Melhoramento Genético

do Cacaueiro Perspectivas para os

Próximos 20 Anos

Um bom caminho

Uilson Lopes, PhD

Ceplac/Cepec/Segen

Plano

• Cenário para os Anos 2030

• Tecnologias Disponíveis

• Desafios do Melhoramento

Cenário 2032

(As Profecias Completas

de Nostradamus)

Profecia 1 Custo de Produção Aumentará

Mão-de-Obra vs. Custo de Produção (Ceplac, 2011)

Profecia 1 Custo de Produção Aumentará

Salário Mínimo no Brasil (Dieese, 2011)

Corrigidos para 2011

Profecia 2 Chuvas tornar-se-ão Irregulares/Reduzidas

Precipitação Anual, Uruçuca-BA

Fonte: Seção de Climatologia, Ceplac

Desafios:

• Variedades Estáveis

• Tolerância à seca

Profecia 3 Doenças continuarão seus Impactos

Vassoura-de-Bruxa

• Evolução do Fungo

• Introdução de outras doenças

Monilíase

Bahia ?

Peru 1988

Colombia 1930

Venezuela 1941

Ecuador

1914

Panama, 1949

Costa Rica, 1978

Nicaragua, 1980

Honduras, 1997

México, 2005 Epidemias

Monilíase (Moniliophthora roreri)

West Africa Indonesia

(15%)

67%

7 bilhões de esporos/fruto

Profecia 5 A Floresta continuará sendo sua Casa

Desafios

• Produtividade

• Resistência a doenças

• Bom Estabelecimento

• Tolerância à sombra

Cacau

Árvore de Sombra

Profecia 5 A Floresta continuará sendo sua Casa

Profecia 4 O Cacau Buscará Novas Fronteiras

Faz. Chapadão

Profecia 4 O Cacau Buscará Novas Fronteiras

Desafios

• Variedades responsivas

• Tolerância a seca

• Autocompatíveis + Fácil polinização

Profecia 6 Mecanização será Requerida

Quebra de Cacau

Faz Lembrance

Desafios

• Frutos Uniformes

• Arquitetura adequada

• Produção no tronco

Profecia 7 Brasileiros e o Mundo Consumirão mais Chocolate

Moagens - Mundo

Fonte: ICCO

Profecia 7 Brasileiros e o Mundo Consumirão mais Chocolate

Consumo - Brasil

Fonte: ICCO

Profecia 8 Preços de Cacau Subirão (?)

Fonte: ICCO

Profecia 9 Consumidores Estarão mais Exigentes

Qualidade

• Sabor

• Conteúdo de Cacau

• ICCO(2008): Chocolates de alto teor de cacau (Dark Chocolate)

• 2001-2005: 33% dos novos chocolates colocados no mercado

• 2007: 5-10% dos chocolates comercializados

Sem resíduos

• Defensivos agrícolas, Fumaça

• Metais pesados (porta-enxertos)

The second aspect, and occurring mainly in the US and European markets, is the trend for increased consumption of premium quality chocolate (high-cocoa content, single-origin, organic, fair-trade) (ICCO, 2008). The increasing demand for healthier (functional) foods has led to an increase in the demand for chocolates with higher cocoa content and flavanoids content. This has happened mainly after a series of studies showing that some flavanoids found in cocoa beans have an antioxidant protection, preventing cardiovascular diseases (reviewed by Steinberg et al., 2003). For example, using data from Datamonitor and ACNielsen, the ICCO (2008) showed, from 2001 to 2005, an increase in 9% of dark chocolate sales per year and that 33% of all new chocolate candies launched in the world in 2006 were dark chocolate. In 2007, dark chocolate represented 5-10% of the total world market for chocolate tablets (dark, plain milk, plain white and filled) (ICCO, 2008).

