Baixe Efeitos de mutágens químico e físico em aveia: ciclo vegetativo e outras Notas de aula em PDF para Genética, somente na Docsity!
46 Coimbra et al.
Ciência Rural, v.35, n.1, jan-fev, 2005.
Ciência Rural, Santa Maria, v.35, n.1, p.46-55, jan-fev, 2005
ISSN 0103-
Comparação entre mutagênicos químico e físico em populações de aveia
Jefferson Luís Meirelles Coimbra^1 Fernando Irajá Félix de Carvalho^2 Antônio Costa de Oliveira^2
José Antônio Gonzalez da Silva^3 Claudir Lorencetti^4
Comparison between chemical and physical mutagen in oat populations
RESUMO
Comparou-se a campo a variabilidade genética em populações de aveia hexaplóide tratadas com agentes mutagênicos físico e químico, através do caráter ciclo vegetativo de plantas. Foram realizados experimentos em duas safras agrícolas em Pelotas, RS, em 1997/98 e 1998/99. As sementes foram irradiadas no Centro Regional de Oncologia da Faculdade de Medicina da UFPel, com uma taxa de dose de 0,25G y^ min -1^. As doses totais absorvidas para o mutagênico físico foram 100, 200 e 400G y e, para o mutagênico químico 0,5, 1,5 e 3,0% por tratamento de 1200 sementes aproximadamente, em cada genótipo fixo de aveia avaliado. Foi obtida diferença na eficiência entre os agentes mutagênicos testados. O agente mutagênico físico foi sempre superior em relação ao agente mutagênico químico, independente da geração segregante avaliada, proporcionando assim um incremento maior no número de classes fenotípicas, tanto para redução quanto para o aumento do número de dias entre a emergência e o florescimento. Os genótipos mostraram sensibilidade diferenciada em relação à dose dos agentes mutagênicos avaliados, indicando que a eficiência dos tratamentos em alterar a variabilidade genética para precocidade e aumento do ciclo vegetativo foi variável. De modo geral, os dados indicaram decréscimo do caráter ciclo vegetativo com o acréscimo da dose dos agentes mutagênicos testados. O estudo das populações UPF-16 nas doses 100 e 200 gray submetidas ao tratamento com o agente mutagênico físico apontaram o maior grau de divergência genética e de dominância para o caráter ciclo vegetativo de plantas.
Palavras-chave : Avena sativa L., 60 Co, EMS, ciclo vegetativo, variabilidade genética.
ABSTRACT
H e x a p l o i d o a t g e n e t i c v a r i a b i l i t y w a s c o m p a r e d in p o p u l a t i o n s t r e a t e d w i t h p h y s i c a l a n d c h e m i c a l m u t a g e n s b y m a k i n g a f i e l d e v a l u a t i o n o f vegetative cycle. Experiments were carried out in two agricultural years in Pelotas, RS (1997/98 and 1998/ 9 9 ). S e e d s w e r e i r r a d i a t e d a t t h e U F P e l O n c o l o g y C e n t e r, w i t h a d o s e r a t e o f 0. 2 5 G y m i n - 1^. T h e t o t a l a b s o r b e d d o s e s f o r t h e p h y s i c a l m u t a g e n w e r e 1 0 0 , 2 0 0 a n d 4 0 0 G y a n d , f o r t h e c h e m i c a l m u t a g e n 0. 5 , 1.5 and 3.0% per treatment of 1,200 seeds, in each e v a l u a t e d g e n o t y p e. A d i f f e r e n c e i n e f f i c i e n c y b e t w e e n m u t a g e n s w a s d e t e c t e d. T h e p h y s i c a l m u t a g e n w a s a l w a y s s u p e r i o r t o t h e c h e m i c a l m u t a g e n , r e g a r d l e s s t h e g e n e r a t i o n e v a l u a t e d , p r o v i d i n g a h i g h e r i n c r e a s e i n t h e n u m b e r o f phenotypic classes, either leading to a reduction or i n c r e a s e i n t h e n u m b e r o f d a y s b e t w e e n e m e r g e n c e a n d f l o w e r i n g. T h e g e n o t y p e s s h o w e d a d i f f e r e n t i a l sensitivity to the doses of tested mutagens, indicating a range of treatment efficiency in altering the genetic variability either for early or late vegetative cycle. In general, the results pointed to a decrease in the c h a r a c t e r v e g e t a t i v e c y c l e w h e n a n i n c r e a s e i n t h e mutagen dose was applied. The study of populations U P F 1 6 o n t h e d o s e s 1 0 0 a n d 2 0 0 G y^ s u b j e c t e d t o t r e a t m e n t w i t h t h e p h y s i c a l m u t a g e n p o i n t e d t o a h i g h e r d e g r e e o f g e n e t i c d i v e r g e n c e a n d d o m i n a n c e for the character vegetative cycle.
