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Diversidade Biológica (Biodiversidade)

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Diversidade Biológica (Biodiversidade)

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Diversidade biológica (biodiversidade): significa a

variabilidade de organismos vivos de todas as

origens, compreendendo, os ecossistemas

terrestres, marinhos e outros ecossistemas

aquáticos e os complexos ecológicos de que fazem

parte; compreendendo ainda a diversidade dentro

de espécies, entre espécies e de ecossistemas.

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ORIGENS DA AGRICULTURA E DA DOMESTICAÇÃO

DE PLANTAS

De Candole (1866) – Plantas domesticadas muitas

vezes diferem mais entre elas do que dos seus

ancestrais selvagens.

Darwin (1868) – Plantas domesticadas diferem das

ancestrais selvagens a partir das mudanças

resultantes da seleção (tamanho, forma) no

processo de domesticação.

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Vavilov (1926) – A região geográfica na qual a

diversidade genética é maior, corresponde à região

de origem, especialmente se as raças selvagens das

espécies relevantes estão presentes também nesta

região.

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Oito centros de origem:

civilização x prática da agricultura.

Mais tarde tornou relativo este conceito e

desenvolveu um sistema de grupos ecológicos

baseado em características como fotoperíodo,

resposta a temperaturas e doenças.

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• VAVILOV

• Primeira contribuição: brilhante geneticista,

hábil coletor e planejador de mais de 50

expedições de coleta de RGVs em todos os

continentes a partir de 1920.

• Primeiros bancos de germoplasmas na Rússia.

• Rápida modernização.

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• VAVILOV• Segunda contribuição: teoria da analogia

climática.Para a seleção de espécies e variedades é

preciso levar em conta as condições climáticas de origem e, sempre que possível, selecionar materiais de regiões com clima similares aos das regiões que se quer adaptar e cultivar.

Estas idéias deram origem aos CENTROS DE DIVERSIDADE

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• VAVILOV

• Terceira contribuição

• Habilidade em traduzir e relacionar o

conhecimento científico sobre RGVs em uso

econômico, adaptação e resistência à pragas e

moléstias.

• Importância dos parentes selvagens.

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• Nikolai Ivanovich Vavilov (1887 – 1943) – Botânico e Geneticista russo, mais conhecido por ter identificado os centros de origem de plantas cultivadas.

• Vavilov organizou uma série de expedições agronômicas-botânicas e coletou sementes nos mais variados pontos do planeta e criou, em Leningrado (Hoje São Petersburgo) a maior coleção de sementes do mundo para a época.

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• Este banco de sementes foi heroicamente

preservada durante os 28 meses do cerco a

Leningrado e alguns de seus assistentes morreram

de fome mas guardaram as sementes.

• Em 1940 Vavilov foi preso e mandado para a Sibéria

como defensor de pseudociência burguesa

(genética) e morreu na prisão de subnutrição em

1943.

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• HARLAN (1992)

• abandonou o conceito de centros de origem,

referindo-se a eles como ‘regiões ecológicas’.

• Convergência atual de quatro processos

ecológicos x genéticos x evolucionários, que

justificariam os padrões eco-geográficos de

variabilidade genética.

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• HARLAN (1992)

1 - Condições ecológicas do Plioceno (5 milhões

a 1,8 milhão anos) ou pleistoceno (1,8 milhão

a 11.000 anos) direcionaram a seleção natural

em favor de poucas espécies selvagens com

propriedades que posteriormente confeririam

sucesso na agricultura.

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• HARLAN (1992)2 - Sistemas reprodutivos como auto-

fecundação e reprodução vegetativa oportunizaram a rápida geração de novos genótipos superiores, permitindo a manutenção das características de interesse, o que poderia não ocorrer com a hibridização com genótipos inferiores. Assim, o sistema reprodutivo ajustou-se à condição agrícola;

• Mesolítico ou neolítico.

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3 – Os tipos mais adaptados rapidamente se espalharam para áreas geográficas com diferentes ambientes;

• Início e desenvolvimento da civilização e últimos cinco séculos.

4 - Aumento na adaptação dentro de ambientes específicos levou a uma maior diferenciação genética entre as populações domesticadas;

• Melhoramento moderno –final sec. 19 a sec. 21.

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CENTRO DE ORIGEM X CENTRO DE

DIVERSIDADE

• Crítica: Faltam informações para

determinar a origem real ou primária.

