A produtividade em plantações florestais é essencial para atender a futura demanda mundial por madeira, e produtos derivados dela, de uma forma sustentável e que preserve o ambiente e a biodiversidade. Sabemos muito bem que o reflorestamento beneficiou enormemente o desenvolvimento e execução de práticas silviculturais e manejo florestal no século passado e mais recentemente, uma segunda onda de melhorias foi causada pela introdução de novos germplasmas, desenvolvidos através de esforços genéticos para a produção de espécies arbóreas de madeira de lei e de coníferas.
Os ganhos genéticos obtidos através da produção de árvores permitiram a emergência de novas metodologias biotecnológicas, que expandiram os campos do desenvolvimento da biologia de plantas: a transformação genética e a descoberta de genes associados à características multigênicas complexas adicionaram uma nova dimensão aos programas de melhoria de árvores florestais.
Assim, progresso significativo foi obtido durante os últimos anos na área da regeneração de plantas com uso de organogênese e embriogênese somáticas para espécies economicamente importantes.
Num futuro próximo, as árvores que fornecerão a maior parte da madeira, o combustível, o papel e outros produtos derivados da madeira para o mercado serão provenientes de plantações arbóreas altamente produtivas e manejadas. Segundo a FAO, dentre as espécies arbóreas utilizadas em plantações florestais as coníferas Pinus spp., Picea spp. e Pseudotsuga spp. compõem cerca 60% das áreas para produção de madeira e polpa em todo o mundo, enquanto Eucalyptus spp. e Populus spp., perfazem o restante.
No noroeste dos EUA e Canadá as plantações mais comuns apresentam espécies de Pinus (pinho), Picea (abeto) e Pseudotsuga – nas plantações americanas destaca-se Pinus Taeda em termos de número de sementes produzidas.
O pinus radiata é extensivamente plantado no Chile, Nova Zelândia, e Austrália. As coníferas de longa rotatividade, tais como Picea abies (abeto-da-noruega) e Pinus sylvestris (pinho-da-escócia) são mais plantadas em regiões temperadas da Ásia, Europa e América do Norte.
Tudo nestas espécies economicamente importantes de coníferas foi alvo de pesquisas de modificações genéticas e regeneração de plantas. Embriogênese somática de Coníferas Plantações de pinho foram primeiramente estabelecidas a partir do uso de sementes obtidas de árvores selvagens ou cultivadas de sementes polinização aberta. Embora hoje algumas sementes sejam obtidas através da polinização controlada em pais selecionados, ainda há uma grande variabilidade no desempenho de cada indivíduo dentro de uma plantação de árvores.
O plantio de árvores superiores envolve detalhes que dizem respeito ao rendimento, forma e tolerância à patógenos a fim de que se obtenham os ganhos de produtividade desejados. A propagação assexuada de genótipos selecionados de elite em coníferas envolveu grande esforço da comunidade em reflorestamento para auxílio no desenvolvimento de plantações melhoradas geneticamente em larga escala.
Embrionagem Somática
As tecnologias da propagação focaram a micropropagação de culturas de brotos, micro ou macrocortes de raiz e em embriogênese somática (ES). Entretanto, as árvores para madeira provaram ser mais amenas para micropropagação e técnicas de cortes de raiz, enquanto que a propagação por cortes de raiz não foi eficiente para a maioria das coníferas em larga-escala. Para estas espécies a ES que se confirmou como uma tecnologia promissora para entregas de grande volume e produção a um custo efetivo de variedades elite geneticamente selecionadas. A ES em coníferas foi pesquisada, desenvolvida e melhorada significativamente nos últimos 20 anos.
A literatura recente concentra-se em larga escala da ES em coníferas e potencial da aplicação clonal em reflorestamento, além de comprovarem melhorias no desenvolvimento e maturação de embriões somáticos de coníferas, incluindo qualidade do embrião. Além destas revisões, avanços significativos têm sido feito para a aplicação comercial de ES em coníferas.
A ES de coníferas é um processo multi-etapas, sendo que o sucesso de cada etapa depende do sucesso das etapas precedentes. As principais etapas do processo: iniciação, proliferação embriogênica do tecido, maturação somática do embrião (morfológica e fisiológica), colheita do embrião e armazenamento, e conversão do embrião em plantações.
A vantagem central da ES em coníferas sobre métodos de micro e macropropagação está no fato de que as culturas embriogenéticas podem ser criopreservadas e armazenadas enquanto testes de campo são conduzidos para identificação dos genótipos que apresentam ganho genético significativo. Esta vantagem alivia os efeitos negativos dependentes da idade na propagação associados a cortes vegetativos em algumas espécies de coníferas.
Culturas embriogênicas fornecem também a vantagem de serem responsivas aos métodos de transformação existentes para adição de genes de valor agragado. Aqui revisamos os avanços feitos na ES de coníferas focando informações relevantes para larga escala comercial. Um exame das patentes em ES de coníferas é apresentado, evidenciando como avanços técnicos descritos em aplicações de patente divergem das publicações científicas. Iniciação da ES em coníferas. Fatores críticos para a iniciação de ES em coníferas são o tipo explante e o estágio de desenvolvimento do tecido do explante em particular.
Adicionalmente, o genótipo desempenha um papel importante, mostrando que a ES está sob forte controle genético. As espécies de coníferas são consideradas, em geral, mais recalcitrantes que angiospermas para ES de explantes de tecidos vegetativos (obtidos de árvores maduras). Mas recentemente, algum progresso tem sido noticiado em clonagem através de ES de tecidos maduros para estas árvores.