Key words : Avena sativa L., 60 Co, EMS, vegetative cycle, genetic variability.
(^1) Engenheiro Agrônomo, Doutorando do Curso de Fitomelhoramento, Universidade Federal de Pelotas (UFPel), Rua Marechal Deodoro, 713/305, Centro, 96020-220, Pelotas, RS. E-mail coimbrajefferson@pop.com.br. Autor para correspondência. (^2) Engenheiro Agrônomo, PhD, Professor, UFPel. (^3) Engenheiro Agrônomo, Doutorando do curso de Fitomelhoramento, UFPel. (^4) Engenheiro Agrônomo, Doutor em Fitomelhoramento.
Recebido para publicação 17.12.03 Aprovado em 18.08.
Comparação entre mutagênicos químico e físico em populações de aveia. 47
INTRODUÇÃO
O atual germoplasma da aveia utilizado no
Sul do Brasil, oriundo principalmente dos Estados
Unidos, é caracterizado pela reduzida variabilidade
genética (CARVALHO & FEDERIZZI, 1989). Uma base
genética estreita reduz, principalmente, a eficiência no
processo de seleção e o ajuste de uma nova
constituição genética a ambientes distintos. A
utilização de agentes mutagênicos físicos e químicos
pode ser de fundamental importância para criação e
incorporação de novos genes de interesse agronômico,
podendo resultar em genótipos mais estáveis e mais
adaptados às condições edafoclimáticas do Sul do
Brasil. A taxa de mutação espontânea é muito baixa; a
mutação induzida tem sido mais utilizada para elevar
as freqüências de mutações e variações que podem
ser induzidas tanto por tratamento com mutagênicos
químicos como substâncias alquilantes quanto físicos
como radiações ionizantes (PREDIERI, 2001).
Várias são as diferenças herdáveis que
surgem repentinamente nos organismos vivos. Essas
diferenças são chamadas mutações, desempenhando
importante papel na evolução de qualquer espécie
vegetal, pois o seu aparecimento e sua detecção
refletem na determinação de novos caracteres
agronômicos ficando sujeitos à seleção natural e/ou
artificial (GRANER, 1959). A ocorrência de mutação
pode ser espontânea ou provocada experimentalmente.
As mutações espontâneas são, porém, bastante raras
e o seu reconhecimento é feito, em geral, ao acaso,
principalmente através das gerações segregantes
(GAUL, 1964). Ainda de acordo com este autor, essa
taxa de mutação espontânea pode ser bastante baixa
em relação a um determinado gene. Porém,
considerando, simultaneamente, o conjunto de genes
que controlam o caráter e o tamanho do genoma, a
taxa de mutação pode atingir valores bastante
relevantes. O uso direto de mutações é um processo
valioso, especialmente quando o melhoramento de uma
ou duas características facilmente identificáveis é
desejado numa variedade bem adaptada. As mutações
benéficas podem estar acompanhadas de efeitos
colaterais desfavoráveis causados por ligações
próximas e tais características ou efeitos pleiotrópicos
que não podem ser corrigidos. Esta desvantagem pode
ser minimizada com a indução de mutação num grande
número de indivíduos independentes para o tipo
desejável e a seleção daqueles com menores níveis de
caracteres indesejáveis (PRZYBYLA, 1994).