• “Mapa do tesouro” para a conservação

genética.

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CENTRO DE ORIGEM X CENTRO DE DIVERSIDADE

• A partir de Vavilov, European Soc. Res. Plant

Breeding (EUCARPIA).

• Quatro Bancos de Germoplasma para a Europa.

• Noroeste: Inst. of Crop Science and Seed Res. –

Alemanha.

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CENTRO DE ORIGEM X CENTRO DE

DIVERSIDADE

• Central e Leste – Leningrado

• Sul e Mediterrâneo – Bari – Itália

• Escandinávia – Suécia

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CENTROS DE DIVERSIDADE GENÉTICA

VAVILOV (1916 a 1930) à coleta de plantas ao redor

do mundo

• Centros de origem: área geográfica na qual a

espécie foi originada.

• Centros de diversidade genética: local onde há

grande diversidade genética da espécie cultivada e

espécies relacionadas.

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CENTROS DE ORIGEM E DIVERSIDADE

• Representam locais de conservação de

germoplasma “in situ”.

- São necessárias expedições de coleta para

obtenção do germoplasma.

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CENTROS DE ORIGEM E DIVERSIDADE• São fontes importantes de germoplasma apenas

para culturas que não possuem bancos de

germoplasma ou os bancos são incompletos, ou

ainda quando a característica desejada não é

encontrada nos bancos de germoplasma.

existentes.

• É a forma mais cara de obter germoplasma de

uma espécie.

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1 - Centro Chinês: alface, soja, milheto; (136 sps)2 - Centro Indiano: arroz, grão-de-bico, cana-de-açúcar, inhame, algodão arbóreo, manga (117 sps)2 a - Centro Indo-maláio: banana, coco, inhame, cana-de-açúcar; (55 sps)3- Centro Centro-Asiático: lentilha, grão-de-bico, ervilha, linho, centeio, trigo comum. (43 sps)4 - Centro Oriente Próximo: alfafa, cevada, grão-de-bico, ervilha, lentilha, linho, centeio. (83 sps)5 - Centro Mediterrâneo: aipo, trigo duro, grão-de-bico, hortelã, pimenta. (84 sps)6 - Centro África Oriental: cevada, lentilha, grão-de-bico, ervilha, linho, café, sorgo. (38 sps)7 - Messoamerica: milho, feijão, algodão herbáceo, cucurbitáceas.8 - Centro Sul Americano (Peruano - Equatoriano - Boliviano): feijão, batatinha, batata-doce, fumo,tomate. (62 sps)8 a - Centro Chileno (Ilha de Chiloé): batatinha e moranguinho selvagem. (2 sps)8 b - Centro Brasileiro - Paraguaio: mandioca, amendoim, abacaxi, seringueira.

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Centro Brasileiro Paraguaio

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Brasil -Passiflora

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Brasil -Anonáceas

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Guaraná (Paulinia cupana)

Seringueira (Hevea brasiliensis)

Pimenta (Capsicum spp.)Urucum (Bixa orellana)

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Germoplasma

• Material genético que constitui a base física da

herança e que se transmite de uma geração para

a outra por meio de células reprodutivas.

• Unidades físicas vivas que contém a composição

genética de um organismo particular, com a

habilidade de se reproduzir sementes, mudas, ⇒

estacas, “gemas”, etc.

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Germoplasma de Plantas Aromáticas

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Para que serve um banco de germoplasma?

• Razões para coletar germoplasma.• O germoplasma está em perigo de erosão

genética ou extinção.• Demanda pelo germoplasma por usuários em

âmbito nacional ou internacional.• O conhecimento sobre o germoplasma deve ser

ampliado.

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Para que serve um banco de germoplasma?

• A diversidade genética do germoplasma está sendo perdida ou é insuficientemente representada nas coleções ex situ;

• Necessidade de conservar ex situ parentes silvestres;

• Necessidade de se resgatar germoplasma em áreas ameaçadas por impactos humanos ou desastres naturais.

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Como estabelecer um banco ou coleção de

germoplasma?

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FORMAS DE CONSERVAÇÃO DO GERMOPLASMA

• Os recursos genéticos são mantidos em condições

in situ, on farm, e ex situ.

• in situ: é realizada, basicamente, em reservas

genéticas, reservas extrativistas e reservas de

desenvolvimento sustentável.

