programa de pós-graduação em genética e melhoramento · pdf...

LGN 5799 - SEMINÁRIOS EMGENÉTICA E MELHORAMENTO DE PLANTAS

Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento de Plantas

Departamento de GenéticaAvenida Pádua Dias, 11 - Caixa Postal 83, CEP: 13400-970 - Piracicaba - São Paulo - Brasil

Telefone: (0xx19) 3429-4250 / 4125 / 4126 - Fax: (0xx19) 3433-6706 - http://www.genetica.esalq.usp.br/semina.php

Genética e Melhoramento para Isoflavonóides em soja

Pós-Graduando: Walter Fernando BernardiOrientador: Prof. Dr. Natal Antonio Vello

Roteiro

� Introdução

� Estrutura da molécula

� Influência do Ambiente

� Estudos de Parâmetros Genéticos

� Correlações com óleo e proteína

� Análise de Isoflavonas em Soja tipo Hortaliça

� Estudos de QTLs

� Perspectivas Futuras

� Considerações Finais

Introdução

� Pertencem a família dos polifenois, poderosos antioxidantes.

� Importante papel na prevenção de doenças: câncer mama,

prostata, osteoporose, cardiovasculares;

� Compostos químicos reconhecidos como estrógenos.

� Existe evidencia, que as isoflavonas (genisteina), afeta o nível

total de colesterol.

O que são Isoflavonóides:

Introdução

� São compostos bioativos e não nutricionais, e apresentam

estrutura química similar ao estradiol, por isso se encaixam nos

receptores de estrógenos

� Estudo clínicos e epidemiológicos mostram que as populações

asiáticas, apresentam menos sintomas de síndrome do climatério,

menos problemas cardiovasculares, osteoporose e certos tipo de

câncer (colo, mama e prostata).

Introdução

Tipos de Isoflavonóides:

Aglicones: daidzeina, genisteina e gliciteina;

Glucosídeos: daidzina, genistina e glicitina

Acetilglucosídeos: 6’’-O-acetildaidzina, 6’’-O-acetilgenistina e

6’’-O-acetilglicitina;

Malonilglucosídeos: 6’’-O-malonildaidzina, 6’’-O-malonilgenistina e

6’’-O-malonilglicitina

Estrutura da Molécula

Daidzeina

Gliciteina

Genisteina

Estrutura da Molécula

Daidzina

6”-O-acetildaidzina

6”-O-malonildaidzina

Isoflavona Isolada

Introdução

Distribuição das Isoflavonas nas Sementes de soja:

Cotilédone 80 – 90%

Tegumento

10 – 20%

Eixo Embrionário

Produtos derivados de Soja

Efeito Significante do ambiente sobre os isoflavonóides

Temperatura afeta a concentração nas sementes

cotilédones Altera

Tegumento constante

Eixo Embrionário constante

Influência do Genótipo e Ambiente no Conteúdo de Isoflavonas em Soja.Joseph A. Hocck, Walter R. Fehr, Patricia A. Murphy and Grace A. Welke

Crop Science, 40:48-51, 2000.

• O ambiente tem influênciado significativamente o conteudo de isoflavonas

• Tsukamoto (1995) - influência da Tº

• Variação entre anos de uma cultivar: 1176 a 3309 µg/g

• Variação entre Locais no mesmo ano: 1176 a 1749 µg/g

Influência do Ambiente

Objetivo

Avaliar a relativa importância do genótipo,

anos, locais e suas interações com o conteúdo de

isoflavonóides, testando vários cultivares no mesmo

local durante diferentes anos.

Material e Método

� 6 cultivares avaliadas

� Anos 1995 e 1996

� 8 locais

� 3 repetições

Concentração de Isoflavonas: HPLC

Resultados e Discussão

� Existe diferença significativa entre locais em um ou mais anos

� Houve diferença entre locais em um ou mais anos para conteúdo

individual e total.