A sensibilidade de plantas diplóides e
poliplóides tratadas com agente mutagênico e o índice
de mutação decresce com o aumento do nível de ploidia
das plantas (CHANDHANAMUTTA & FREY 1974).
Este resultado suporta a hipótese de que a duplicação
de genes nos poliplóides reduz a freqüência de
mutação. As alterações na seqüência de bases do ácido
desoxirribonucléico (DNA) ocorrem espontaneamente
e podem ser intensificadas por agentes mutagênicos
físicos e químicos, como, por exemplo, a radiação gama
(Co 60 ) e EMS (NÓBREGA 1998). Sendo assim, esta
técnica possibilita o surgimento de novas combinações
genéticas através de alterações alélicas e/ou
modificações nos cromossomos (SAHASRABUDHE
et al., 1991).
Destarte, o trabalho teve por objetivo
avaliar, comparativamente a eficiência dos agentes
mutagênicos físico versus químico em criar
variabilidade genética para o caráter ciclo vegetativo
de plantas em quatro genótipos fixos de grande
potencial de rendimento de grãos e de alta qualidade
de grãos.
MATERIAL E MÉTODOS
O trabalho foi conduzido em telado e a
campo, durante os anos agrícolas de 1997 e 1998, na
Faculdade de Agronomia Eliseu Maciel (FAEM) e na
Fazenda Experimental da Palma (FEP) pertencentes à
Universidade Federal de Pelotas (UFPel), localizada
no município de Capão do Leão, RS.
Sementes genéticas de quatro genótipos
fixos de aveia hexaplóide, CTC-3, UFRGS-10, UFRGS-
14 e UPF-16 foram tratadas com os agentes
mutagênicos físico (raios gama- 60 Co) e químico
(etilmetanossulfonato-EMS). As sementes foram
irradiadas no Centro Regional de Oncologia da
Faculdade de Medicina da UFPel, com uma taxa de
dose de 0,25 G y min -1. As doses totais absorvidas
para o mutagênico físico foram 100, 200 e 400G y e,
para o mutagênico químico 0,5, 1,5 e 3,0% por
tratamento de 1200 sementes aproximadamente, em
cada genótipo fixo de aveia avaliado. Posteriormente,
todos os genótipos foram submetidos à dose padrão
constituído pela ausência de aplicação do agente
mutagênico nas sementes, a qual serviu de controle
para sensibilidade dos genótipos aos mutagênicos e
as suas respectivas doses estudadas. As sementes
permaneceram 10h30min antes da aplicação do
tratamento em água destilada. Este tempo de pré-
embebimento foi determinado num ensaio preliminar,
submetendo-se todos os genótipos ao embebimento
durante 24 horas e, pesando-se as sementes de hora
em hora até a estabilização do peso, com o intuito de
padronizar o conteúdo de água nas sementes, até
que fosse atingido o ponto de saturação (COIMBRA
Comparação entre mutagênicos químico e físico em populações de aveia. 49
com o mutagênico físico. O efeito comparativo dos
agentes mutagênicos, nas diferentes doses, na geração
M 3 está inserido na parte inferior da tabela 1. A maior
alteração no caráter ciclo vegetativo de planta surgiu
nas populações tratadas com a dose mais elevada,
independentemente do agente mutagênico avaliado, a
qual apontou diferença significativa entre as variâncias
de todas as populações estudadas. Para a estimativa
da variância, não foi verificada nenhuma modificação
significativa para a população UFRGS-14 nas doses 1 e
2, entre os mutagênicos avaliados e comparados quanto
à eficiência em alterar a magnitude da variabilidade
genética. De modo geral, os valores estimados dos
parâmetros de skewness e de curtose foram menores
do que na geração M 2 , independente do agente
mutagênico avaliado.
