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Monalisa S Carneiro
Novas ferramentas para a produção de variedades de cana-de-açúcar três dígitos
BIOEN-Renovabio SP, 09/08/2018
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Cana-de-Açúcar: matéria-prima multifuncional
Cana em destaque:
Brasil principal produtor mundial
~ 2x mais que Índia, segundo colocado (FAO, 2016)
Empregos: ~ 800 mil (CEPEA, 2018)
Divisas ao país e ao Estado de SP:R$ 156 bilhões em 2017 (CEPEA, 2018)
Vários fatores contribuíram para este cenário, entre eles, os
Programas de Melhoramento
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Década de 90: apenas variedades nacionais foram adotadas.
Dal-Bianco et al. (2012)
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Expansão para áreas não tradicionais
1975
Fonte: https://www.ibge.gov.br/apps/dinamica_agropecuaria/
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Expansão para áreas não tradicionais
1995
Fonte: https://www.ibge.gov.br/apps/dinamica_agropecuaria/
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Expansão para áreas não tradicionais
2015
Fonte: https://www.ibge.gov.br/apps/dinamica_agropecuaria/
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Controle genético: as principais doenças foram controladas por resistência genética.
Ferrugem marrom, 80’sFerrugem alaranjada, 2000’s
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Novas tecnologias de plantio e colheita
Plantio mecanizado
>60% Sudeste e Centro-Oeste
Colheita de cana crua
>90% Sudeste e Centro-Oeste
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Fon
tes:
MA
PA, 2
00
9; C
ON
AB
, 20
15
20
30
40
50
60
70
80
901975
1976
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2000
2001
2002
2003
2004
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2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
201
6 e
st.
Pro
du
tivid
ad
e (
t/h
a)
46,8
81,6
67,1
72,2
Introdução de novas doenças; colheita mecânica; migração para ambientes restritivos
Produtividade de cana no Brasil – 1975 a 2015
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A característica AÇÚCAR por área: Açúcar de recuperação total por hectare (TSH), aumentou muito mais se comparado com o TCH.
46,8
76,9
1975 2015
TCH – t cana/ha
4,9
10,1
1975 2015
TSH – t açúcar/ha
+64% +106%
> 2x
Uma percepção profunda
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Cana com três dígitos: como chegar lá?
Variedades (matéria-prima)
Programas de Melhoramento
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Cana com três dígitos: como chegar lá?
Variedades (matéria-prima)
Programas de Melhoramento
Mudas sadias e de qualidade
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Cana com três dígitos: como chegar lá?
Variedades (matéria-prima)
Programas de Melhoramento
Mudas sadias e de qualidade
Racionalização das práticas agrícolas:- Nutrição mineral adequada- Agricultura de precisão- Uso racional de insumos- Irrigação- Ferramentas para assertividade de
controle de pragas
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Cana com três dígitos: como chegar lá?
Variedades (matéria-prima)
Programas de Melhoramento
Mudas sadias e de qualidade
Racionalização das práticas agrícolas:- Nutrição mineral adequada- Agricultura de precisão- Uso racional de insumos- Irrigação- Ferramentas para assertividade de
controle de pragas
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Germoplasma
Cruzamentos
Fase T1
Fase T2
Lançamento deVariedades
Fase Experimental e Validação
Fase T3
Melhoramento da cana-de-açúcar em 3 passos
Variabilidade Genética Máxima
Grande número de indivíduos
Características de importância – muitos genes envolvidosTCH: número de colmos, altura e diametro de colmos,
teor de fibraTeor de sacarose: POL
Interação GxE (Genótipo x Local x Corte)
Seleção baseada no fenótipo
PM Cana – Demorado e Caro (10-14 anos)
Técnicas de NGS permitem a obtenção de marcadores SNPs
em larga escala que acessam variação alélica diretamente no
genoma
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Como incorporar informações genotípicas (SNPs) em PM Cana ?
