quinta-feira, 28 de fevereiro de 2013

Aplicação de marcadores moleculares no melhoramento de plantas

Boa noite!!

Vocês já ouviram falar sobre melhoramento de plantas??  E as técnicas  utilizadas nesses processos??




O site  de Genética virtual da Universidade Federal da Grande Dourados - FCBA explica muito bem o assunto além de outros conteúdos relacionados.


Este é um trecho sobre o assunto

As etapas fundamentais de um programa de melhoramento de plantas são: obtenção  da variabilidade genética; seleção de indivíduos superiores; e avaliação de  materiais  genéticos promissores para lançamento comercial. Apesar de ganhos  genéticos  significativos terem sido obtidos na seleção de características de interesse na  maioria  das  espécies de importância agronômica, a expectativa de progresso genético e  obtenção de  indivíduos ainda melhores permanecem.  

O uso de marcadores  moleculares pode auxiliar o melhoramento  de plantas, pois possibilita  acessar  diretamente o genótipo de um indivíduo. Assim,  entre as principais aplicações  de  marcadores de DNA em programas de melhoramento  de plantas estão: o  monitoramento  e organização da variabilidade genética; a seleção  assistida por  marcadores moleculares;  e a proteção de cultivares (Lee, 1995).

Em termos de variabilidade genética,  marcadores  moleculares  permitem:  compreender e organizar a variabilidade genética  de um  programa de  melhoramento de  forma única, isto é, acessando variabilidade de  DNA, que  não é  influenciado pelo  ambiente como são, por exemplo, os caracteres  morfológicos e  fenotípicos em geral de  uma planta. A primeira conseqüência disto é a  possibilidade de  planejar os cruzamentos  de um programa de forma a maximizar as  diferenças genéticas  entre genótipos elites,  diferenças essas que muitas vezes não  podem ser observadas em  nível de fenótipo. A  segunda é a possibilidade de organizar o  germoplasma do programa  em pools gênicos  (grupos de genótipos com características  comuns dentro de uma  espécie), facilitando a  escolha e diminuindo o número de  combinações a serem feitas  pelo  melhoristas.
Em espécies alógamas (espécies com reprodução por fecundação cruzada) como  milho e girassol, os marcadores podem ainda auxiliar no estabelecimento de grupos  heteróticos (Hongtrakul et al., 1997), diminuindo substancialmente o número de  cruzamentos - testes a serem avaliados e posteriores combinações híbridas.   

Como  conseqüência do estudo da variabilidade genética, muitas vezes é possível  identificar o  padrão molecular (ou fingerprinting) de genótipos de interesse, que pode  ser  posteriormente utilizado para a proteção do germoplasma (conjunto de genótipos  de  uma espécie).

O link  é:

Técnicas Moleculares e o seu uso na avaliação e conservação da biodiversiade


O advento de técnicas bioquímicas e moleculares baseadas na análise de polimorfismo de isoenzimas e fragmentos de DNA, possibilitaram a rápida proliferação do uso de marcadores moleculares no estudo de aspectos básicos de genética vegetal, bem como em programas de melhoramento genético (FERREIRA; GRATTAPAGLIA, 1998; FERREIRA, 2001).

Algumas técnicas moleculares são descritas brevemente a seguir:

ISOENZIMAS

Isoenzimas são definidas por um grupo de múltiplas formas moleculares da mesma enzima, que ocorre em uma espécie, como resultado da presença de mais de um gene codificando cada uma das enzimas. A análise de isoenzimas é a maneira mais direta e rápida de avaliar genotipicamente muitos locos em um grande número de indivíduos.

PCR

A classe de marcadores identificados por amplificação do DNA baseia-se na reação da polimerase em cadeia ou Polymerase Chain Reaction (PCR). Essa técnica envolve a síntese enzimática in vitro de milhões de cópias de um segmento específico de DNA na presença da enzima polimerase. As etapas básicas da PCR envolvem desnaturação do DNA, anelamento de oligonucleotídeos (primers) e extensão das cadeias de DNA que estão sendo amplificadas.

RAPD

A técnica denominada RAPD (WILLIAMS et al., 1990) é relativamente simples, rápida e de baixos custos. Essa técnica trouxe uma verdadeira “democratização” da análise de polimorfismo molecular, ao permitir a realização de estudos de análise genética em espécies anteriormente não contempladas. Marcadores RAPD têm natureza binária e segregam como alelos mendelianos dominantes, havendo apenas dois fenótipos moleculares, presença ou ausência de bandas.

MICROSSATÉLITE (SSR)

 Os microssatélites ou Simple Sequence Repeats (SSR) são marcadores que consistem de pequenas sequências com um ou quatro nucleotídeos de comprimento, repetidas inúmeras vezes lado a lado e utilizam dois pares de primers específicos (20 a 30 bases) complementares a sequências únicas que flanqueiam o microssatélite.