A análise de variância para os teste de
significância dos componentes linear e quadrático da
variância atribuível à dose dos agentes mutagênicos,
avaliados para cada genótipo, nas gerações M 2 (lado
esquerdo) e M 3 (lado direito) foi significativo (P<0,01),
indicando a necessidade de ajustar curvas distintas
para as diferentes doses de cada agente mutagênico
testado. Os resultados da análise de variância da
regressão para a variável dependente ciclo vegetativo
de plantas (dias) são eminentemente do tipo quadrática
para o agente mutagênico físico e químico,
independentemente da constituição genética e da
geração segregante avaliada, excetuando a população
CTC-3. Esse fato demonstra que o caráter ciclo
vegetativo aumenta (quando a função tem um ponto
de máxima) ou diminui (quando a função tem um ponto
Tabela 1 - Média (μ), variância (σ^2 ), skewness (s) e curtose (k) do número de plantas avaliadas (n) para o caráter ciclo vegetativo de planta (dias) em duas gerações segregantes M 2 e M 3 oriundo de tratamentos com diferentes doses do mutagênico físico raios gama ( 60 Co) e do mutagênico químico Etilmetanossulfonato (EMS) em quatro genótipos de aveia hexaplóide avaliados. Pelotas, RS, 2003.
Raios Gama – 60 Co 1 EMS^2 Populações Doses n (^) μ σ^2 s k n (^) μ σ^2 s k
Geração M 2 CTC3 1 130 106 *^ 6,52 2,80 14,03 207 105 3,24 *^ -1,18 2, UFRGS 10 1 95 107 3,38 0,86 3,24 198 107
2,
-0,64 0, UFRGS 14 1 281 103 *^ 11,85 *^ 1,72 16,06 176 108 *^ 3,46 *^ -0,50 0, UPF 16 1 265 105 7,73 *^ 3,09 34,29 236 103 *^ 4,91 *^ 0,97 2, CTC3 2 154 104 *^ 5,22 *^ -1,28 2,55 204 105 3,09 *^ -0,07 4, UFRGS 10 2 189 107 *^ 2,34 -1,10 0,46 256 108 *^ 2,40 *^ 0,01 1, UFRGS 14 2 326 105 5,14 *^ -0,99 1,08 255 107 *^ 3,46 *^ -0,75 0, UPF 16 2 309 103 9,92 1,59 18,44 212 108 8,62 0,07 0, CTC3 3 130 106 6,
-2,66 7,46 270 109
18,
2,31 6, UFRGS 10 3 131 109 6,67 *^ 0,62 4,29 186 108 4,47 -0,31 -1, UFRGS 14 3 82 106 4,72 *^ -0,44 -0,70 261 106 *^ 9,94 *^ 1,41 1, UPF 16 3 122 104 4,77 -3,84 26,21 215 103 *^ 6,01 *^ 0,31 0, Geração M 3 CTC3 1 276 105
7,
-0,82 -0,05 78 109
6,76 -0,29 -1, UFRGS 10 1 103 109 22,
1,50 0,99 129 111
2,
-1,26 0, UFRGS 14 1 283 105 *^ 5,26 -0,59 -0,45 130 108 *^ 6,53 0,11 -1, UPF 16 1 118 107 *^ 9,40 0,03 -0,73 179 105 *^ 4,78 0,48 -0, CTC3 2 259 106 *^ 21,46 *^ -0,61 2,51 165 109 *^ 5,77 *^ -0,88 0, UFRGS 10 2 259 107 19,41 *^ -2,51 18,38 211 106 *^ 9,14 *^ -0,03 0, UFRGS 14 2 190 107 9,93 0,06 -0,70 83 107 11,11 *^ 0,37 -0, UPF 16 2 62 109
4,
-0,13 0,66 439 104
7,46 0,76 0, CTC3 3 206 105 *^ 23,70 *^ 0,15 1,40 185 109 *^ 7,12 -0,09 -0, UFRGS 10 3 252 107 *^ 3,06 *^ 0,94 1,13 183 106 *^ 6,70 0,33 0, UFRGS 14 3 277 105 17,18 *^ -0,28 -0,73 246 102 *^ 21,59 *^ 0,43 0, UPF 16 3 307 101 41,81 *^ -0,63 0,40 56 101 *^ 19,67 *^ 0,41 -1,
- (^) e * * (^) significativo a 0,05 e 0,01 de probabilidade pelo teste de t para médias, respectivamente. † e †† significativo a 0,05 e 0,01 de probabilidade pelo teste de F para variâncias em relação padrão. (^1) raios gama dose 1 = 100 Gy, dose 2 = 200 Gy e dose 3 = 400 Gy. (^2) EMS dose 1 = 0,5% v/v, dose 2 = 1,5% v/v e dose 3 = 3,0% v/v.