The increased demand for high-content, dark chocolates will present some challenges to post-harvest processes, particularly on fermentation. Because dark chocolate has more cocoa content than the regular chocolate, the flavour originating from the beans becomes more apparent and needs more careful management to avoid faulty flavour traits. When producing beans to attend the market of chocolate as a functional food, some components that traditionally decrease with fermentation (e.g., flavanoids) have to be preserved. Therefore, some emphasis will be needed to develop fermentation and drying protocols to attend this demand (Efrain, 2004).

The second aspect, and occurring mainly in the US and European markets, is the trend for increased consumption of premium quality chocolate (high-cocoa content, single-origin, organic, fair-trade) (ICCO, 2008). The increasing demand for healthier (functional) foods has led to an increase in the demand for chocolates with higher cocoa content and flavanoids content. This has happened mainly after a series of studies showing that some flavanoids found in cocoa beans have an antioxidant protection, preventing cardiovascular diseases (reviewed by Steinberg et al., 2003). For example, using data from Datamonitor and ACNielsen, the ICCO (2008) showed, from 2001 to 2005, an increase in 9% of dark chocolate sales per year and that 33% of all new chocolate candies launched in the world in 2006 were dark chocolate. In 2007, dark chocolate represented 5-10% of the total world market for chocolate tablets (dark, plain milk, plain white and filled) (ICCO, 2008).

The increased demand for high-content, dark chocolates will present some challenges to post-harvest processes, particularly on fermentation. Because dark chocolate has more cocoa content than the regular chocolate, the flavour originating from the beans becomes more apparent and needs more careful management to avoid faulty flavour traits. When producing beans to attend the market of chocolate as a functional food, some components that traditionally decrease with fermentation (e.g., flavanoids) have to be preserved. Therefore, some emphasis will be needed to develop fermentation and drying protocols to attend this demand (Efrain, 2004).

Tecnologias

e

Melhoramento

(Faminto de Ciência)

Tecnologia 1 Genética Quantitativa

• Herança dos Caracteres

• Correlações

• Valores Genéticos

• Interação com o Ambiente (Anos ou Locais)

Tecnologia 1 Genética Quantitativa

Correlações entre valores acumulados do mesmo caráter em diferentes idades

Monteiro et al. (2012)

• 29 progênies

•1695 plantas

• Avaliações:

• 3º ao 10º ano

• NFC= Número de frutos colhidos/planta

• NVA = Número de vassouras de almofada

• NVV = Número de vassouras vegetativas

Ciclo 0

Ciclo 1

Ciclo 2

Ciclo 0

Ciclo 1

Prod

Prod

Seleção

Precoce Tardia

M0

M0 + G1 + G2

M0 + G1

M0 + G1

Tecnologia 2 Estatística Experimental

Detecção de diferenças reais requer boa técnica experimental

• Manejo do ensaio

• Número de repetições e tamanho de parcelas

• Delineamento experimental adequado

Nelder´s Design

Tecnologia 3 Produção de Híbridos entre Linhagens

X

AaBB

CCN-51

Aabb

Na-33

AaBb AaBb AaBb . . .

Cruzamento

Ab Pólen ab AB aB

AB ab

AABB aabb

x

Haploidização

Diploidização

Híbrido

• Uniforme

• Fácil Propagação

• Nenhum efeito de porta-enxerto

• Ortotrópico

• Heterose

Tecnologia 4 Marcadores Moleculares

Usos:

• Confirmação de cruzamentos (Kuhn et al, Faleiro)

• Mapeamento de Genes (Faleiro, Brown, Clement)

• Mal Identificação de germoplasmas (Saunders,..)

