O papel do melhoramento genético convencional nas últimas décadas tem sido de grande importância para o aumento da produtividade e qualidade dos cultivos, visando atender a crescente demanda mundial por alimentos. Esse processo tem se baseado em genética mendeliana, associada à genética quantitativa e ao desenvolvimento de métodos estatísticos. No entanto, o melhoramento genético convencional é um processo moroso e os ganhos são cada vez mais difíceis de serem alcançados devido à natureza poligênica das características de importância agronômica e à interação do genótipo com o ambiente, constituindo grandes desafios para os melhoristas de plantas.
A busca por métodos que associam técnicas clássicas de melhoramento com técnicas modernas de biologia molecular, principalmente marcadores moleculares, tem sido uma prioridade para os melhoristas a fim de manter o progresso genético.
Marcadores moleculares são diferenças herdadas na sequência do DNA que se encontram em posições correspondentes de dois cromossomos homólogos distintos, que seguem um padrão de herança simples de Mendel. Estes marcadores são considerados polimórficos, pois apresentam variação na sequência genética e podem ser encontrados em qualquer organismo vivo. A análise de marcadores moleculares é focada em todo o genoma e independe das condições ambientais, proporcionando uma espécie de marca digital que pode ser herdada geneticamente entre indivíduos de uma mesma espécie.
Com o surgimento de marcadores moleculares, muitos estudos têm sido conduzidos com o objetivo de usá-los como ferramenta complementar em programas de melhoramento. Isso ajuda a aumentar o conhecimento das culturas e das características estudadas, além de gerar e desenvolver variedades aprimoradas de forma mais ágil, precisa e com menor custo.
Até meados dos anos 60, a classe de marcadores mais comum era a dos marcadores morfológicos, que se referem a características fenotípicas de fácil avaliação. No entanto, devido à interferência do ambiente, esses marcadores apresentam desvantagens, como a sua presença em pequenas quantidades nos indivíduos e a explicação apenas de características qualitativas, como cor de flor, formato de semente e hábito de crescimento. Portanto, em certas situações, esses marcadores não são suficientemente confiáveis. Como resultado, surgiram estudos sobre marcadores mais completos a nível de DNA, permitindo a caracterização de um fenótipo por meio de genes expressos ou segmentos específicos de DNA.
Tipos de marcadores moleculares
Atualmente, há uma ampla variedade de marcadores moleculares que podem ser empregados para fornecer informações úteis em estudos genéticos e no melhoramento de plantas. No entanto, cada tecnologia apresenta vantagens e desvantagens. O uso de uma ou outra dependerá de fatores como o objetivo do estudo, a infraestrutura disponível, os recursos financeiros para investimento, a disponibilidade de recursos humanos com treinamento adequado e o nível de conhecimento da genética molecular da espécie em questão.
Os diferentes tipos de marcadores de DNA se distinguem pela tecnologia utilizada para diferenciar a variabilidade no DNA. Como resultado, eles variam em sua capacidade de detectar diferenças entre indivíduos, assim como em relação ao custo, facilidade de uso, consistência e repetibilidade.
Os principais marcadores moleculares podem ser agrupados de acordo com a metodologia utilizada para sua identificação. Os marcadores baseados em hibridização com sondas específicas e aqueles amplificados via PCR (Polymerase Chain Reaction) são os mais comuns. Os marcadores RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism) e os minissatélites, também conhecidos como locus VNTR (Variable Number of Tandem Repeats), são identificados por hibridação. Já os marcadores RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA), SCAR (Sequence Characterized Amplified Regions), Microssatélites ou SSR (Single Sequence Repeat), AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism) e STS (Sequence Tagged Sites) são revelados por meio da amplificação do DNA. É importante notar que existem outros tipos de marcadores mencionados na literatura. Além disso, podem possuir outras classificações tais como:
- Marcadores moleculares baseados no rendimento:
Os marcadores moleculares baseados no rendimento são definidos de acordo com a quantidade de loci genotipados por vez. Esses marcadores diferenciam-se pela capacidade em discriminar alelos, característica muito importante, de acordo com o estudo a ser realizado. Podem ser:
- Low trhoughtput genotyping (Genotipagem de baixo rendimento): Permite genotipar poucos loci por vez.
- High throughput genotyping (Genotipagem de alto rendimento): Permite genotipar milhares de loci simultaneamente.
- Marcadores moleculares baseados no modo de ação gênica:
- Marcadores moleculares dominantes: possibilitam a identificação da presença ou ausência de um determinado alelo.
- Marcadores moleculares Codominantes: possibilitam diferenciar indivíduos homozigotos e heterozigotos, diferentemente dos marcadores dominantes.
Utilizações
Os marcadores de DNA são essenciais nas práticas de melhoramento genético de plantas. Essa tecnologia permite o estudo da diversidade genética dentro dos bancos de germoplasma, o que possibilita ao melhorista identificar acessos duplicados e avaliar o sistema de coleta e manutenção por meio da identificação de regiões geográficas de maior diversidade. Além disso, os marcadores de DNA auxiliam na escolha dos genitores, fornecendo informações genéticas mais detalhadas dos genótipos a serem cruzados. Com essa ferramenta, aumentam as chances de sucesso nos programas de melhoramento.
Os marcadores de DNA apresentam uma série de vantagens em relação à caracterização de variedades, híbridos ou linhagens para a proteção de cultivares. Tradicionalmente, a proteção de cultivares baseia-se em descritores morfológicos, mas à medida que o número de variedades aumenta no mercado e a base genética das espécies agronomicamente importantes se torna mais estreita, os caracteres morfológicos deixam de permitir a discriminação entre as variedades. Nesse sentido, o uso de marcadores de DNA permite a identificação de um padrão único desses marcadores (fingerprinting) para cada variedade, o que auxilia no registro e na proteção de novas variedades.
Além disso, a caracterização molecular tem sido útil na avaliação da pureza genética de cultivares e sementes, o que nem sempre é possível por meio das características morfológicas..
Os marcadores têm sido essenciais para ajudar a criar mapas genéticos de ligação e fornecer informações fundamentais para pesquisas avançadas. Eles permitem o mapeamento de genes de interesse associados a características qualitativas e quantitativas, bem como a realização de estudos comparativos de sintenia genômica.
Uma das aplicações mais valiosas dos marcadores é a técnica de Seleção Assistida por Marcadores (SAM), que utiliza dados fenotípicos e moleculares para identificar a presença ou ausência de um fenótipo desejado por meio da análise da sequência ou padrão de bandas de marcadores moleculares localizados em um gene ou nas proximidades deste. Esse método tem sido fundamental para melhorar as plantas, permitindo que os melhoristas realizem intogressões de genes através de programas de retrocruzamento, combinem genes de interesse em uma única variedade e selecionem características desejáveis.
É importante destacar que os marcadores possuem diversas outras aplicações, incluindo o estudo de filogenias, pedigree, diagnóstico de doenças, previsão de híbridos simples, mapeamento comparativo, clonagem de genes com base em mapas, entre outras.
Referências bibliográficas
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AGUIAR, Marcelo Sfeir de. Marcadores moleculares como ferramenta no melhoramento genético de plantas. I Ciclo de palestras sobre uso de marcadores moleculares na agropecuária. EMBRAPA, 2012.
Toppa, E. V. B.; Jadoski, C. J. O Uso dos Marcadores moleculares no melhoramento genético de plantas. Scientia Agraria Paranaensis, v. 12, n. 1, p. 1–5, 2013.