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de mínima) até certo ponto. Do mesmo modo, o agente
mutagênico químico (EMS) apontou significância para
o componente quadrático para todas as populações
avaliadas, exceto para as populações CTC-3 e UPF-
na geração M 3 , em que o componente linear foi
significativo, sugerindo que, dentro do intervalo
estudado, o caráter ciclo vegetativo de plantas diminui
linearmente com o aumento da dose do agente
mutagênico químico na geração M 3.
DISCUSSÃO
Os resultados obtidos neste trabalho
permitem apontar que, em ambos os mutagênicos, tanto
químico quanto o físico, empregado para os quatro
genótipos fixos de aveia hexaplóide avaliados, é
possível a ampliação da variância genética nas
populações avaliadas. Resultados semelhantes foram
encontrados por vários autores que induziram
mutações em variedades cultivadas de aveia ( Avena
sativa L.) (KRULL & FREY, 1960) e arroz ( Oryza sativa
L.) (GUIMARÃES & ANDO, 1980). Estes resultados
indicam que podem ocorrer modificação no caráter ciclo
vegetativo de planta sem alterar substancialmente
outras características agronômicas (TULMANN
NETO & LATADO, 1997).
Existem dois tipos de mutações, espontânea
ou induzida, que ocorrem ao nível de fenótipo,
denominadas de macromutação e micromutação
(CHANDHANAMUTTA & FREY 1974). A
macromutação causa uma mudança no fenótipo
suficientemente grande e pode ser detectada
avaliando-se plantas individuais. Por outro lado, a
micromutação pode ser detectada somente pela
observação de um grupo de plantas. Adicionalmente
a mutação pode ser ao nível de cromossomo (rearranjos
de alguns cromossomos ou perda ou ganho no número
de cromossomos) ou gênica (substituição de bases,
inserção e deleção). Em revisão sobre a utilização e
efeitos dos mutagênicos no melhoramento de plantas,
GAUL (1964) considerou que a alteração dos caracteres
avaliados na média das progênies de plantas tratadas
com mutagênicos indicava a ocorrência de
modificações num pequeno número de genes, porém
de grande efeito sobre o genótipo; em contrapartida,
quando a variância da população tratada era superior
à da população não tratada, o autor atribuía este
incremento a modificações num grande número de
genes, porém de pequeno efeito sobre o genótipo,
sendo estes efeitos denominados de macro e
micromutações, respectivamente. As distribuições de
frequências também têm sido utilizadas para
caracterizar a presença de variabilidade e apontar a
amplitude de variação ocorrida com a utilização de
produtos mutagênicos (GAUL, 1964). De modo geral,
os resultados obtidos neste trabalho revelaram que
ambos os métodos empregados podem contribuir de
modo significativo para obtenção de incrementos na
variabilidade. Portanto, este resultado confirma a
capacidade de os agentes mutagênicos em provocar
mudanças nas freqüências genotípicas. Entretanto, é
de fundamental importância a avaliação nas gerações
seguintes ao tratamento mutagênico (M 2 e M 3 ),
objetivando a exclusão de efeitos deletérios
(BOROJEVIC, 1966).