AFLP

A técnica AFLP é uma combinação de RFLP e PCR, envolvendo quatro etapas: digestão do DNA genômico com enzimas de restrição, uma de corte raro e outra de corte frequente; ligação de adaptadores específicos amplificação seletiva de fragmentos com primers específicos; e separação dos fragmentos por eletroforese em gel de policrilamida. O polimorfismo obtido com a AFLP baseia-se em diferenças entre genótipos na distribuição dos sítios de restrição e na amplificação diferencial de fragmentos, possuindo, assim, grande capacidade para detecção de variabilidade genética em nível de DNA.

RFLP

O polimorfismo de comprimento de fragmentos de DNA (RFLP) é evidenciado pela fragmentação do DNA, por meio do uso de enzimas de restrição e observado por hibridização desses fragmentos, com sequências homólogas de DNA marcadas com radioatividade ou compostos que desencadeiam uma reação de luminescência (FERREIRA; GRATTAPAGLIA, 1998).

MINISSATÉLITES

Marcadores minissatélites ou Variable Number of Tandem Repeats (VNTR) são sequências de DNA cuja unidade repetitiva é observada lado a lado inúmeras vezes em um loco, e que se repetem também em vários outros locos no genoma. Constituem, na verdade, uma variação da RFLP, diferindo desta na etapa de hibridização, em que seleciona clones de múltipla cópia que possibilitam a amostragem de vários locos do genoma em um único ensaio. São marcadores tipicamente codominantes, mas em geral analisados como marcadores dominantes em estudos de diversidade genética em populações naturais (FERREIRA, 2001).

As técnicas biotecnológicas hoje disponíveis oferecem subsídios para a análise, conservação, preservação e melhoramento das espécies que compõem a biodiversidade, tendo em vista que diversas metodologias foram desenvolvidas nos últimos anos, com inúmeras aplicações tanto na área agrícola quanto na área médica. A crescente demanda global nesses setores, aliada à importância da preservação das florestas nativas e da biodiversidade, tornou essencial a adoção de estratégias biotecnológicas, as quais permitem uma análise genética mais acurada, contribuindo dessa forma, na indicação de metodologias para ações de manejo e recuperação de áreas degradadas.

Texto adaptado do artigo:

SARTORETTO, Maria Laudete. FARIAS, Paulo Celso Mello.  Diversidade genética e técnicas biotecnológicas. Disponível em: <editora.unoesc.edu.br/index.php/acet/article/download/166/pdf_79>

Biotecnologia: a Engenharia dos genes


Como já comentamos sobre Biotecnologia, deixo aqui um vídeo explicativo sobre o assunto.

Novas tecnologias podem auxiliar na conservação e uso sustentável do Cerrado



Não é só a Floresta Amazônica que sofre com a degradação ambiental, por meio de desmatamentos, queimadas e a derrubada de árvores, o Cerrado brasileiro vem sendo cada dia mais devastado para atender ao avanço de monoculturas que cada vez mais exigem a abertura de novas áreas para o plantio de espécies agrícolas e florestais e assim produzir mais riqueza para os grandes empresários e produtores. 

Diante dessa degradação ambiental é necessário desenvolver e aplicar recursos e técnicas que auxiliam  na conservação dessas áreas, um exemplo são as técnicas moleculares.

Acompanhe o texto a seguir. 

Segundo pesquisas recentes realizadas pela Conservation International do Brasil, o bioma Cerrado corre o risco de desaparecer até 2030 se medidas urgentes não forem tomadas. Dos 204 milhões de hectares originais, 57% já foram completamente destruídos e a metade das áreas remanescentes estão bastante alteradas, podendo não mais servir aos propósitos de conservação da biodiversidade. Estima-se que o desmatamento anual nas áreas de Cerrado esteja entre 1,5 a 3,0 milhões de hectares.

A forma mais eficiente para a proteção dos recursos naturais é a sua conservação in situ. Isto consiste na manutenção das áreas intactas, mediante a criação de unidades de conservação, tais como parques nacionais, reservas biológicas, florestas nacionais e áreas de proteção ambiental, dentre outras. No Cerrado, infelizmente, o número de unidades de conservação é muito baixo, quando comparado com outros biomas, e essas, geralmente, são muito vulneráveis a ações antrópicas (fogo, desmatamento, caça e pesca).

Dessa forma, devido à grande degradação verificada no bioma como um todo, mesmo as áreas protegidas necessitam de uma atenção especial, para que a conservação ocorra de forma efetiva. Uma maneira encontrada para diminuir os impactos sobre essas áreas é a criação de corredores ecológicos, que são áreas que unem os remanescentes florestais, possibilitando o fluxo gênico, que nada mais é do que o trânsito de animais e a dispersão de sementes e pólen de espécies vegetais.