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• Pode ser organizada também em áreas

protegidas, seja de âmbito federal, estadual ou

municipal.

• As reservas genéticas, por exemplo, são

implantadas e mantidas em áreas prioritárias, de

acordo com a diversidade genética de uma ou

mais espécies de reconhecida importância

científica ou sócio-econômica.

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• Teoricamente, essas reservas podem existir

dentro de uma área protegida, de uma reserva

indígena, de uma reserva extrativista e de uma

propriedade privada, entre outras.

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• Vantagens:

• possibilidade de conservar ampla variabilidade

genética;

• maior facilidade de conservar espécies com

sementes recalcitrantes;

• não é interrompido o processo evolutivo.

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Desvantagens

• erosão genética: por enchentes, incêndios e

degradação (avanço de fronteiras agrícolas);

• alto custo: necessidade de levantamento

ecogeográfico e formação de reservas;

• custo sócio-econômico: áreas não podem ser

utilizadas para agricultura;

• dificuldade de proteção das áreas de

preservação.

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• on farm: pode ser considerada uma estratégia

complementar à conservação in situ, já que esse

processo também permite que as espécies

continuem o seu processo evolutivo.

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• Envolve recursos genéticos, especialmente

variedades crioulas - cultivadas por agricultores,

especialmente pelos pequenos agricultores, além

das comunidades locais, tradicionais ou não e

populações indígenas, detentoras de grande

diversidade de recursos fito-genéticos e de um

amplo conhecimento sobre eles.

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• Esta diversidade de recursos é essencial para a

segurança alimentar das comunidades.

• Dentre os principais recursos fito-genéticos

mantidos a campo pelos pequenos agricultores

brasileiros estão a mandioca, o milho e o feijão.

• Outras espécies de raízes e tubérculos, plantas

medicinais e aromáticas.

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• Manutenção desses materiais on farm, com

ênfase para as variedades crioulas, envolve

recursos nativos e exóticos adaptados às condições

locais.

• Outra particularidade é que estas variedades

crioulas, mesmo deslocadas de suas condições

naturais, continuam evoluindo na natureza, já que

estão permanentemente submetidas à diferentes

condições edafoclimáticas.

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Estratégias de Conservação Ex situe In situ

• Ex situ In situ

• Conservação de sementes parques

• Coleções de campo conservação Local

• Coleções in vitro jardins caseiros

• Criopreservação

• Jardins botânicos

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• EX SITU: é a manutenção das espécies fora de

seu habitat natural.

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• Manutenção de recursos genéticos:

- Câmaras de conservação de sementes (-20º C),

- Cultura de tecidos (conservação in vitro),

- Criogenia: para o caso de sementes

recalcitrantes, (-196º C),

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• Laboratórios - para o caso de microorganismos, a

campo (conservação in vivo),

- Bancos de germoplasma - para o caso de

espécies vegetais.

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• Características:

(i) preservar genes por séculos;

(ii) permitir que em apenas um local seja

reunido material genético de muitas

procedências, facilitando o trabalho do

melhoramento genético;

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(iii) garantir melhor proteção à diversidade

intraespecífica, especialmente de espécies de ampla

distribuição geográfica.

OBS: Este método implica, entretanto, na paralisação dos

processos evolutivos, além de depender de ações

permanentes do homem, visto concentrar grandes

quantidades de material genético em um mesmo

local, o que torna a coleção bastante vulnerável.

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Conservação ex situ

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Conservação ex situ

a) Bancos de sementes:• possibilidade de conservação de ampla

variabilidade genética;• conservação a médio e longo prazo.

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Conservação ex situ

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Lado exterior (esquerda) e o interior (direita) do cofrede sementes do Svaldbard, Noruega.

• COFRE MUNDIAL DE SEMENTES – inaugurado em 26/fev/2008

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Conservação criogênica

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b) Bancos de germoplasma “in vivo”

• Especialmente espécies com sementes recalcitrantes.

• Coleções de plantas vivas. Ex.: jardins botânicos, coleções junto a bancos

de sementes;• Exige maior área e é difícil de conservar boa

amostra da diversidade genética de uma espécie.

Ex.: banana, dendê, café.

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c) Bancos de germoplasma “in vitro”

• Cultura de tecidos.• Conservação sob crescimento retardado.• Exige protocolo apropriado para cada espécie

e/ou genótipo.• Adequado para espécies com pouca ou

nenhuma produção de sementes ou com sementes recalcitrantes.

