Melhoramento genético do MILHO

Melhoramento genético do MILHO

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SUMÁRIO

LIMA, R. P.; VASCONCELOS, R.; TEIXEIRA JR, J. D.; PINA, Y.; COSTA JR, K. E. Transgênese, potenciais Usos, Mitos e Verdades. Universidade Federal do Pará Instituto de Ciências Biológicas Faculdade de Biomedicina Belém-PA 2009 Disponível em: <http://www.ebah.com.br/content/ABAAABKegAE/transgenese>. Acesso em: 23/06/2011. 21

  1. INTRODUÇÃO

O milho (Zea mays L.) é pertencente à família das Poaceae, com origem nas Américas. A sua importância econômica se caracteriza pelas diversas formas de sua utilização, que vai desde a alimentação animal até a indústria de alta tecnologia (SILVA et al., 2006). No Brasil a área cultivada com milho na Safra 2009/10, foi de 12.930,1 mil hectares, com uma produtividade média de 4.108,5 kg ha-¹ (CONAB, 2010). O que torna o Brasil o terceiro maior produtor mundial.

Ocupa, ainda, lugar de destaque pelo grande progresso no acúmulo de conhecimentos técnico científicos. Provavelmente, não exista nenhuma outra espécie de importância que tenha sido alvo de tão intensas pesquisas técnicas científicas cujos resultados têm contribuído não só para o aperfeiçoamento do seu cultivo, mas também influenciados nas técnicas empregadas em outras culturas de valor econômico (ALVES et al., 2009).

A contribuição do melhoramento genético no aumento de produtividade da cultura é, sem dúvida alguma, uma das mais expressivas já que, o desenvolvimento e a utilização do milho híbrido proporcionou, em curto período de tempo, ganho de produtividade superior a 150% (BUENO et al., 2006).

No Brasil, o primeiro trabalho visando a produção de milho híbrido foi conduzido por C. A. Krug, no Instituto Agronômico de Campinas. A partir do início do século XX, vários programas de melhoramento genético usando bases científicas foram iniciados. O desenvolvimento de linhas puras, ou linhagens, oriundas do processo de autofecundação das plantas de milho por várias gerações, e do vigor híbrido, ou heterose, foram os responsáveis pelo impulso que o melhoramento genético (SILVA et al., 2006).

Esse conhecimento permitiu que os programas de melhoramento conseguissem introduzir novas características ao milho, como resistência a doenças e pragas, maior proteção dos grãos por meio do melhor empalhamento, maior resposta às práticas de manejo, melhor qualidade nutricional e menor tombamento e quebramento de plantas (BUENO et al., 2006).

O melhoramento genético de plantas alógamas, como no caso o milho, pode ser dirigido essencialmente visando duas alternativas, tais como: obtenção de população melhorada e obtenção de uma geração F1 com vigor híbrido ou sintéticas (BESPALHOK FILHO, et al., 2009).

Embora o melhoramento de populações conduza inevitavelmente a uma base genética mais estreita, certa variabilidade sempre persiste. Assim, a população resultante será constituída por uma mistura de um grande número de genótipos, o que lhe confere melhor estabilidade fenotípica. Devido às variações de ambiente, condições adversas de clima, pragas e patógenos, uma população com certa variabilidade genética está mais protegida do que se fosse constituída por um único genótipo (BUENO et al., 2006).

Em contraposição, o milho híbrido, que representa a geração F1 de um cruzamento entre linhagens endogâmicas, é constituído por um ou poucos genótipos. A superioridade do híbrido é devido à combinação dos genes, os quais estão em grandes quantidades na condição heterozigótica. Assim, a freqüência de grande parte dos genes é de 50%. Essa superioridade, portanto, só se manifesta na geração F1. O milho híbrido, pelo fato de ser sintetizado a partir de linhagens endogâmicas que são estáveis, terá sempre a mesma constituição genética (BUENO, et al., 2006).

Neste contexto o presente trabalho tem como objetivo abordar de forma sucinta alguns aspectos de importância no processo de melhoramento genético do milho.

  1. REVISÃO DE LITERATURA

    1. Melhoramento de Populações

O melhoramento de populações de plantas alógamas consiste no aumento da freqüência de alelos favoráveis. É conseguido através de diferentes métodos de seleção, constituindo um processo contínuo e progressivo. Na prática, procuram obter populações com proporção de alelos favoráveis cada vez maiores, enquanto se sucedem os ciclos seletivos. À medida em que as freqüências dos alelos favoráveis tornam-se maiores, os ganhos genéticos tendem a reduzir-se. Nessas condições podem ocorrer, embora raramente, fixações alélicas, motivadas por oscilações de freqüências sob condições de pequeno tamanho populacional (DESTRO & MONTALVÁN, 1999).