A conservação também pode se dar através do uso sustentável dos recursos naturais. Pesquisas recentes realizadas pela Universidade Federal de Lavras (MG) mostram que é viável economicamente manejar a vegetação do Cerrado.Entretanto, ao se propor metas para um programa de conservação, mediante a criação de unidades de conservação, ou mesmo ao permitir o uso sustentável dos recursos naturais, algumas informações são de fundamental importância para que o seu manejo seja realizado de forma correta. Associado a estudos de geomorfologia, geologia, solos, clima, sistemática botânica e biogeografia, técnicas moleculares podem fornecer subsídios aos estudos da vegetação para o estabelecimento de estratégias adequadas para o manejo ambiental.

A análise de características genéticas das populações que se pretende conservar, mediante marcadores moleculares, que tem como objeto de estudo as sequências de DNA e proteínas dos indivíduos, objetiva reduzir os riscos para as populações a serem conservadas, evitando a endogamia (cruzamento entre indivíduos aparentados) e a deriva genética, devido à redução do número de indivíduos das populações. Isso porque uma população a ser conservada em uma determinada área não precisa ser necessariamente grande, mas necessita ter número suficiente de indivíduos para ser representativa, evitando a endogamia e possibilitando a manutenção do potencial evolutivo das espécies.

É preciso conhecer para preservar

Hoje, um dos grandes desafios para os pesquisadores é o entendimento da biologia das espécies do Cerrado. Essas informações são úteis tanto no manejo correto das populações, por exemplo, em unidades de conservação, bem como para o uso sustentado dos seus recursos. As espécies que se adaptam a um determinado ambiente desenvolvem "habilidades" para poderem suportar as condições ambientais ali existentes. 

Dessa forma, vários estudos utilizando técnicas baseadas na análise de DNA têm ajudado os pesquisadores a entender os mecanismos fisiológicos relacionados ao desenvolvimento, germinação e dormência de espécies florestais do Cerrado, permitindo dessa forma, que um número maior de espécies seja utilizado nos projetos de reflorestamento para a recomposição da flora.
A análise da estrutura genética populacional também pode ser realizada através de técnicas moleculares, e atualmente tem passado por grandes avanços tecnológicos.

Tecnologias que podem auxiliar a conservação do Cerrado

Desde a descoberta do DNA, o desenvolvimento de técnicas de análise molecular tem passado por grandes avanços. Nos últimos três anos, foram desenvolvidos métodos rápidos e baratos para o sequenciamento de DNA, permitindo o sequenciamento de moléculas de qualquer espécie em um curto período de tempo. Enquanto o uso dessas tecnologias ficava restrito a estudos na área de saúde humana ou em espécies vegetais modelo, geralmente espécies com um genoma pequeno, agora o avanço no desenvolvimento dessas tecnologias permite o uso dessas ferramentas em qualquer espécie nativa.

A importância desses avanços, além da maior acessibilidade pela redução dos custos das análises, reside na possibilidade do desenvolvimento de marcadores para diversos processos fisiológicos, na redução do tempo para obtenção de informações e, consequentemente, na possibilidade de acompanhar a dinâmica de populações de um maior número de espécies.

Entretanto, mesmo com o desenvolvimento dessas novas tecnologias, a manutenção das unidades de conservação já existentes e a recuperação de áreas degradadas, interligando grandes fragmentos, associado ao uso sustentável dos recursos naturais, ainda são a alternativa mais viável para a conservação, visto que não se conhece nem mesmo a totalidade da diversidade de nossos ecossistemas, e, dessa forma, os esforços ainda devem ser concentrados em manter intacto o pouco que nos restou.


Anderson Cleiton José

Fonte da informação:
 http://comciencia.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1519-76542009000100008&lng=en&nrm=iso

 

quarta-feira, 27 de fevereiro de 2013

Biotecnologia


O desenvolvimento tecnológico recente, especialmente em relação às novas biotecnologias abriu inúmeras oportunidades para investimentos no aproveitamento sustentável dos recursos genéticos e da diversidade biológica em áreas de interesse químico, farmacêutico, agrícola e industrial. A importância da valorização da biodiversidade reside não apenas na preservação de ecossistemas, mas também como fonte natural de produtos para a exploração sustendada e o consumo humano.

Abaixo, algumas perguntas e respostas sobre o papel da Biotecnologia na preservação da natureza, entrevista dada pelo biólogo Fabrício Santos, da UFMG.

Como a biotecnologia pode colaborar para a preservação da natureza?