• Diversidade (Marita, JCM)

• Heterozigose

• Seleção Genômica

• 96 SSRs

• 980 clones

• Alta Homozigose (>90%) • 48 Nanay

• 12 FSC

• 10 KER

• 10 CAB

• 5 SIC

• 5 SIAL

Fonte: Aboboreira (2011)

Clone 1 x Clone 2

Hybrid (Plantation)

20 % trees = 80% yield

Tecnologia 4 Marcadores Moleculares - Homozigose

Tecnologia 4 Marcadores Moleculares – Seleção Genômica

Germoplasmas

Fenótipo (500)

+

Marcadores (10 mil)

Progenitores

Progênies 1 (Pop de Calibração)

Modelo de

Predição

Progênies 2 (Pop de Seleção)

Marcadores

+

Modelo

Fenótipo

Prod = a1M1 + a2M2 + ... + a5000M5000

Seleção

Cruzamentos

Características:

• Seleção no estádio de plântula

• Usa pops de programas de melhoramento

• Modelo não específico para UMA progênie

Tecnologia 5 Transgenia

Controle de Insetos

(Holanda/Chaidamsari,2005)

• Identificação de genes alvo (Bt/SN19)

• Identificação de promotores (casca cacau)

• Técnica de regeneração

Controle de Doenças e outros

(EUA/Guiltinan & Maximova)

Tecnologia 5 Transgenia – FasTrack Breeding

• PtFT1- Gene de floração precoce e contínua

• Populus trichocarpa

• Melhoramento de Alta Rapidez

• Transgenia

• Seleção

• Eliminação do transgênico

• Ameixa e outras fruteiras

• 1 vs. 3 anos para florir

• 5 vs. 20 anos (açúcar)

Ralph Scorza (USDA/WV)

Nas terras do sem fim, uma

grande praga surgirá e causará

sérios prejuízos nas plantações

do fruto de ouro. Porém, os

bravos e persistentes homens

daquelas terras não se abaterão

e expulsarão a praga daquelas

terras, usando da tecnologias

disponíveis na época, da sua

eterna capacidade de lutar por

aquilo que lhes foi legado por

gerações passadas. A praga

será curada na região no ano

321

Genômica (Leitura)

Nas terras do sem fim, uma

grande praga surgirá e causará

sérios prejuízos nas plantações

do fruto de ouro. Porém, os

bravos e persistentes homens

daquelas terras não se abaterão.

Formas de convivência com a

praga serão descobertas não mais

tarde que o ano

NNNNNNNNNNNNx x x x x x

x x xx x x x x x x x x x x x x x x

x xx e as terras do sem fim

voltará ao apogeu x x x x x x x x

x x x x x x x x x x x x x x x

321

Pós-Genômica (Interpretação+Uso) Genoma

Nas terras do sem fim, uma

grande praga surgirá e causará

sérios prejuízos nas plantações

do fruto de ouro. Porém, os

bravos e persistentes homens

daquelas terras não se abaterão

e expulsarão a praga daquelas

terras, usando da tecnologias

disponíveis na época, da sua

eterna capacidade de lutar por

aquilo que lhes foi legado por

gerações passadas. A praga

será curada na região no ano

321

Profecias by

Nostradamus

1555

2 genomas sequenciados

• Criollo(B97-61)

• Forastero (Matina 1-6)

• 430 Mb

Tecnologia 6 Genômica

• Fontes de resistência

• Bibliotecas subtrativas ESTs SNPs e SSRs

• 7457 sequências (ESTs) de meristemas e frutos

• 256 EST-SNP e 143 EST-SSR

• Mapeamento

• Bulked Segregant Analysis (5000 plantas)

Tecnologia 6 Genômica (Transcriptômica/Seq Regiões Expressas)

Gramacho et al.

• Tomate: gene JOINTLESS/MADS

• Cacau e Cupuaçu

• Gene ocorre em cacau

• Mas não se expressa em frutos

• Obj: Cacau transgênico que o fruto maturo caia

Tecnologia 6 Genômica

Furtek et al.