GxAxL9695GxA9695AxL9695Isoflavona

**NS****************Total Isoflavonas

NSNS*************NSGenisteina

****NS******NS*NSNSGiciteina

NSNS**************NSDaidzeina

********************Malonilgenistina

*NSNSNS********NS**Malonilglicitina

********************Malonildaidzina

********************Genistina

*******************Glicitina

***NS**************Daidzina

GxLGenotipoLocaisAnos

Tab. 1 Significância do efeito e suas interações para conteudo de isoflavona individual e total de seis cultivares em oito locais e dois anos


�A diferença de locais em 1996 foi menor que a diferença em 1995.

24982128244129532689205927171996

148413921341147414521322192419958

22822085216925472520197123971996

145813381402143014791382171919957

19941830188023542153176219861996

106479411621266939844137719956

24522100221625502451284225511996

182817631770155518881636235819955

26012595241526492671220530701996

127711431025127314851181155519954

21471854205525142311166424831996

104081310961147939883136519953

24232198218926392756216025981996

175116211678173517901568211519952

19631803188721722004160823051996

107184811821326949879124119951

µg/gµg/gµg/gµg/gµg/gµg/gµg/g

MédiaIA2016IA2013IA2012IA2011VintonKenwoodAnosLocais

Cultivar

Tab. 2 Média do Conteúdo Total de Isoflavonas de seis cultivares em oito locais nos anos de 1995 e 1996.

Conclusões

�A significância da interação entre Locais x Anos reflete o impacto da

variabilidade da condição climática na concentração de isoflavonas;

� Dificultdade em se prever o conteudo a ser obtido em diferente anos;

� Essa dificuldade dificulta o contrato antes do plantio;

� Sementes que maturam no campo a baixas temperaturas, tem

maiores concentrações de isoflavonas;

� A diferença de genótipos para conteúdo total e individual de

isoflavonas, indica ser possível selecionar genótipos para

desenvolvimento de um programa de melhoramento.

Hoock et al, Crop Science, 40:48-51, 2000.

Parâmetros Genéticos Relacionados com Conteúdo de Isoflavonas e Proteínas em Sementes de Soja. Luciana Chiari; Newton D. Piovesan; Lucas K. Naoe; Inês C. José; José M.S Viana; Murilo A. Moreira andEveraldo G. de Barros

Euphytica 138: 55-60, 2004.

Objetivo

Determinar a herdabilidade de sentido amplo do

conteúdo de isoflavonóides em sementes soja e estimar a

correlação entre várias formas de isoflavonas e entre

estas e o conteúdo de proteína.

Material e Método

Híbrido F1 – confirmado por análise não destrutiva das sementes

F1 F2 F3 derteminação de proteina e isoflavona

Isoflavona µg/g Proteína %

BARC-8 428 (Baixo) 45 (Alto)

IAC-100 966 (Alto) 35 (Baixo)


Seis formas de isoflavonas foram Avaliadas:

� Daidzina

� Genistina

� Glicitina

� Malonildaidzina

� Malonilgenistina

� Malonilglicitina

De acordo com Griffith & Collison (2001) sementes de soja “in natura” contem as formas malonil.

As formas 6”-O-acetil e agliconeas são formadas durante processamento.

-0,47----ISOF

-0,440,92---MGEN

-0,370,880,80--MDAID

-0,510,890,940,82-GEN

-0,400,890,830,980,87DAID

ProtISOFMgenMdaidMGen

Coeficiente de Correlação

Tab. 1 Estimativa do coeficiente de correlação fenotípica entre as formas de isoflavonas e proteína

Tab. 2 Estimativa do coeficiente de correlação fenotípica entre as formas de isoflavonas e proteína

0.370.990.960.900.980.96h2b

ProtIsofMgenMDaidGenDaidHerdabil.

Características


� Estudos mostram que sementes de soja com alto conteúdo de

proteína tende a acumular baixa soma de isoflavonóides.

