GUIMARAES, C. T.

Portuguese

Repository Open Access to Scientific Information from Embrapa

Aplicação De Marcadores Moleculares No MelhoramentoGenético Previous  Top  Next  CLAUDIA TEIXEIRA GUIMARÃES   Embrapa Milho e Sorgo, CP 151, Sete Lagoas - MG, 35701-970claudia@cnpms.embrapa.br   Palavras-chave: melhoramento assistido, SSR, AFLP, RFLP   INTRODUÇÃO     A genética quantitativa e os métodos estatísticos constituem as bases do melhoramentogenético, cuja contribuição para o patamar de produtividade das culturas comerciais éinquestionável, e certamente continuará sendo a sustentação de qualquer programa queobjetive a obtenção de ganhos genéticos. Portanto, abordar o tema "aplicação demarcadores moleculares no melhoramento genético" é sempre um desafio. Várias são asmodernas estratégias moleculares disponíveis para essa finalidade, mas a grande maioriadas cultivares disponibilizadas no Brasil e no mundo, ainda é obtida utilizando-se astécnicas convencionais que têm permitido progressos genéticos contínuos (Vencovsky &Ramalho, 2000).  Por outro lado, o avanço desencadeado pela biologia molecular e celular, a partir demeados da década de 70, revolucionou o conhecimento sobre os fenômenos biológicos edisponibilizou diversas técnicas biotecnológicas, que apresentam grande potencial pararevolucionar o melhoramento genético de plantas. Dentre essas técnicas, podem serdestacadas as técnicas de micropropagação, hibridações interespecíficas via fusão deprotoplastos, produção de di-haplóides, a cultura de anteras, os marcadores molecularese, finalmente, a transformação genética e o seqüenciamento de genomas. Todas essastécnicas têm contribuído para os programas de desenvolvimento de cultivares, mas até omomento nenhuma delas isoladamente ou em conjunto se igualaram à eficiência obtidapelos chamados programas de melhoramento "tradicionais".  Resultados bastante controversos quanto à aplicação dos marcadores moleculares nomelhoramento genético são freqüentemente encontrados na literatura. No entanto, asvantagens do melhoramento têm sido demonstradas por vários autores, uma vez aplicadosde forma consciente e com objetivos bem definidos. Assim, serão apresentados os tiposde marcadores de DNA atualmente disponíveis, desde os clássicos até aqueles baseadosnas informações das seqüências de DNA, além das potencialidades dos marcadoresmoleculares direta e indiretamente em programas de melhoramento genético.   MARCADORES MOLECULARES  Os marcadores de DNA clássicos, baseados nas técnicas de hibridização ou naamplificação de fragmentos por PCR, revolucionaram a genética e a biologia moleculardesde a construção do primeiro mapa genético humano utilizando o RFLP (Botstein etal., 1980). A partir do advento da técnica de PCR vários marcadores foram desenvolvidoscomo o RAPD (Williams et al., 1990; Welsh e McClelland, 1990), o AFLP (Vos et al.,1995) e os microssatélites ou SSR (Seqüências Simples Repetidas).  Com os avanços nas técnicas de seqüenciamento de DNA e o acúmulo de informações deseqüências, uma nova geração de marcadores tem sido explorada: os SNPs(Polimorfismos de Nucleotídeos Únicos) e pequenas inserções ou deleções, variando de 1a 3 nucleotídeos, conhecidas como indels. Pelo fato dos SNPs serem altamenteabundantes no genoma de qualquer organismo e apresentarem um lenta taxa de mutaçãodentro de gerações, esse marcadores prometem um grande aplicação em processos degenotipagem em larga escala (Useche et al., 2001). Além deles, uma gama de estratégiastêm viabilizado a conversão dos mesmos em produtos de amplificação por meio deprimers específicos, os STS (Sequence Tagged Sites) (Paran e Michelmore, 1993;Meksem et al., 2001) e de microarranjos de DNA visando a genotipagem em larga escala(Jaccoud et al., 2001).   APLICAÇÕES NO MELHORAMENTO GENÉTICO  O melhoramento genético tem sido um dos grandes responsáveis pelos avanços naagricultura, com o desenvolvimento de cultivares superiores, quer pela maiorprodutividade, quer pela melhor adaptação aos ambientes adversos. O sucesso de umprograma de melhoramento genético depende fundamentalmente de algumas etapas, quepodem ser auxiliadas e aceleradas por meio da utilização mais efetiva dos marcadoresmoleculares. Uma vez apresentados os diferentes tipos de marcadores de DNAdisponíveis atualmente, serão descritas algumas das suas aplicações em estudos devariabilidade genética, caracterização de cultivares, avaliação da pureza genética desementes, mapeamento de genes ou regiões genômicas associadas à características deinteresse e seleção assistida por marcadores. Tais estratégias podem ser utilizadas deforma direta ou indireta para auxiliar os programas de melhoramento genético.  