Com a duplicação dos cromossomos de um indivíduo F₁ haplóide esta proporção é (1/2)ⁿ e, portanto, a possibilidade de obter um genótipo homozigoto para alelos recessivos é muito maior. Em espécies anuais a obtenção de plantas homozigotas em uma única geração pode não representar um ganho real de tempo no processo de melhoramento. Isso porque são ainda necessários alguns anos para multiplicação e seleção até que seja possível destinar as melhores linhagens aos testes de rendimento. Entretanto, para estudos genéticos, principalmente em genética de associação, o uso de populações duplo-haplóides pode possibilitar grandes avanços principalmente em espécies de ciclo longo ou com alguma dificuldade de obtenção de progênies endogâmicas (citrus, maracujá, café...) permitindo assim a formação de populações para identificação de QTL’s.

Enfim, nota-se que o melhoramento de plantas pode ser auxiliado pela biotecnologia, sendo que a decisão de utilizar essa ferramenta deve ser tomada mediante avaliação de profissionais especializados, por se tratar de uma questão em que deve ser observada a relação entre a disponibilidade de recursos financeiros e o tempo de adoção da nova variedade.

Estudos sobre o uso de duplo-haploide (DH) foram feitos por Gomez-Pando et al. (2009), demonstrando que linhagens DH de cevada possuem potencial produtivo e qualidade nutricional para serem utilizados pela indústria. Além disso, essa tecnologia mostrou-se viável em termos financeiros e temporais para obtenção dessas linhagens em relação às metodologias convencionais. O melhoramento de milho também utiliza DH como demonstrado por Gallais & Bordes (2007), que compararam a variação genética entre linhagens endogamias obtidas por meio das técnicas de descendente de uma única semente, seleção recorrente e duplo-haplóide. O uso da técnica DH compensou financeiramente pela possibilidade de obtenção de linhagens em um tempo menor e estas linhagens estarem aptas ao uso como parentais de híbridos comerciais, contribuindo assim para uma maior eficiência do programa de melhoramento de milho. Além disso, a tecnologia de DH é utilizada pelas grandes empresas privadas, devido também ao fato de que, segundo Morris et al. (2003), o lançamento no mercado de cultivares em um tempo menor e agregando tecnologia, pode ser benéfico devido a obtenção de direito de patentes. Assim, a técnica de duplo-haplóide pode ser utilizada para diversas culturas desde que sejam realizados estudos relacionados ao tempo e recursos financeiros disponíveis por meio de uma equipe de melhoristas e administradores de empresa.

Referências

BORDES, J.; CHARMET, G.; VAULEX, R. D.; et al. Doubled haploid versus S1family recurrent selection for testcross performance in a maize population. Theoretical and Applied Genetics, v. 112, p. 1063-1072. 2006.

FORSTER, B.P.; HEBERLE-BORS, E.; KASHA, K.J.; TOURAEV, A. The resurgence of haploids in higher plants. Trends Plant Sci 12: 368–375. 2007.

GALLAIS A & BORDES J. The Use of Doubled Haploids in Recurrent Selection and Hybrid Development in Maize, Crop Science. 47(S3) S190–S201. 2007.

GOMEZ - PANDO LR, JIMENEZ-DAVALOS J, EGUILUZ-DE LA BARRA A, AGUILAR-CASTELLANOS E, FALCONÍ-PALOMINO J, IBAÑEZ-TREMOLADA M, ASPIOLEA ME E LORENZO JC.Estimated Economic Benefit of Double-Haploid Technique for Peruvian Barley Growers and Breeders, Cereal Research Communications 37(2),. 287–293. 2009.

MARTINEZ, VA; HILL, WG AND KNOTT, SA. On the use of double haploids for detecting QTL in outbred populations. Heredity, v. 88, p. 423–431, 2002.

MORRIS M, DREHER K, RIBAUT J E KHAIRALLAH M. Money matters (II): costs of maize inbred line conversion schemes at CIMMYT using conventional and marker-assisted selection. Molecular Breeding 11: 235–247, 2003.

SEGUÍ-SIMARRO, J.M.; NUEZ, F. Pathways to doubled haploidy: chromosome doubling during androgenesis. Cytogenet Genome Res. 120:358–369. 2008.

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Éder Cristian Malta de Lanes Marcelo Oliveira Soares

(prelecionista) (prelecionista)

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Roberto Fritsche Neto Eveline Teixeira Caixeta

(prelecionista) (moderadora)