� Melhoristas tomam decisão de seleção baseados nas previsões

entre correlações de diferentes características

�Devido a correlação negativa é difícil reunir em uma única cultivar

alto teor de Isoflavonas e proteína;

� Vário programas tendem a diminuir a quantidade de isoflavonas nas

variedades, pois sua presença está associada ao sabor amargo e

adstringente.

� O estudo indicou influência do ambiente no conteúdo de isoflavonas.

ConclusãoChiari et al, Euphytica 138: 55-60, 2004.

Correlação de Óleo e Proteína com Concentração de Isoflavonas em Soja. Craig S. Charron, Fred, L. Allen, Richard D. Johnson, Vicente R. Pantalone and Carl E. Sams.

Journal Agricultural and Food Chemistry, 53: 7128-7135, 2005.

Objetivo

� Determinar se o conteúdo de óleo e proteína em soja está

correlacionado com conteúdo total e individual de isoflavonas.

Material e Método

� 17 cultivares avaliadas do grupo de maturação 4 e 5

11 RR

6 convencionais

� Análise de proteína – Espectofotometro (infravermelho)

� Análise de Isoflavona – Grifftith & Collison modificado

� Estatística - SAS

71880052464278328331082831803151043.018.217RR

693242823452654293692207169181040.819.316RR

6321024328022052834732062051131843.217.615RR

52390135332216518661051361191151038.719.314RR

3474002123112541420831229915843.019.013RR

31500426307122510439712279210641.619.812RR

39830142342163713311041629537640.120.811RR

5869013630620732555932191590192340.619.210RR

369604373681358127910516011759942.119.79 RR

5261044760018151948170199151291038.821.58 RR

44510148457180413581372221073191040.721.17 RR

7020025928225793034972482355191839.819.76

79410059342297933391053042351222138.020.05

64110175355250424441082711882322040.219.84

434500422861836149188162952211441.219.63

78820148379266338571262712430141541.618.52

67810167346275525931032891842191440.318.91

TIsoAgti

Agti

Adid

Mgti

MgtiMdziglicitigenisti

daidzina

Glictei

geniste

daidze

Prot.ÓleoCult

Concentração de isoflavona (µg/g)

Tab. 1 Média de Óleo, Proteína e concentração de de isoflavonas de 3 locais

NSNSNSAcetilglicitina

NSNSNSAcetilgenistina

NS***Acetildaidzina

NS****Malonilglicitina

NS****Malonilgenistina

******Malonildaidzina

NS***Glicitina

*****Genistina

*****Daidzina

NSNSNSGliciteina

******Genisteina

*****Daidzeina

*****Isoflavona Total

******Produção

******Proteína

******Óleo

Cultivares x LocaisLocaisCultivaresCaracteres

Tab. 2 Interações entre cultivares e locais para óleo, proteína e conteúdo individual de isoflavonas, de 17 cultivares e 3 locais.

Proteína, Iso

0,31-0,45Todas Cultivares

0,85-0,3417 RR

0,36-0,1316 RR

-0,140,2715 RR

0,56-0,6714 RR

0,30-0,7313 RR

0,68-0,7312 RR

0,78-0,8211 RR

-0,590,2910 RR

0,67-0,799 RR

0,77-0,628 RR

0,37-0,477 RR

-0,270,256

0,09-0,505

0,04-0,484

0,75-0,923

0,07-0,352

0,04-0,551

Óleo, Iso

Tab. 3 Coeficiente de correlação para conteúdo de isoflavona com óleo e Proteína

r

Conclusões

� É possíveL selecionar cultivares com alto e baixo conteúdo de

isoflavonas para o programa de melhoramento

� É possível se fazer seleção indireta para o carater

� Predominou as formas Malonildaidzina e Malonilgenistina

� Genisteina e formas acetil representam menos de 1%, mas

após processamento chegam a 25%.

Charron et al, J. Agricul. and Food Chemistry, 53: 7128-7135, 2005.