Fabrício
- Qualquer esforço feito para a preservação da natureza que minimize a ação danosa de nossa espécie sobre o ambiente e a biodiversidade é extremamente válido. É bom frisar que estas ações devem ser utilizadas para permitir a evolução natural das várias espécies nos seus ecossistemas.

Que ferramentas a biotecnologia utiliza com este fim?

Fabrício -
Para fins de diagnósticos do grau de extinção em que se encontram as diferentes espécies, podemos hoje utilizar metodologias parecidas com as usadas nos testes de paternidade. Estas ferramentas de caracterização da diversidade genética podem revelar o status de conservação de cada espécie em perigo e, a partir disto, propor estratégias de manejo específicas para cada uma. Para algumas espécies,
essa é, a médio prazo, a única alternativa de preservação, visto que o
homem têm acelerado o processo de extinção destas, principalmente pela
destruição de hábitats.


Que outra contribuição a biotecnologia pode trazer à preservação da natureza além do diagnóstico e minimização da extinção?

Fabrício
- Sabe-se hoje que a biodiversidade, ou seja, a diversidade de espécies que existem na natureza, é de enorme potencial econômico. Se houver um uso adequado da biodiversidade para fins de prospecção biotecnológica - a chamada bioprospecção -, isto deverá chamar a atenção para que se preserve aquilo que ainda não se conhece e pode revelar inúmeros fármacos, cosméticos e até produtos alimentícios. No entanto, é bom não confundir a bioprospecção auto-sustentável com algumas formas "exploratórias" da biodiversidade que não garantem sua própria preservação ou que não levem em conta o conhecimento tradicional das tribos indígenas, tal como vários exemplos de patentes de produtos da biodiversidade, feitos a partir do conhecimento indígena.


Fonte da informação:
 http://www.icb.ufmg.br/labs/lbem/reportagens/entrevistafrs.html

terça-feira, 26 de fevereiro de 2013

Biodiversidade genética





A biodiversidade ou diversidade biológica refere-se à variedade de vida no planeta terra, incluindo: a variedade genética dentro das populações e espécies; a variedade de espécies da flora, da fauna e de microrganismos; a variedade de funções ecológicas desempenhadas pelos organismos nos ecossistemas; e a variedade de comunidades, habitats e ecossistemas formados pelos organismos (DIAS, 2000).

A biodiversidade, porém, é aplicada hoje também aos níveis mais microscópicos da natureza: a biodiversidade genética, por exemplo, é um desses níveis.




Para entendermos melhor a importância da biodiversidade genética, temos que, primeiramente, lembrar da teoria da seleção natural. Segundo essa teoria, os indivíduos e espécies mais bem adaptados ao seu ambiente conseguem maior sucesso reprodutivo e, consequentemente, suas características hereditárias são passadas para a próxima geração. Indivíduos menos adaptados têm uma menor chance de transmitir seus genes, portanto, suas características hereditárias tendem a desaparecer. De uma maneira geral, os “mais adaptados” continuam a escrever o caminho evolutivo de sua espécie pelas próximas gerações, enquanto que os “menos adaptados” tendem a perecer no meio do caminho.

Ao pressupormos indivíduos “mais” ou “menos” adaptados, está implícito o fato de que esses indivíduos são diferentes. Ora, essa diferença pode ser modelada pelo ambiente, mas toda característica de um indivíduo está presente primordialmente em seu DNA. Sabemos que a maior parte dos genes funciona pela ação de um par de alelos(um alelo transmite a informação genética vinda do pai, o outro alelo a informação vinda da mãe). Esses alelos podem estar em heterozigose (quando a informação genética é diferente, representada classicamente como Aa) ou homozigose (quando a informação genética é igual, classicamente representada por AA ou aa).Assim, a diferença genética entre indivíduos e entre espécies é ampla e fundamental, pois ela fornecerá a base necessária para que a seleção natural atue


E qual a importância da biodiversidade genética??

Pode-se dizer que quanto maior a diversidade genética de uma população, maiores são suas chances de sucesso evolutivo. Isso porque, caso haja mudanças ambientais, a população com a maior variabilidade genética (ou seja, maior número de alelos determinando variações nas suas características) terá maior chance de ter um alelo que responda positivamente à mudança ambiental ocorrida.
 Dessa forma, a idéia de que quanto maior a diversidade genética, maior será a chance de sucesso evolutivo, é parcimoniosa com a idéia de seleção natural. Em essência, a perda de variabilidade genética reduz futuras opções evolutivas.

Texto adaptado de:
 http://eco.ib.usp.br/lepac/conservacao/ensino/biodiv_genetica.htm

Imagem:  http://biopibidufsj.blogspot.com.br/2010/04/diversidade-genetica.html