• Ex.: batata, batata-doce, mandioca, alho.

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BANCOS ATIVOS DE GERMOPLASMA• Aqueles de propriedades de instituições de

pesquisa e/ou programas de melhoramento genético, que representam genótipos com utilidade direta em programas de melhoramento.

• Dá-se prioridade a programas conduzidos em ambientes semelhantes e com objetivos semelhantes ao nosso programa de melhoramento genético.

• Fonte primária de germoplasma para um programa de melhoramento de plantas.

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BANCOS DE GERMOPLASMA• Apresentam a maior variabilidade genética

conservada ex-situ de uma espécie cultivada (espécies silvestres aparentadas).

• Geralmente não se conhece o potencial genético de boa parte da coleção.

• São fontes de genes para situações futura.• No Brasil a EMBRAPA, através da Embrapa Recursos• Genéticos e Biotecnologia (CENARGEN), coordena

vários bancos de conservação de germoplasma de espécies como amendoim, abacaxi, mandioca, paspalum, e outras.

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USO DE GENES DE ESPÉCIES SILVESTRES

• Vantagem: • fonte de genes muitas vezes não disponíveis

na espécie cultivada.• Desvantagens:• possuem muitas características indesejadas;• necessidade de retrocruzamentos;• caracteres desejados e indesejados podem

estar ligados geneticamente.

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Programas de melhoramento de plantas no

Brasil

– Instituições governamentais;

– EMBRAPA;

– EPAMIG, EMGOPA, IAC e IAPAR;

– Universidades Federais e Estaduais

– Empresas Iniciativa Privada (AGROCERES,

PIONEER, MONSANTO, ETC.).

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Programas de melhoramento de plantas no Mundo

Instituições Internacionais– CIAT (Colômbia)- feijão, arroz e mandioca– CIMMYT (México)- milho e trigo– IRRI (Filipinas)- arroz– ICARD (Síria)- trigo e cevada– CIFOR (Indonésia)- essências florestais– CIP (Peru)- batata– IBPRG (Itália)- recursos genéticos– IITA (Nigéria)- milho, mandioca e soja– INIBAP (França)- banana– WARDA (Costa do Marfin)- arroz

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CONSERVAÇÃO DE RECURSOS GENÉTICOS

E SUA IMPORTÂNCIA PARA O

MELHORAMENTO DE PLANTAS

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EROSÃO GENÉTICA

- perdas de alelos de uma determinada espécie e

espécies silvestres relacionadas.

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CONSEQUÊNCIAS DA VULNERABILIDADE

GENÉTICA:

• Falta variabilidade genética para adaptação a

mudanças no ambiente ou para atingir novos

objetivos do melhoramento;

• perigo de epidemias de pragas e molétias;

• limitação do ganho genético.

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GERMOPLASMA DE IMPORTÂNCIA PARA O

MELHORAMENTO DE PLANTAS:

a) parentes silvestres;

b) cultivares primitivas ou crioulas ou “land races”;

c) cultivares obsoletas;

d) cultivares modernas;

e) linhagens avançadas.

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Hotspot: foi criado em 1988 pelo ecólogo inglês

Norman Myers.

Regiões de Hotspots: toda área prioritária para

conservação, isto é, de alta biodiversidade e

ameaçada no mais alto grau.

- É uma área com pelo menos 1.500 espécies

endêmicas de plantas e que tenha perdido mais de

3/4 de sua vegetação original.

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1988: Myers identificou 10 Hotspots mundiais.

1996-1999: Russell Mittermeier: aumentou para 25

as áreas no planeta consideradas Hotspots.

- Juntas, elas cobriam apenas 1,4% da superfície

terrestre e abrigavam mais de 60% de toda a

diversidade animal e vegetal do planeta.

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fev/2005: identifica 34 regiões, hábitat de 75% dos

mamíferos, aves e anfíbios mais ameaçados do

planeta.

- Nove regiões foram incorporadas à versão de

1999.

- Somando a área de todos os Hotspots temos

apenas 2,3% da superfície terrestre, onde se

encontram 50% das plantas e 42% dos vertebrados

conhecidos.

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Brasil há dois Hotspots: a Mata Atlântica e o

Cerrado.

No total são 34 zonas, incluindo a Mata Atlântica e

o cerrado brasileiro.

Atenção: os hotspots já perderam 70% da

vegetação original.

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