Análise de Conteúdo de Isoflavonas em Soja Tipo Hortaliça. T. Mebrahtu, A. Mohamed, C.Y. Wang & T. Andebrhan

Plant Food for Human Nutrition 59: 55-61, 2004.

Material e Método

� 31 genótipos avaliados

GM: III – VI

� 3 repetições

� 3 anos

� Genótipos foram avaliados em R6 – R7 com 80-90% vagem cheia

� HPLC – quantificação de isoflavonas

Edamame


As condições climáticas foram diferentes nos 3 anos.

1996 e 1998 – estresse

1997 - condições favoráveis

112.45b27.6759.30b25.49bVI

134.75ab27.7474.28ab32.73abV

138.65ab27.8771.72b39.06ªIV

159.83ª34.4288.87ª36.55ªIII

Isof. TotalGliciteinaDaidzeinaGenisteinaGM

µg/g

Tab. 1 Média dos isoflavonóides para grupo de maturação


Genisteina Gliciteina

Cultivar µg/g Cultivar µg/g

Aoda 80.80 Aoda 61.92

Pella 54.00 Pella 56.98

D71-9806 10.59 Verde 07.29

Daidzeina Isoflavona Total

Cultivar µg/g Cultivar µg/g

PI 248.511 127.62 Aoda 257.69

Aoda 115.01 Pella 219.01

PI 507.415 22.65 PI 507.415 55.44

Conclusões

� Especial atenção deve ser dada as cultivares nos programas de melhoramento para isoflavonóides: Aoda, Pella, Houjaku, Kenrich e Shangroa;

� Conteúdo individual de isoflavonas pode ser considerado como característica quantitativa;

� Forte associação entre conteúdo total de isoflavona com genisteina e daidzeina, sugere que a seleção para um pode incrementar o outro;

� GM precoces tende a ter mais isoflavonóides do que os tardios;

� Herdabilidade para genisteina (54%), daidzeina (45%), gliciteina(58%) e isoflavona total (64%), são influênciadas pelo ambiente e variação genética

Mebrahtu et al, Plant Food for Human Nutrition 59: 55-61, 2004.

Mapeamento de QTL para Conteúdo Individual e Total de Isoflavonas em Sementes de Soja.

Valerio S. Primoto, Vaino Poysa, Gary R. Ablett, Chung-Já Jackson, Mark Gijzen e Istvan Rajcan.

Crop Science, 45: 2454-2464, 2005.

� QTLs tem sido reportados nos GL A1, B1, B2, D1a, H, K e N

� O Uso de QTL pode ser vantajoso no desenvolvimento de uma estratégia eficiente de melhoramento para seleção de alto ou baixo conteúdo de isoflavona em soja.

� Epistasia tem contribuindo para variação quantitativa.

� Não há informações precisas de interações epistáticas associadas com o conteúdo de isoflavonas em soja.

� Muitos estudos têm tido pouco sucesso de mapeamento devido ao tamanho da população, tipo da população, análise limitada de software, além de um nível de significância pouco confiável.

Introdução

Objetivo

O objetivo deste estudo foi identificar e caracterizar QTL

que afeta daidzeina, genisteina, gliciteina e conteúdo total de

isoflavonas por meio de recombinação de uma população derivada

do cruzamento AC756 x RCAT, cultivadas em 2 ambientes. A

possibilidade de interação epistática foi investigada.

Material e Método

AC756 ~ 1417 µg.g-1

RCAT ~ 2246 µg.g-1

F1 F2 F4 (SSD)

