O Speed Breeding é uma metodologia que permite que o programa de melhoramento de plantas seja reduzido em tempo. Isso permite uma redução no investimento necessário até a obtenção de um novo cultivar. A metodologia de Speed Breeding também, adianta observações que previnem o custo com produtos diferentes dos desejados.
Saiba tudo sobre esta metodologia e veja como a técnica pode ajudar você a obter mais resultado em seu trabalho.
Situando o Speed Breeding
O aumento populacional e o cenário atual de mudanças climáticas tem desafiado pesquisadores ao redor do mundo. Afinal, como otimizar a obtenção de cultivares de alta produtividade, em associação com maior rendimento, maior nutrição e maior resistência a pragas e doenças? E mais, como fazer com que essa produção ocorra com sustentabilidade ambiental e economia financeira?
Neste sentido, o melhoramento de plantas desempenha um papel importante. Porém, na maioria das vezes, o desenvolvimento de novas culturas leva muito tempo. Isso acontece porque, é necessário testar variedades em ensaios durante vários anos e em diferentes locais. Tudo isto para selecionar genótipos superiores com alto desempenho agronômico, buscando precisão e estabilidade.
Para diminuir o tempo dispendido em programas tradicionais de melhoramento, algumas técnicas são interessantes e apresentam bons resultados. O Speed breeding é uma delas. Saiba mais a seguir.
Fundamentos do Speed Breeding
“Speed Breeding”, em tradução livre: o melhoramento rápido, é um mecanismo com o objetivo de reduzir o ciclo de melhoramento e acelerar a pesquisa de culturas, por meio do rápido avanço da geração.
#Curiosidade: A técnica de Speed Breeding foi desenvolvida originalmente pela NASA nos anos 80 com o objetivo de desenvolver o cultivo de plantas no espaço. Cientistas do John Innes Centre, Earlham Institute, Quadram Institute e University of Queensland adaptaram a técnica para a utilização em estufas e em câmaras de crescimento. A pesquisa foi publicada na revista Nature Plants e posteriormente foram disponibilizados protocolos para várias culturas na Nature Protocols.
Speed Breeding abre portas para possibilidades surpreendentes
O Speed Breeding consiste basicamente em utilizar de condições artificiais e controladas de luz e temperatura para aumentar o desenvolvimento das plantas. Com este controle, os ciclos são acelerados, tornando possível a redução dos intervalos entre as gerações. Além disso, reduz-se o caminho entre o cruzamento e a seleção de uma progênie a ser usada em um programa de melhoramento.
O segredo do Speed Breeding
Em vez de usar um fotoperíodo padrão, os pesquisadores aumentam a duração do dia para 22 horas e reduzem o tempo que a planta fica no escuro para 2 horas.
Lee Hickey, um dos cientistas da University of Queensland, em parceria com a Dow AgroSciences , desenvolveu a primeira variedade de trigo de alta proteína e tolerância à germinação pré-colheita. Essa cultivar foi desenvolvida utilizando-se metodologias do Speed Breeding. A variedade recebeu o nome de ‘DS Faraday’, e foi lançada no mercado em 2018.
A simples a integração de técnicas do Speed Breeding e método SSD (Single Seed Descent ou descendência de uma única semente) pode potencializar a aceleração de geração de linhagens para programas de melhoramento de plantas.
Protocolos do Speed Breeding
Não há um protocolo universal de Speed Breeding que possa ser utilizado para todas as culturas. Isso acontece devido a grande diversidade quanto ao fotoperíodo.
No entanto, a técnica pode ser usada para uma grande variedade de culturas como trigo, cevada, grão de bico, canola, ervilha, soja. Além disso, adaptações já estão sendo estudadas, para o melhoramento de culturas como o feijão bóer, painço, sorgo e amendoim.
Os pesquisadores responsáveis pela técnica afirmam ainda que o desenvolvimento sob o melhoramento rápido, embora acelerado, não altera a qualidade das sementes, que permanecem completamente viáveis.
Os Desafios do Speed Breeding
Um dos principais desafios do Speed Breeding é o controle das condições necessárias para o cultivo, como fotoperíodo, temperatura, umidade e infestações por doenças ou pragas. Porém, com um ambiente que inclua extensão no fotoperíodo, certo cuidado no controle de temperatura e instalações, e treinamento de pessoal, isso pode ser facilmente contornado.