É importante um tratamento frio em explantes de tecidos maduros de coníferas para iniciação de estruturas semelhantes a embriões em Lariço. O tratamento a frio do tecido vegetativo de gemas de árvores maduras também mostrou ser importante para a iniciação bem sucedida de ES em Pinus patula e Pinus kesiya. Um tratamento a frio de secções ou culturas do dome apical também mostraram induzir mais o desenvolvimento de embriões somáticos de pinho em estágio inicial.
Comparado com os pinhos, muito mais progresso foi feito com abetos em iniciação por ES em árvores maduras. A fidelidade genética das plantas que regeneraram via ES de explantes de árvores maduras é frequentemente questionada. Pesquisadores examinaram a estabilidade genética de abetos-da-noruega regenerados de árvores maduras por tempo prolongado (até três anos). Usando marcadores de DNA de microssatélite, encontraram diferença alélica em seis loci entre abetos-da-noruega de três anos regenerados por ES e árvores controle de seis anos.
Esta evidência molecular, embora limitada, é consistente com o true-to-type cloning; além disso, estava de acordo com uma falta de diferenças fenológicas entre as árvores da fonte e as árvores secundárias de 3 anos derivadas delas. Ruptura e nivelamento do gema, altura do broto e diâmetro apresentaram-se na mesma escala dos controles.
O tratamento a frio do tecido vegetativo de gemas de árvores maduras também mostrou ser importante para a iniciação bem sucedida de ES em Pinus patula e Pinus kesiya. Um tratamento a frio de secções ou culturas do dome apical também mostraram induzir mais o desenvolvimento de embriões somáticos de pinho em estágio inicial. Comparado com os pinhos, muito mais progresso foi feito com abetos em iniciação por ES em árvores maduras. A fidelidade genética das plantas que regeneraram via ES de explantes de árvores maduras é frequentemente questionada.
Produção de embriões
Embora melhorias tenham sido obtidas nos estágios de iniciação e proliferação do tecido embriogênico em coníferas, a maturação morfológica e fisiológica alcançada por embriões somáticos não é ótima para tornar a germinação eficiente e pesquisas para melhora destas etapas ainda são necessárias. Por definição, um embrião somático de qualidade é aquele que se converte em uma planta normal – e supõe-se que um embrião possa adquirir esta qualidade durante a etapa de maturação. Estudos recentes sugerem que os pró-embriões no estágio de proliferação e na aquisição da tolerância à dessecação desempenham um papel importante na qualidade do embrião.
Cada massa de pró-embrião (MPE) passa por uma série de estágios de três características (I, II, III) ao transdiferenciar-se em um embrião somático. O desenvolvimento do embrião é provocado pelo prendimento do tecido de proliferação devido à remoção de reguladores de crescimento vegetal, como 2,4-D e o benzilalanina (BA) do meio e continua com a disponibilidade de ácido abscísico (ABA) no meio de maturação. A remoção dos reguladores é um interruptor chave ao desenvolvimento para a transição do embrião MPE-tosomático, e a manipulação cuidadosa dos reguladores priorizando a aplicação de ABA pode ser crítica para a produção do embrião e aumento de sua qualidade.
É, então, crítico manter um ambiente no meio de proliferação que permita o crescimento de números máximos de MPEs estágio III. Além disso, duas ondas da morte programada das células ocorrem durante a formação e desenvolvimento de embriões somáticos em abetos-da-nouruega. A primeira onda é responsável pela a degradação de MPEs quando originam embriões somáticos e a segunda onda células terminais diferenciadas do embryo-suspensor precocemente na embriogênese.
Durante a fase de maturação, otimização dos níveis de ABA e tratamentos de secagem mostraram influenciar a qualidade do embrião somático. A presença de etileno adicional no ambiente de maturação pode afetar negativamente o número e a qualidade de embriões somáticos, e de aplicação de inibidores de etileno no meio tem efeito oposto, mostrado em abetos brancos. Este aumento de empenho para resolver questões relacionadas à produção do embrião e qualidade, reflete uma compreensão que comete melhorias significativas nestas áreas, não apenas aumentando a eficiência, mas também diminuindo os custos da produção plantações florestais.
As coníferas contêm genomas muito maiores que aqueles de espécies modelos e com grande proporção do genoma constituído por DNA repetitivo, assim a obtenção de seqüenciamento total do genoma está fora do reino da praticidade. Assim, projetos de seqüenciamento de DNA têm sido os mais utilizados para caracterização gênica. Os gêneros Pinus e Picea são os mais estudados, e em particular: P. taeda, que é uma fonte de alto valor de madeira no sul dos EUA; abetos brancos (P. glauca), no norte dos EUA e Canadá.
Duas tecnologias foram desenvolvidas para enriquecimento de genes fora do genoma preenchido por seqüências repetitivas não transcritas. A filtração por metil, que usa um sistema bacteriano de restrição para seleção contra seqüências metiladas (geralmente elementos repetitivos) durante a clonagem antes do sequenciamento; e a seleção por High-C0t toma a vantagem da cinética do anelamento de seqüências complementares de DNA para selecionar contra seqüências repetitivas. Os programas genômocos em Populus, Pinus e Picea geraram uma riqueza de genes candidatos apropriados para a genética da associação.
Autora: Luciana Di Ciero – Engenheira Agrônoma / Esalq/ USP