F5 foram utilizados para extração de DNA genômico das 207 RILs

Coleta dos dados agronômicos

Extração Isoflavonas: HPLC

Resultados

0.50857-3472166921251337Talbotville

0.401061-3365209032061495HarrowTotal

0.4515-137697870Talbotville

0.3552-1308812982HarrowGliciteina

0.50418-16058371118612Talbotville

0.39500-189310271709664HarrowGenisteina

0.48345-1715756929655Talbotville

0.40465-16409751368748HarrowDaidzeina

µg.g-1

HerdabilidadeVariaçãoMédia Pop.RCATAC756AmbienteTratamento

Resultados

Mapa de Ligação

458 SSR primers utilizados

86 SSR foram designados em 19 grupos de ligação

Diferenças encontradas

1ª Distância entre Satt 387 e Satt 521 no GL N foi de ~ 50cm, enquanto que no mapa público de soja a distância é ~ 12cm;

2ª Marcas Satt 512 e AT 21 no GL E, o que não está incluído no mapa público

Resultados

� Os QTLs estão locados nos 11 GL, e não foi identificado

um único QTL para conteúdo total de isoflavonas.

� Identificou-se grande número de QTLs com poucos efeitos.

� Somente um loco significativo foi detectado para gliciteina

e isoflavona total em Talbotville.

Resultados

� Os dois métodos identificaram 2 distintos picos no GL M

� Sugerindo que 2 diferentes QTLs podem estar locados no GL M

� O método CIM identificou QTL nos GL A1, C2, D1a, F e G, que

não foram identificados por IM.

� O método IM identificou QTL no GL K, que não foi identificado

por CIM.

Resultados

Resultados

Interações Epistáticas

� Interações epistáticas foram testadas entre todos os locos;

� 23 interações significativas foram detectadas;

� Interações detectadas em Harrow foram diferentes das de

Talbotville;

� Algumas interações foram comuns entre daidzeina, genisteina e

isoflavona total para os dois ambientes;

Conclusões

� O mapa para AC756 x RCAT cobriu aprox. 39% do genoma da soja;

� Foi suficiente para descobrir novos QTLs associados com isoflavonas;

� Somente 17 marcadores mostraram-se eficiente para isoflavonas;

� Eles explicam de 3,5 a 10,5% da variação fenotípica;

� O baixo nível de variação explicado pelos QTLs é um indicativo de

herança quantitativa;

� Especial atenção devem ser dadas aos GL J, K e M, foram detectados

nos diferente ambiente e permaneceram siginificativos no modelos de

múltiplos locos com e sem epistasia;

Primoto et al,Crop Science, 45: 2454-2464, 2005.

Conclusões

� 5 QTLs do LG A1, D1a, H, K e N foram identificados em diferentes

populações e ambientes;

�Sat_135 não significativo, mas se tornou quando incluído no modelo

com epistasia;

� Com epistaisa pode-se explicar de 15,8 a 35,8% da variação

fenotípica;

Perspectivas Futuras

� Estudo envolvendo resistência das plantas – Plantas inoculadas com

fusarium solani f.sp. glycines aumentaram o nível de fenilpropanoide,

precursor de isoflavonóides;

� Plantas inoculadas com fusarium solani f.sp. glycines aumentam o nível

de gliceolin, precursor de daidzeina;


� A inoculação de Phytophthora sojae aumentou o nível de daidzeina,

precursor do pterocarpo fitoalexina gliciolina, suportanto o hipotético

papel das isoflavonas na resposta de defesa a doenças

� Isoflavonas são essenciais para nodulação de Bradyhizobium –

quando a expressão de isoflavona sintetase é inibida, há uma redução

no nodulação.


� Isoflavonas não trás somente benefícios a saúde humana. Estudos

mostram que daidzeina e genisteina induzem mutagnese em glândulas

mamárias de ratos transgênicos;

� Estudos apontam que genisteina tem um beneficio para uso em

células cancerosas, mas podem ser problemáticas para células normais.

Considerações Finais

� Os estudos indicam ser um carater quantitativo;

� O ambiente, especialmente a temperatura, afeta significativamente o

conteúdo de isoflavonas;

� Trabalhos adicionais são necessários para elucidar a herdabilidade do

carater e as correlações com óleo e proteínas.

Obrigado

Obrigado

programa de pós-graduação em genética e melhoramento · pdf...

Documents