A população CTC-3 na geração M 2 (Tabela 1)
submetida às doses extremas (1 e 3), apontou,
independentemente do agente mutagênico testado uma
alteração efetiva da magnitude da variabilidade para o
caráter ciclo vegetativo de plantas sendo que, na doses
extremas a estimativa do parâmetro skewness (s) foi
positiva e negativa, respectivamente. Este fato mostra
a eficiência destes agentes mutagênicos em alterar a
variabilidade genética deste caráter tanto para o
aumento como para a diminuição do caráter ciclo
vegetativo de plantas pois a estimativa deste parâmetro
(s) fornece uma avaliação da dominância do caráter.
Quanto à curtose, as populações submetidas ao agente
mutagênico físico foram sempre mais divergentes
geneticamente, comparativamente ao mutagênico
químico como, por exemplo, para a população UPF-16,
nas três doses testadas na geração M
2
provenientes
de raios gama que apontou o maior grau de divergência,
independentemente da geração e da constituição
genética avaliadas. As distribuições F
2
são simétricas
(s=0) quando não há dominância do caráter (ALLARD,
1960). Segundo este mesmo autor, a curva devido à
dominância, é marcante quando a herdabilidade é alta
(acima de 90%) ficando, porém quase imperceptível
com valores de herdabilidade abaixo de 25%. Pelas
considerações expostas, é sempre pertinente neste
tipo de trabalho o pesquisador avaliar e interpretar a
direção da variabilidade genética através da associação
das estimativas dos parâmetros de skewness e da
curtose. Por outro lado, para a população UFRGS-
na dose intermediária submetida ao agente mutagênico
químico (EMS) na geração M 2 (Tabela 1), a estimativa
de skewness foi muito próxima de zero (0,01), implicando
a ausência de dominância para este caráter,
significando assim que as caudas da curva são
praticamente simétricas, fato que caracteriza uma
interação alélica do tipo aditiva para esta população.
Desta forma, uma tarefa fundamental em muitas
análises estatísticas é caracterizar a direção e a
magnitude variabilidade de uma série de dados. Sendo
assim, uma análise mais profunda dos dados inclui
52 Coimbra et al.
Figura 1 - Percentagem do número total de indivíduos avaliados para o caráter ciclo vegetativo de plantas em dias para os genótipos CTC-3, UFRGS-10, UFRGS-14 e UPF-16, na geração segregante M 2 submetida aos agentes mutagênicos físico ( 60 Co-Raios gama) e químico (EMS) em três doses distintas. Pelotas, RS, 2003.
Comparação entre mutagênicos químico e físico em populações de aveia. 53
Figura 2 - Percentagem do número total de indivíduos avaliados para o caráter ciclo vegetativo de plantas em dias para os genótipos CTC-3, UFRGS-10, UFRGS-14 e UPF-16, na geração segregante M 3 submetida aos agentes mutagênicos físico (^60 Co-Raios gama) e químico (EMS) em três doses distintas. Pelotas, RS, 2003.
Comparação entre mutagênicos químico e físico em populações de aveia. 55
em aveia, permitindo a identificação de genótipos
superiores para ajuste a ambientes distintos. O
mutagênico físico possui maior eficiência na
modificação do caráter, independente da constituição
genética submetida ao tratamento mutagênico e da
geração, proporcionando assim um incremento maior
no número de classes fenotípicas tanto para redução
quanto para o aumento do número de dias entre a
emergência e o florescimento na mesma dose avaliada.
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