A utilização dos marcadores moleculares na obtenção de perfis genéticos fornece umaelevada precisão na caracterização da diversidade genética dentro de germoplasmasmelhorado ou exótico, uma vez que acessam a variabilidade diretamente ao nível doDNA. Uma caracterização detalhada com base em dados moleculares dos acessos quecompõem os Bancos de Germoplasma pode contribuir estrategicamente para otimizar aorganização das coleções núcleo, possibilitando uma maior utilização do germoplasmaexótico em programas de melhoramento (Tanksley et al., 1996).  O conhecimento da diversidade genética dentro do germoplasma melhorado, auxilia naorganização da variabilidade desses materiais e potencializa a maximização dos ganhosgenéticos em programas de melhoramento. Os fingerprintings moleculares, de maneirarápida e precisa, podem ser utilizados na definição de relações genéticas entre osmateriais, na alocação desses em grupos heteróticos (Parentoni et al., 2001), na reduçãoda heterozigose residual de linhagens e em programas de conversão de linhagens (Duarteet al., 2003). Adicionalmente, a caracterização molecular de linhagens e cultivares temsido amplamente utilizada em processos de proteção de cultivares e no monitoramento dapureza genética de sementes (Padilha, 2002), representando novas oportunidadestecnológicas devido às possibilidades de aumento de retorno dos investimentos aplicadosnos programas de melhoramento.  A utilização de marcadores moleculares em programas de retrocruzamento tem sidobastante evidenciada. Além de monitorar a introgressão do gene de interesse, agenotipagem molecular dos indivíduos permite a seleção daqueles mais semelhantes aogenótipo recorrente e com melhor conversão na região próxima ao gene introduzido(Duarte et al., 2003). Deste modo, o número de ciclos de retrocruzamentos necessáriospara a recuperação do genótipo recorrente é reduzido, acelerando o desenvolvimento devariedades melhoradas (Openshaw et al., 1994).  A identificação de regiões genômicas associadas com características de interesseapresenta-se como outra grande aplicação dos marcadores moleculares. Tais estratégiastêm sido favorecidas pelos avanços nas metodologias de mapeamento de genes e QTLs(Quantitative Trait Loci) e na saturação dos mapas genéticos de diferentes espécies. Amaioria dos caracteres de importância econômica estão sob controle genético complexo,envolvendo a ação de vários genes, o que torna difícil sua manipulação e compreensão.No entanto, o mapeamento de QTLs possibilita a dissecação desses caracteres complexosem fatores mendelianos simples, estimando o número e a localização dos fatores quecontrolam a variação fenotípica da característica avaliada. A identificação de marcadoresligados a genes que conferem resistência a patógenos permite monitorar e acelerar aintrogressão destes genes em cultivares comerciais, além de possibilitar a piramidação dedois ou mais genes de resistência em um cultivar comercial (Martin et al., 1991).Marcadores ligados a genes de interesse fornecem um ponto de partida para a clonagemde genes baseada em mapa (Martin et al., 1994).   CONCLUSÕES  O melhoramento genético tem dado inquestionáveis contribuições para o patamar deprodutividade das culturas comerciais, e certamente continuará sendo a sustentação dequalquer programa que objetive a obtenção de ganhos genéticos. No entanto, o avançoalcançado pelas técnicas de biologia molecular aliado às informações advindas dosprojetos de seqüenciamento e de prospecção gênica apresentam grande potencial pararevolucionar o melhoramento genético de plantas, permitindo a seleção de combinaçõesalélicas superiores de uma maneira mais eficaz, rápida e a direcionada. Para que taistécnicas sejam efetivamente implementadas de forma sistemática em programas demelhoramento é necessário uma forte interação entre ambas as áreas. Os elevados custosdas técnicas moleculares podem ser reduzidos e otimizados pela formação de redes delaboratórios de genotipagem em larga escala, utilizando protocolos padronizados para ageração e a análise dos dados. Uma série de publicações apresentam revisões maiselaboradas e completas sobre o assunto, além de uma vasta disponibilidade de artigosespecializados em todas os tópicos citados acima.   