Outro ponto relevante a ser discutido é o custo dessa tecnologia. A criação em alta velocidade pode ser cara, porém, de acordo com os pesquisadores responsáveis pela técnica, as luzes LED reduzem significativamente os custos, além de ser possível usar energia solar e os painéis solares para suplementar eletricidade. O custo de construção dos ambientes também pode ser reduzido usando contêineres.
Apesar dos desafios, os pesquisadores apontam que o Speed Breeding é um investimento viável, pois o sistema permite a comercialização de novas variedades melhoradas em um espaço de tempo muito menor, permitindo recuperar qualquer custo adicional.
O Speed Breeding é suficiente para uma garantia de resultados de aceleração?
“Uma tecnologia sozinha não vai resolver nossos problemas. Vamos precisar de todas as ferramentas”. Declara Hickey, um dos pesquisadores responsáveis pela técnica, ao New York Times.
O impacto e maior eficiência do Spreed Breeding ocorre quando combinado com outras técnicas modernas, além, claro, disso ajudar a enfrentar a questão do custo da tecnologia.
Pode ser combinado com a engenharia genética, seleção genômica, tecnologia do duplo haploide, tecnologia CRISPR e ao uso de marcadores moleculares. Também, aliado a uma boa fenotipagem e genotipagem de qualidade.
O fato de o Speed Breeding já reduzir substancialmente os intervalos de geração, permite que os pesquisadores invistam mais intensivamente nas variações genéticas e em uma rápida descoberta de genes.
Imagine encontrar marcadores para genes de interesse agronômico e validar isso em população de maneira muito rápida? Com o auxílio dessas duas técnicas é possível maior sucesso na seleção de genitores superiores e combinação para populações superiores.
O ganho genético também pode ser aumentado aplicando a seleção genômica, que utiliza de marcadores em todo o genoma para prever o mérito genético de indivíduos para determinadas caraterísticas. Pode ser utilizada a cada geração para selecionar os genitores para a próxima geração ou selecionando apenas alguns candidatos durante os ciclos realizados.
Progressos também nas áreas de nutrição e resistência a pragas.
Riaz, em 2017, utilizou técnicas do Speed Breeding aliado a marcadores ligados a genes conhecidos e encontrou linhas de trigo que fornecem fontes importantes quando à resistência à ferrugem das folhas para pesquisas futuras.
Fonte: Hickey, 2019.
Então, por que investir no Speed Breeding aliado a técnicas moleculares modernas?
O Speed Breeding tem grande importância para atender as demandas do crescimento populacional nas próximas décadas e ainda em um contexto de condições ambientais, uma vez que oferece uma alternativa para minimizar os efeitos das perdas da seca e das mudanças climáticas nas culturas no futuro.
Integrado a outras técnicas moleculares e modernas representa menor tempo e maior eficiência em programas de melhoramento. A previsão dos cientistas é que essa tecnologia estará presente em todos os institutos de pesquisa e aplicação, nos próximos anos.
Novas possibilidades se mostram disponíveis para o mercado de melhoramento e o Speed Breeding é um grande salto. Imagine vários centros de pesquisa e programas de melhoramento produzindo, acelerando ciclos e gerando produtos em pouco tempo? Imagine quantas técnicas moleculares podem ser aliadas a isso? Nenhum pesquisador quer ficar para trás nessa caminhada.
Fontes de pesquisa
Ghosh, S. et al. Speed breeding in growth chambers and glasshouses for crop breeding and model plant research. Nature Protocols.(2018). https://doi.org/10.1038/s41596-018-0072-z.
Watson, A. et al. Speed breeding is a powerful tool to accelerate crop research and breeding. Nature. Plants. (2018). https://doi.org/10.1038/s41477-017-0083-8.
Hickey, L. T. et al. Breeding crops to feed 10 billion. Nature biotechnology. (2019). https://doi.org/10.1038/s41587-019-0152-9.
Riaz, A. et al. Mining Vavilov’s treasure chest of wheat diversity for adult plant resistance to Puccinia triticina. Plant Disease. (2017). https://doi.org/10.1094/PDIS-05-16-0614-RE.