O melhoramento normalmente provoca um estreitamento da base genética da população. Porém, isso não chega a ser um fator limitante ao processo, pois a não fixação de alelos preserva alguma variabilidade, enquanto quebras de blocos gênicos e recombinações a ampliam. Assim, uma população melhorada será constituída por vários genótipos e apresentará maior estabilidade fenotípica (BUENO, et al., 2006).

Alguns dos objetivos gerais que devem ser considerados no melhoramento de populações, tais como: comparar os diferentes métodos e técnicas de seleção, conhecer a estrutura e composição do material básico, em termos de seus parâmetros genéticos e fenotípicos, visando maximizar os ganhos que possam advir pela utilização de qualquer método de melhoramento e obter populações superiores em relação a um ou mais caracteres de interesse agronômico. Tais populações podem ser destinadas ao uso como fonte de linhagens para obtenção de híbridos superiores (BUENO, et al., 2006).

      1. Métodos de Seleção

Existem várias modalidades de seleção, sendo que as diferenças entre elas nem sempre são bem determinadas. Onde são caracterizadas pelo grau de controle parental dos progenitores selecionados, pela existência ou não de avaliações de progênies, e controle ambiental (VILARINHO et al., 2003).

        1. Seleção Massal Simples

A seleção massal, ou seleção massal simples, constitui-se no método em que o controle de ambiente é quase insignificante e o controle parental ocorre apenas do lado materno. Consiste na seleção das melhores plantas em relação ao caráter desejado, no momento da colheita, e, a utilização de suas sementes para a realização do plantio seguinte. Assim, tem-se o controle apenas do progenitor feminino (DESTRO & MONTALVÁN, 1999).

Como não é feito o controle de ambiente a variação fenotípica entre as plantas pode estar relacionada a variações na fertilidade do solo. A seleção massal foi praticada durante centenas ou milhares de anos pelos povos nativos da América, talvez de forma inconsciente, tendo contribuído para originar a grande variabilidade entre as raças e tipos de milho. Foi importante para que a espécie Zea mays L. atingisse o elevado grau de domesticação e produtividade apresentadas hoje em dia, com um aumento de até 15 vezes no número de grãos produzidos em cada espiga (BUENO, et al., 2006).

A utilização racional da seleção massal começou nos Estados Unidos, no final do Século XIX, mas em geral os resultados não foram muito expressivos. Certamente vários fatores contribuíram para o relativo insucesso da seleção massal, destacando-se os seguintes: Dificuldade de identificar bons genótipos pelo aspecto fenotípico de plantas individuais. Seleção muito rigorosa em populações pequenas e amostragem deficiente, provocando perda de alelos importantes e endogamia muito rápida, com a conseqüente perda de vigor. Contaminação com pólen de plantas estranhas de populações adjacentes. Interação da cultivar obtida com o local onde a seleção foi realizada, determinando baixa estabilidade fenotípica (BUENO, et al., 2006).

A seleção massal permite a realização de um ciclo por ano, pois seleção e recombinação são simultâneas. Conseqüentemente a seleção ocorre em apenas um sexo. Para seleção massal utiliza-se alta pressão de seleção, em torno de 1 a 5%, o que exige a utilização de grandes áreas para garantir um tamanho efetivo adequado Destro & Montalván (1999). O grande número de gerações com seleção massal contribuiu para que as atuais cultivares de milho apresentasse pequena variabilidade genética aditiva.

        1. Seleção Massal Estratificada

Um esquema baseado no controle parcial da heterogeneidade do solo. Consiste em dividir a área em estratos, sendo a seleção efetuada dentro de cada um destes, independentemente dos demais. Para o milho, usando-se sementes da variedade que se quer melhorar semeia-se um lote isolado, no espaçamento convencional, em linhas distanciadas de 1m, com 5 sementes por metro linear, por exemplo (DESTRO & MONTALVÁN, 1999).

Bueno et al. (2006), afirmam que para garantir um estande suficiente podem ser colocadas 10 sementes/metro e depois realizar-se o desbaste. Na colheita, o campo é dividido em estratos semelhantes a parcelas, constituídos por uma fileira de 10 metros ou duas fileiras de 5 metros, perfazendo 10 metros quadrados de área, nos quais a colheita se faz separadamente.