LITERATURA CITADA  BOTSTEIN, D.; WHITE, R.L.; SKOLNICK, M.; DAVIS, R.W. Construction of agenetic linkage map in man using restriction fragment length polymorphisms. AmericanJournal of Human Genetics, v.32, p.314-331, 1980.  DUARTE, J.M; GUIMARÃES, C.T.; LANA, U.G.P.; PACHECO, C.A.P.;GUIMARÃES, P.E.; PAIVA. Retrocruzamento assistido por marcadores molecularespara conversão de linhagem de milho normal em QPM. In: 2o Congresso Brasileiro deMelhoramento de Plantas, Porto Seguro, BA. 2003.  JACCOUD, D.; PENG, K.; FEINSTEIN, D.; KILIAN, A. Diversity Arrays: a solid statetechnology for sequence information independent genotyping. Nucleic Acids Research,v.29, n.7, p.1-7, 2001  MARTIN, G.B.; BROMMONSCHENKEL, S.H.; CHUNWONGSE, J.; FRARY, A.;GANAL, M.W.; SPIVEY, R.; EARLE, E.D.; TANKSLEY, S.D. Map-based cloning of aprotein kinase gene conferring disease resistance in tomato. Science, v.262, p.1432-1436,1994.  MARTIN, G.B.; WILLIAMS, J.G.K.; TANKSLEY, S.D. Rapid identification of markerslinked to a Pseudomonas resistance genes in tomato using random primer and near-isogenic lines. Proceedings of the National Academy of Science USA, v.88, p.2336-2340, 1991.  MEKSEM, K.; RUBEN, E.; HYTEN, D.; TRIWITAYAKORN, K.; LIGHTFOOT, D.A.Conversion of AFLP bands into high-throughput DNA markers. Molecular and GeneticGenomics, v. 265, p.207-214, 2001.  OPENSHAW, S.J.; JARBOE, S.G. e BEAVIS, W.D. Marker-assisted selection inbackcross breeding. In: ASHS/CSSA Joint Plant Breeding Symposium, 2, CorvallisProceedings... Corvallis: Oregon State University. 1994.  PADILHA, L. Marcadores moleculares semi-automatizados na caracterização edetrminação da diversidade genética entre linhagens de milho tropical. Tese deDoutorado. UFLA, Lavras. 2002.  PARAN, I.; MICHELMORE, R.W. Development of reliable PCR-based markers linkedto downy mildew resistance genes in lettuce. Theoretical and Applied Genetics, v.85,p.985-993, 1993.  Parentoni, s.n.; magalhães, j.v.; pacheco, c.a.p.; santos, m.x.; abadie, t.; gama, e.e.g.;guimarães, p.e.o.; meirelles, w.f.; lopes, m.a.; vasconcelos, m.j.v.; paiva, e. Heteroticgroups based on yield-specific combining ability data and philogenetic relationshipdetermined by RAPD markers for 28 tropical maize open pollinated varieties. Euphytica,v.121, n.2, p.197-208. 2001.  TANKSLEY, S.D.; GRANDILLO, S.; FULTON, T.M.; ZAMIR, D.; ESHED, Y.;PETIARD, V.; LOPEZ, J.; BECK-BUNN, T. Advanced backcross QTL analysis in across between an elite processing line of tomato and its wild relative L. pimpinellifolium.Theoretical and Applied Genetics, v.92, p.213-224, 1996.  USECHE, F.J.; GAO, G.; HARAFEY, M.; RAFALSKI, A. High-throughputidentification, database storage and analysis of SNPs in EST sequences. GenomeInformatics, v.12, p.194-203, 2001.  VENCOVSKY R., RAMALHO, M.A. P. Contribuição do melhoramento genético deplantas no Brasil. In: Paterniani, E. (ed) Agricultura Brasileira e Pesquisa Agropecuária.Embrapa, Brasília, p.57-91. 2000.  VOS, P.; HOGERS, R.; BLEEKER, M.; REIJANS, M.; LEE, T.; HORNES, M.;FRIJTERS, A.; POT, J.; PELEMAN, J.; KUIPER, M.; ZABEAU, M. AFLP: a newtechnique for DNA fingerprinting. Nucleic Acids Research, v. 23, p.4407-4414, 1995.  WELSH, J.; McCLELLAND, M. Fingerprinting genomes using PCR with arbitraryprimers. Nucleic Acids Research, v.18, p.7213-7218, 1990.  WILLIAMS, J.G.K.; KUBELICK, A.R.; LIVAK, K.J.; RAFALSKI, J.A.; TINGEY, S.V.DNA polymorphisms amplified by arbitrary primers are useful as genetic markers.Nucleic Acids Research, v.18, p.6531-6535, 1990.   TOPO    

Aplicação de marcadores moleculares no melhoramento genético

http://www.alice.cnptia.embrapa.br/bitstream/doc/488244/1/Aplicacaomarcadores.pdf

Aplicação de marcadores moleculares no melhoramento genético

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Repository Open Access to Scientific Information from Embrapa