Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana...

46
Doutoranda Fernanda A. Castro Pereira Melhoramento Genético de Plantas Prof. Dr. Natal A. Vello

Transcript of Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana...

Page 1: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

Doutoranda Fernanda A. Castro

Pereira

Melhoramento Genético de Plantas

Prof. Dr. Natal A. Vello

Page 2: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

Melhoramento genético

convencional

Genética Quantitativa

Genética Mendeliana

Estatística

Biotecnologia

Page 3: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

Biotecnologia

Biologia molecular Técnicas moleculares

• Marcadores moleculares

• Transformação genética

• Etc...

As bases fundamentais da biotecnologia agrícola consideram a biologia

molecular e as técnicas relacionadas como os eventos mais importantes da

história da biotecnologia.

• cultivo in vitro

• micropropagação

• técnicas moleculares

• biologia molecular

Page 4: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

• Biologia molecular:

Análise dos indivíduos com base no seu DNA

Page 5: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

Tipos de marcadores

• Marcadores fenotípicos Características do organismo - Ex.: cor da flor de soja

• Marcadores bioquímicos Presença ou ausência de compostos – Ex.: isoenzimas,

proteínas ou polissacarídeos específicos.

• Marcadores moleculares Presença ou ausência de sequências de DNA ou RNA -

Ex. genes ou regiões não-codificantes - alteração em uma ou mais bases nitrogenadas

Page 6: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

Marcadores Moleculares

Page 7: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

Marcadores Moleculares

Conceito: Marcadores de DNA são derivados de

pequenas regiões do DNA que apresentam polimorfismo entre indivíduos dentro de uma espécie.

Marcadores genéticos, quando

associados a características de interesse (QTLs),

aumentam a eficiência de seleção p.ex.: Marcadores “flaqueando”

um gene/QTL importante

Page 8: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

CONCEITOS

PCR – Polimerase Chain Reaction

(Reação em cadeia da polimerase)

• Amplificação de um fragmento de DNA sem o uso de um organismo vivo.

• O processo consiste basicamente em utilizar os mecanismos da replicação in vitro

Page 9: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares
Page 10: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

TERMOCICLADOR

94 a 96 °C - separação da dupla cadeia de DNA (Desnaturação, quebra

das pontes de hidrogênio).

50 a 60 °C - Anelamento dos primers com a fita molde de DNA

72 °C - Extensão da nova molécula - Taq Polimerase

Normalmente são realizados de 25 a 40 ciclos para cada reação na qual a taxa de replicação é exponencial 2n

Page 11: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares
Page 12: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

• O resultado é analisado por meio de uma eletroforese em gel de agarose ou de poliacrilamida

Page 13: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

O DNA pode ser visualizado usando-se o brometo de etídio, que, quando intercalado no DNA, fica fluorescente sob a luz ultravioleta.

http://passel.unl.edu/pages/animation.php?a=PCR.swf

Page 14: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

Considerando: O marcador associado ao gene de resistência R, é possível observar que esse marcador consegue amplificar o gene R. No indivíduo suscetível, onde não existe o gene R, não houve amplificação, portanto ausência de marca.

Padrão de banda polimórfica

S R

DNA da planta resistente

DNA da planta suscetível

Page 15: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

PCR em tempo real

• Método atual de aferir o nível de expressão dos genes;

• Técnica quantitativa: consegue quantificar o n° de moléculas produzidas ciclo a ciclo.

n ciclos 2 n quantidade de DNA

Page 16: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

RFLP Restriction Fragment Length Polymorphism

RAPD Random Amplified Polymorphic DNA

MICROSSATÉLITES – SSR Simple Sequence Repeats

AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism

SNP marcadores derivados de sequencias expressas

Tipos de Marcadores

Page 17: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

Exemplos Estudo de diversidade genética Acessos de melão

Ritschel et al. BMC Plant Biology 2004 4:9 doi:10.1186/1471-2229-4-9

Page 18: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

Amplificação do DNA com primers SSR

• (1) - limão ‘Cravo’ (Citrus limonia Osbeck)

• (2) - laranja ‘Caipira’ (Citrus sinensis (L.) Osbeck)

LARANJA, Cordeirópolis, v.22, n.1, p. 231-241, 2001

(3, 6, 7, 8 e 9) - híbridos

Seleção de plantas zigóticas na população

Page 19: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

Escolha dos Genitores

• Caracterização de linhagens de milho em grupos heteróticos

CELSO GONÇALVES DE AGUIAR - Tese (DETERMINAÇÃO DE GRUPOS HETERÓTICOS EM MILHO

UTILIZANDO MARCADORES MOLECULARES E CRUZAMENTOS TESTE ) MARINGÁ PARANÁ - 2007

Page 20: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

Seleção assitida por marcadores (SAM)

• Inoculação do patógeno

• Seleção de indivíduos resistentes e suscetíveis

▫ Bulk R e Bulk S

• Seleção de marcadores polimórficos

▫ ligado a região do genoma que participa no processo de defesa da planta contra a doença.