A intensidade de seleção fica a critério do melhorista, podendo situar-se entre 5 a 20%. Para uma intensidade de seleção de 10% selecionam-se três ou quatro plantas superiores e que estejam em competição com as demais, em cada estrato. Sementes obtidas de espigas colhidas dessas plantas serão utilizadas para o plantio seguinte. Para garantir uma amostragem representativa toma-se o mesmo número de sementes de cada espiga. O ciclo seguinte é conduzido de modo idêntico ao anterior (BUENO et al., 2006).

A seleção massal estratificada apresenta vantagens e também limitações. Algumas das vantagens são citadas por Bueno et al. (2006): a) Execução relativamente fácil; b) Tamanho efetivo populacional grande, isto é, o número de plantas que contribui para formar a população na geração seguinte normalmente representa bem a variabilidade genética existente; c) Pode ser aplicada intensidade de seleção forte, de até 1%, possibilitando maiores ganhos genéticos; d) O material sob seleção é avaliado todos os anos, o que reduz problemas de interação por ano; e) Um ciclo seletivo é completado a cada ano.

De acordo com os mesmos autores as limitações relacionam-se às seguintes questões: a) Não se fazem testes de progênies, assim não se sabe se as plantas selecionadas vão realmente produzir descendentes superiores; b) Como o material é avaliado em um único local há tendência de adaptação a áreas específicas; c) Plantas altas, mais produtivas, tendem a inibir a manifestação do potencial de plantas baixas, quando em condições de competitividade entre si.

Vilarinho et al. (2003), citam que inúmeros programas de seleção massal estratificada foram conduzidos, em geral com progressos satisfatórios, principalmente para os caracteres produção, prolificidade, comprimento de espiga e altura de planta. A seleção massal estratificada foi empregada até a primeira década do século passado.

      1. Seleção com Teste de Progênies

O teste de progênie consiste na avaliação do genótipo dos progenitores com base no fenótipo de seus descendentes. Tem sido adotado tradicionalmente para avaliar o genótipo de animais e de plantas perenes ou de propagação vegetativa (DESTRO & MONTALVÁN, 1999).

A seleção com teste de progênie é mais eficiente que a seleção massal porque possibilita uma avaliação mais precisa das plantas selecionadas, pois as progênies são avaliadas em ensaios com repetições, resultando maior precisão das médias. Além disso, a possibilidade de avaliações em vários locais reduz o efeito da interação genótipo x ambiente no resultado da seleção, o que permite a utilização mais ampla do material selecionado (BUENO et al., 2006).

No milho, que é uma espécie anual, as plantas não sobrevivem em relação às suas progênies e assim, torna-se necessário usar os descendentes para a manutenção da base genética. Em razão dessa particularidade tornou-se comum usar o termo família como designativo da progênie que constitui a própria base genética de uma planta parental (ALVES et al., 2009).

        1. Seleção Espiga por Fileira

Este método foi empregado nos Estados Unidos a partir de 1897, na Estação Experimental de Illinois, com o objetivo de alterar o teor de óleo e proteína na semente do milho. Seleções foram conduzidas separadamente no sentido de aumentar e também reduzir a manifestação do caráter. Após a publicação dos primeiros resultados o método passou a ter grande aceitação (VILARINHO et al., 2003).

Em uma população de polinização livre, selecionam-se de 50 a 100 espigas. Parte das sementes de cada espiga é utilizada para semeadura, em fileira, e parte é identificada e guardada, vinda a constituir sementes remanescentes. Cada fileira é avaliada com base em todas as suas plantas. Aquelas que se mostrarem superiores são colhidas separadamente e a produção de sementes é determinada (BUENO et al., 2006).

Sementes remanescentes das plantas que deram origem às 20 melhores fileiras são misturadas e semeadas em campo isolado no ano seguinte. Nesse ano selecionam-se novamente as espigas, repetindo-se o processo. São necessários dois anos para se completar cada ciclo, podendo o processo ser repetido enquanto ocorrer resposta à seleção (BUENO et al., 2006).

O método foi eficaz para modificar a composição química dos grãos de milho durante um grande número de gerações. Todavia mostrou-se pouco eficiente para aumento de produtividade de grãos. Isso pode ser explicado, pois a produtividade é um caráter de baixa herdabilidade, não sendo possível sua avaliação precisa em fileiras, sem repetições, em um único ambiente (BESPALHOK FILHO, et al., 2009).

Alves et al. (2010), afirmam que o insucesso do método em alguns casos não é devido as limitações genéticas, mas sim a técnicas experimentais de campo inadequadas, o que não possibilitou a avaliação correta dos genótipos. É possível também que a endogamia advinda do uso de populações de tamanho restrito e a falta de isolamento tenham atuado como fatores limitantes ao aumento da produtividade em alguns dos casos.