Recursos Genéticos (Germoplasma)
Painel de Diversidade Cruzamentos Específicos
Fenotipagem Genotipagem
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Dados Fenotípicos
Fenotipagem
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Estratégias de Sequenciamento
Dat
a Se
tGenotipagem
Genoma (conhecimento)
Estratégia de sequenciamento de genoma completo:S. spontaneum (R. Ming)* – Ancestrais
SP80-3280 (G. Souza)** - SUCEST FUN PROJECT
Estratégia de sequenciamento de genoma monoplóideGasmeur et al., 2018 - Monoploid reference genome
Estratégia de sequenciamento funcionalVettore et al., 2003 – SUCEST (EST PROJECT)
Cardoso-Silva et al., 2014 - Variedades comerciaisGrativol et al., 2014 - Sequencing by methylation filtration
Singh et al., 2018 – Variedades ancestraisMancini et al., 2018 - Targeted Sequencing by Gene Synteny
Marcadores moleculares - SNPs* Fonte: https://pag.confex.com/pag/xxvi/meetingapp.cgi/Paper/31685 ** Fonte: http://sucestfun.iq.usp.br/index.php/projects/sucest-fun/sucest-fun-database#
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Recursos Genéticos (Germoplasma)
Painel de Diversidade Cruzamento Específico
Fenotipagem Genotipagem
GWASBi-parental
QTL mappingAssociation
mapping
Marcas associadas:POL, BRIX (teor de sacarose)Número de colmosToneladas de cana por hectare (TCH)Resistência a doençasEtc.
Seleção Assistida em Cana
Como incorporar informações genotípicas (SNPs) em PM Cana ?
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GBS em cana-de-açúcar
Primeiro trabalho publicado para construção de mapa genético em cana-de-açúcar
com utilização de ferramentas de NGS para Genotipagem por Sequenciamento (GBS)
Possibilitou identificação de SNPs em larga escala em cana-de-açúcar
Marcadores SNPs foram associados regiões genômicas relacionadas
características de interesse
Bi-parentalQTL mapping
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GBS em cana-de-açúcar
Fenotipagem2 Locais distintos
Cruzamento EspecíficoSP80-3280 x RB835486
População F1153 indivíduos
Araras-SP + Ipaussu-SP~ 3 hectares
11 características fenotípicas avaliadas
3 anos de avaliações
Análise por modelos mistos (Balsalobre et al., 2016)
Bi-parentalQTL mapping
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GBS em cana-de-açúcar
Fenotipagem Genotipagem2 Locais distintos
SNPs (GBS)
Cruzamento EspecíficoSP80-3280 x RB835486
População F1153 indivíduos
Araras-SP + Ipaussu-SP~ 3 hectares
11 características fenotípicas avaliadas
3 anos de avaliações
Análise por modelos mistos (Balsalobre et al., 2016)
Sequenciamento Illumna
Alinhamento com referências
Identificação de SNPs (GBS)
Análise de ploidia e dosagem alélica (Garcia et al., 2013)
Análise de redundância
Construção de Mapa Genético
Bi-parentalQTL mapping
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GBS em cana-de-açúcar
Fenotipagem Genotipagem
QTL mapping
Marcas associadas:POL%C (teor de sacarose)
BRIX (teor de sólidos solúveis)Diâmetro do colmo (SD)
Teor de fibra (FIB)
2 Locais distintos
SNPs (GBS)
Cruzamento EspecíficoSP80-3280 x RB835486
População F1153 indivíduos
Araras-SP + Ipaussu-SP~ 3 hectares
11 características fenotípicas avaliadas
3 anos de avaliações
Análise por modelos mistos (Balsalobre et al., 2016)
Sequenciamento Illumna
Alinhamento com referências
Identificação de SNPs (GBS)
Análise de ploidia e dosagem alélica (Garcia et al., 2013)
Análise de redundância
Construção de Mapa Genético
Bi-parentalQTL mapping
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GBS em cana-de-açúcar
B1
B2
P1
B3P2
QTLs para POL%C (P1 e P2) e BRIX (B1 , B2 e B3)
Bi-parentalQTL mapping
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GBS em cana-de-açúcar
FIB1
SD1
QTLs para FIB (FIB1) e SD (SD1)
Bi-parentalQTL mapping
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GBS em cana-de-açúcar
Marcadores com potencial para validação em outras populações
Marcadores identificados em 3 das 4 referências utilizadas foram associados a QTLs
Bi-parentalQTL mapping
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Próximos PassosAssociationmapping
Validação de SNPs associados aos QTLs de brix, pol %, fibra e diâmetro
A combinação dos resultados obtidos em bi-parental e association mapping poderá gerar marcadores SNPs úteis para orientação de cruzamentos nos programas de melhoramento, visando eficiência no
processo de obtenção de novas variedades
Genotipagem de novos marcadores SNPs
Painel de Diversidade: 277 acessos
Fenotipagem das características
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Agradecimentos
Centro de Ciências Agrárias - UFSCAR Dr. Monalisa Carneiro Dr. Hermann Hoffmann Dr. Thiago BalsalobreDr. Rodrigo GazaffiMs. Fernanda Z. Barreto
ESALQ – USP Dr. Antonio Augusto GarciaDr. Gabriel Margarido
UNICAMPDra. Anete P. Souza