Tecnologia 7 Fisiologia – Nanismo & Arquitetura

Cacau: Ultra-Alta Densidade (16,600 plantas/ha)

• MJ-12-226

• 1 gene

• Nanismo

dominante

Tecnologia 7 Fisiologia – Nanismo & Arquitetura

Arquitetura Colunar Normal

Cacau Anão (Efron/Nova Guiné)

Tecnologia 7 Fisiologia – Nanismo & Arquitetura

Terence Robinson (Cornell Univ)

Macieira Cafeeiro

Braccini et al (2005)

Originalmente:

• 3 x 4 ou 4 x 4 m (833 ou 625 covas/ha)

1985 (IBC e Outros)/recomendação:

• 1,5-2,0 x 0,5-1,0 m

Tecnologia 7 Fisiologia – Nanismo & Arquitetura

Cacau, 3 Clones TSH, Trinidad

2990 pl/ha) 1495 pl/ha)

748 pl/ha)

Mooleedhar & Lauckner(1990), Shripat&Bekele (1996)

Cacau, 4 Híbridos, Gana

Ampofo & Bonsu,(1994)

Cacau, Amelonado, Gana

Wood(1963)

Idade: 7-14 anos

Idade: 4-7 anos Idade: 6-8 anos

Tecnologia 8 Fisiologia – Fisiologia da Produção

Cacau:

Produção Potencial (Teórica): 11.000 kg /ha (Corley, 1983)

Produções Experimentais: 6.000 kg /ha (Malásia/Lee & Chong)

Produções Fazendas: 3.000 kg/ha (100 ha, Faz Rio Lindo, Equador)

Fatores Fisiológicos que afetam a produção (Hadley e colaboradores):

• Não só os componentes de produção

Evidências: 80% bilros pecam

Frutos e sementes menores, quando muitos frutos/planta

• Mas também,

• Arquitetura que permite boa penetração de luz (baixo coef extinção)

• Partição de assimilados para os componentes de produção

Tecnologia 8 Fisiologia – Fisiologia da Produção

26 clones

3 anos de idade

Fazenda Batalha (P.Seguro)

SAF Cacau-Seringa

Índice de Colheita vs. Produtividade

Tecnologia 10 Softwares

AgroGen – Base de Dados AgroForm – Coleta de Dados

http://agrogen.net.br/

(Falhar não é uma Opção)

Desafios

para o

Melhoramento

Desafio 1 Nem só de Genética Depende a Produtividade

$

Nível Tecnológico

Custos

Renda Bruta

Lucro

Nível 1 Nível 2

US$ 1500,00/ha

(30%)

(70%)

Recursos

Desafio 1 Aumentar a Produtividade

• Aumento do Potencial Produtivo

• Redução das Perdas (Doenças, Incompatibilidade, ...)

• Entendimento dos mecanismos fisiológicos que

resultam em maior produtividade (Mais estudos)

• Arquitetura/porta-enxerto que permita altas densidades

Desafio 2 Reduzir Custos de Produção

• Crescimento rápido inicial, mas porte baixo final

• Colheita concentrada no ano, com grande número

de plantas produzindo

• Resistente a doenças

• Arquitetura propensa à mecanização

• Frutos uniformes, de fácil quebra

Desafio 3 Redução dos Riscos

• Estabilidade nos anos

• Resistência a doenças

• Piramidação de genes

• Resistência Parcial/Horizontal

• Escape

• Resistência a doenças com risco potencial (ex., moniilíase)

Desafio 4 Adaptação a Ambientes de Plantio

• Cabruca, SAFs vs. Pleno Sol:

• Capacidade de estabelecimento

• Tolerância à sombra

Scavina vs. Comum (Hutcheon, 1977)

Desafio 5 Maximizar Ganho Genético

• Grande escala de cruzamentos, populações e teste

• Re-avaliar o programa, considerando novas informações

• Usar as tecnologias disponíveis, que possam causar impacto

• Estatística, Quantitativa, Molecular, Genômica, ...

• Buscar interdisciplinaridade

Rutgers University (New Jersey) • 70 ha

• Milhares de plantas produzidas por ano

• Sarna da macieira (Venturia inequalis)

Desafio 5 Maximizar Ganho Genético – Escala é Importante

Comentários Finais

• Demanda MULTIDISCIPLINAR Pesquisa MULTIDISCIPLINAR

• Impacto no FUTURO, requer em decisões/ações no PRESENTE

Grato

Uilson Lopes CEPEC/CEPLAC