        1. Seleção Entre e Dentro de Famílias de Meios-Irmãos

Uma alteração no método espiga por fileira foi proposta por Lonnquist (1964) citado por Vilarinho et al. (2003), com o objetivo de torná-lo mais eficiente. O método espiga por fileira modificado, como ficou conhecido, consiste essencialmente na avaliação e seleção de progênies de meios-irmãos, juntamente com a seleção das melhores plantas dentro de cada progênie. Por isso, é também denominado seleção entre e dentro de família de meios-irmãos.

O processo inicia-se com a obtenção de espigas de polinização livre, colhidas nas melhores plantas da população que se quer melhorar. As espigas de cada planta constituem uma única progênie de meios-irmãos. Sementes de cada progênie são guardadas separadamente (VILARINHO et al., 2003).

Avalia-se o desempenho das progênies de meios-irmãos, em relação aos caracteres de interesse, em experimentos com repetições. Normalmente são avaliadas de 200 a 500 progênies. Aplica-se uma intensidade de seleção de 10% a 20%. Essa etapa constitui a seleção entre famílias de meios-irmãos. As famílias selecionadas são recombinadas entre si na geração seguinte, utilizando-se sementes remanescentes (BUENO et al., 2006).

Em um campo isolado são plantadas as progênies selecionadas, constituindo o progenitor feminino, em linhas paralelas. Intercaladamente a estas, planta-se o progenitor masculino, o qual é constituído por uma mistura das sementes de todas as progênies selecionadas na etapa anterior, na proporção de uma fileira masculina para duas ou três femininas. Na época do florescimento as fileiras femininas são despendoadas (BUENO et al., 2006).

Por ocasião da colheita são escolhidas as melhores plantas dentro de cada fileira feminina, o que constitui a seleção dentro de famílias de meios irmãos. As espigas colhidas dessas plantas constituirão novas progênies de meios-irmãos que poderão ser usadas para começar outro ciclo de seleção. Esse método tem proporcionado aumento de 2,0% a 13,8% na produtividade de grãos em milho, por ciclo (VILARINHO et al., 2003).

        1. Seleção Entre e Dentro de Famílias de Irmãos Germanos

Famílias de irmãos germanos constituem a descendência do cruzamento entre pares de plantas. O método é bastante antigo e tem sido eficiente no melhoramento de populações de milho (DESTRO & MONTALVÁN, 1999).

A partir de uma população base podem ser obtidas inúmeras famílias de irmãos germanos pelo cruzamento de plantas duas a duas. Assim, a partir de 400 plantas da população podem ser obtidas 200 famílias de irmãos germanos. Essas progênies podem então ser avaliadas para seleção. O processo de execução das etapas para seleção entre e dentro é o mesmo descrito para famílias de meios-irmãos (BUENO et al., 2006).

        1. Seleção Entre e Dentro de Famílias Endogâmicas S1 ou S2

Progênies endogâmicas são obtidas pela autofecundação de plantas da população. Normalmente são autofecundadas aproximadamente 500 das melhores plantas da população. No momento da colheita são selecionadas e colhidas as espigas mais sadias e portadoras de características desejáveis. Sementes de cada espiga são mantidas separadamente (DESTRO & MONTALVÁN, 1999).

A etapa seguinte consiste na colocação das progênies selecionadas em ensaios para avaliação, como se faz em outros métodos de seleção de progênies. Aplicando-se uma intensidade de seleção de 10% a 20% escolhem-se as melhores famílias. Estas são, então, recombinadas do modo usual já descrito para outros métodos, utilizando-se para isso as sementes remanescentes (BUENO et al., 2006).

As sementes obtidas da recombinação constituem o produto do primeiro ciclo seletivo. A recombinação pode ser repetida por mais uma geração, após a qual inicia-se o ciclo seguinte com a autofecundação das melhores plantas da população gerada no ciclo anterior. O método de progênies endogâmicas é recomendado especialmente para caracteres de baixa herdabilidade, pois a endogamia proporciona a liberação da variabilidade genética entre as progênies, possibilitando assim o aumento do ganho genético com a seleção (BUENO et al., 2006).

        1. Seleção Recorrente

O processo em que a seleção é repetida em gerações sucessivas, após intercruzamentos de materiais selecionados, com a finalidade de se obter recombinações gênicas, foi denominado seleção recorrente por Hull (1945), citado por Bueno et al. (2006), é um processo contínuo de melhoramento, no qual vários ciclos se sucedem. Atualmente esse método vem sendo empregado também no melhoramento de autógamas, como arroz, feijão e soja.