Summa Phytopathol, Botucatu, v. 34, n. 3, p. 253-255, 2008

Ferrugem em eucalipto

Page 21: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

Transformação de Plantas

Page 22: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares
Page 23: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

1 °Métodos de inserção do DNA

recombinante INDIRETO

• Via Agrobacterium

DIRETO

• Biobalística

• Eletroporação

3 etapas

Page 24: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

Transformação por Agrobacterium

• Agrobacterium tumefaciens – galha da coroa

• Bactérias do solo que tem a capacidade de transferir parte do seu DNA para dentro da célula da planta

Page 25: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

Construção plasmidial contendo o

gene de interesse

Page 26: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

• No laboratório, a bactéria é colocada em cultura junto com as células de plantas, transferindo parte do seu DNA para as células da planta

Page 27: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

Transformação por Biobalística • Partículas de ouro ou tungstênio são cobertas

com DNA e aceleradas em direção ao tecido da planta

Page 28: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares
Page 29: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

Transformação por eletroporação • Consiste em submeter os protoplastos e DNA a

um campo elétrico de intensidade controlada

• Choque elétrico - formação de poros reversíveis na membrana plasmática permitindo a entrada do DNA.

Page 30: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares
Page 31: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

Alta voltagem

Page 32: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

2°Regeneração (Cultura de tecidos)

Totipotência - é a capacidade de regenerar um indivíduo completo a partir de uma única célula. Essa propriedade não é constatada nas células animais.

Page 33: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

3°Análises Moleculares de

Plantas Transgenicas • O gene de interesse é transferido juntamente

com o gene marcador de seleção

• Southern blot – detectar fragmentos de DNA específicos.

• PCR – alta sensibilidade, o que leva a resultados de falso positivo.

Page 34: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

Os Transgênicos

Page 35: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares
Page 36: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares
Page 37: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

Tipos de Transgênicos 1ª Geração • Características de produção

• –redução do custo de produção

2ª Geração • –resistência a herbicida, doenças e insetos

• –tolerância ao estresse ambiental

3ª Geração • Características de consumo

• –agregar valor ao produto final

• –melhoria nutricional

• –melhor conservação pós-colheita

“Os campos vão se transformar em

fábricas de proteínas e

medicamentos” BASF

Page 38: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

Soja transgênica - 1ª Geração • Roundup Ready - soja tolerante ao herbicida

glifosato

• Glifosato bloqueia a atividade da enzima EPSPS

• Gene CP4 EPSPS (transgene)

• Aprovada pela CTNBio em 2005

• Atualmente:

Page 39: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

• Cultivance® e é o primeiro material geneticamente modificado, desenvolvido no Brasil, desde o laboratório até a comercialização.

• Soja resistente ao herbicida de amplo espectro da BASF + EMBRAPA.

• Aprovado pela CTNBio em 2009

Page 40: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

• Produtividade

• Lagarta-da-soja, Lagarta-da-maçã, Falsa-Medideira e Broca-das-axilas.

• Tolerância à aplicação de glifosato

RR X Intacta sem inseticida

Soja transgênica - 2ª Geração

Page 41: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

Transgênicos (Soja e Milho) - 3ª

Geração

em fase de desenvolvimento • Soja com mais ácido oleico

• Soja com alto conteúdo de isoflavonóides

• Soja com ácido linolênico conjugado

• Soja com teor elevado de ômega 3

• Plantas de milho que sintetizam genes do

hormônio do crescimento humano.

Page 42: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

Embrapa Alface transgênica 3ª geração: 30% a mais de ácido fólico

Page 43: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

Últimas notícias

• 05/2016 Academia de Ciências dos EUA afirma que alimentos transgênicos são seguros

• 04/2016 Brasil apresenta crescimento da adoção de transgênicos

http://cib.org.br/

Page 44: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

Desafios da Biotecnologia no

Melhoramento de Plantas

▫ Natureza poligênica das características de importância econômica

▫ Interação do genótipo com o ambiente (F = G + A)

Novas tecnologias desenvolvidas com a biotecnologia

Page 45: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

Biblioteca Central – ESALQ/USP

Page 46: Genética Mendeliana Genética Estatística€¦ · Genética Quantitativa Genética Mendeliana Estatística Biotecnologia . Biotecnologia Biologia molecular Técnicas moleculares

OBRIGADA [email protected]