A técnica básica consiste na seleção de plantas superiores em uma população base, com posterior intercruzamento, para se obter a população de primeiro ciclo. Nesta, o processo é repetido, originando a população de segundo ciclo. Vários métodos, como a seleção massal e técnicas de melhoramento populacional baseadas em testes de progênies, enquadram-se nessa modalidade de seleção (VILARINHO et al., 2003).

A seleção recorrente com testes de progênies inicia-se com a obtenção destas por um dos métodos já descritos. Sementes de cada progênie são guardadas separadamente. Na geração seguinte as progênies são avaliadas em ensaios de produção, anotando-se também os dados referentes a outros caracteres de interesse agronômico, selecionando-se então as superiores, sob intensidade de seleção de 10% a 20%. Na geração seguinte faz-se a recombinação das progênies selecionadas, usando sementes remanescentes, em lotes de despendoamento. Ao final, o material obtido é usado para iniciar um novo ciclo de seleção (BUENO et al., 2006).

O processo pode ser mais rápido obtendo-se, por exemplo, progênies de irmãos completos já na primeira geração. Para isso são escolhidas as melhores plantas dentro de cada progênie, e estas, são então, cruzadas uma a uma com as melhores plantas de outras progênies. Conforme literatura sobre o assunto, esse método tem proporcionado ganhos de 2,5% a 9,3% por ciclo, em populações de milho, sempre com o mínimo de quatro ciclos (VILARINHO et al., 2003).

    1. Milho Híbrido

A formação de híbridos é um método de melhoramento que procura tirar grande proveito dos efeitos da heterose. A expressão variedade híbrida designa as populações F1 plantadas comercialmente, resultantes de cruzamento entre variedades de polinização aberta, linhagens autofecundadas ou outras populações geneticamente não semelhantes (ALVES et al., 2009).

O método de hibridação vem sendo aplicado com grande sucesso no melhoramento do milho. A distribuição das inflorescências masculina e feminina na planta de milho, separadas uma da outra, torna-a particularmente adaptada para se realizarem autofecundações e cruzamentos controlados. Assim, podem ser obtidas linhagens autofecundadas e a produção de sementes híbridas (FALUBA, et al., 2010).

A introdução do milho híbrido por volta de 1920, constituiu-se num dos maiores impulsos da agricultura moderna. Os primeiros híbridos comerciais apareceram por volta de 1930 e, a partir dessa época, as variedades de polinização aberta foram gradativamente sendo substituídas por híbridos (BUENO et al., 2006).

Em 1909, foi apresentado um esquema básico para a produção de sementes de milho híbrido que, de modo geral, é o que se adota atualmente. Consiste na obtenção das linhagens autofecundadas e sua utilização em cruzamentos entre si, para a produção de sementes híbridas. Para a obtenção das melhores linhagens é necessário realizar tantas autofecundações quanto possíveis e continuar o processo de autofecundação anualmente, até que a homozigose total seja praticamente atingida (BUENO et al., 2006).

Deverão ser realizados todos os cruzamentos possíveis entre as linhagens, sendo as plantas F1 avaliadas em ensaio, em espiga por fileira, onde cada fileira corresponderá a um cruzamento específico. Depois de se identificar o melhor par de linhagens para a produção do híbrido pretendido em termos de produtividade e qualidade do produto, faz-se o cruzamento, que é de fácil execução, embora dispendioso, por demandar muita mão-de-obra (BUENO et al., 2006).

      1. Obtenção das linhagens

Autofecundações sucessivas são utilizadas rotineiramente para obtenção de linhagens endogâmicas. Para isso existem várias técnicas, mas, em essência, protegem-se os órgãos masculinos e femininos com sacos de papel apropriados e, no momento certo, procede-se à autopolinização das plantas previamente selecionadas. Para obtenção de linhagens existem diversos métodos (SILVA et al., 2006), que serão descritos a seguir.

        1. Método Padrão

Realiza-se a seleção entre e dentro das progênies à medida que as gerações avançam. As plantas são selecionadas com base nos caracteres fenotípicos, como vigor e resistências a doenças, e características agronômicas superiores ou favoráveis. Selecionam-se também as espigas na colheita e durante o preparo dos materiais para o plantio seguinte (BUENO et al., 2006).

Em geral o procedimento começa com autofecundações de centenas de plantas, selecionadas de variedades, eliminando-se as piores. As sementes obtidas de cada espiga são mantidas separadamente. No ano agrícola seguinte, serão semeadas em linhas de 5m e constituirão as progênies das espigas selecionadas. Duas a cinco plantas escolhidas de cada progênie são autofecundadas, fazendo-se a seleção entre e dentro das progênies. Escolhe-se uma a três espigas melhores por progênie (VILARINHO et al., 2003).

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