RESUMO
ABSTRACT: Gene stacking refers to the introduction of two or more transgenes of agronomic interest in the same plant. The main methods for genetically engineering plants with gene stacking involve (i) the simultaneous introduction, by the co-transformation process, and (ii) the sequential introduction of genes using the re-transformation processes or the sexual crossing between separate transgenic events. In general, the choice of the best method varies according to the species of interest and the availability of genetic constructions and preexisting transgenic events. We also present here the use of minichromosome technology as a potential future gene stacking technology. The purpose of this review was to discuss aspects related to the methodology for gene stacking and trait stacking (a gene stacking strategy to combine characteristics of agronomical importance) by genetic engineering. In addition, we presented a list of crops and genes approved commercially that have been used in stacking strategies for combined characteristics and a discussion about the regulatory standards. An increased number of approved and released gene stacking events reached the market in the last decade. Initially, the most common combined characteristics were herbicide tolerance and insect resistance in soybean and maize. Recently, commercially available varieties were released combining these traits with drought tolerance in these commodities. New traits combinations are reaching the farmer's fields, including higher quality, disease resistant and nutritional value improved. In other words, gene stacking is growing as a strategy to contribute to food safety and sustainability.
RESUMO: O empilhamento gênico se refere a introdução de dois ou mais transgenes de interesse agronômico na mesma planta. Os principais métodos de produção de plantas geneticamente modificadas com empilhamento gênico envolvem (i) a introdução simultânea, pelo processo de co-transformação, e (ii) a introdução sequencial de genes, pelos processos de re-transformação ou por cruzamento entre eventos transgênicos. Em geral, a escolha do melhor método varia de acordo com a espécie de interesse e a disponibilidade de construções genéticas e eventos transgênicos preexistentes. Também é apresentado aqui o uso da tecnologia de minicromossomos como tecnologia potencial de empilhamento gênico. O objetivo desta revisão é discutir aspectos relacionados à metodologia para o empilhamento de genes a combinação de características (obtida via empilhamento de genes de interesse agronômico) via engenharia genética. Além de discutir, é apresentado uma lista de culturas e genes aprovados comercialmente que tem sido usado em estratégias de empilhamento e uma discussão sobre normas regulatórias. Um número maior de eventos com empilhamento de genes foi aprovado e liberado no mercado na última década. Inicialmente, a combinação das características de tolerância a herbicidas e resistência a insetos era a mais popular, principalmente em soja e milho. Recentemente, estas características combinadas com tolerância a seca nessas culturas foram liberadas comercialmente. Novas características combinadas estão entrando na lavoura, incluindo aumento da qualidade, resistência a doenças e aumento do valor nutricional. Em outras palavras, o empilhamento gênico está crescendo como tecnologia para contribuir para a segurança alimentar e sustentabilidade.
RESUMO
ABSTRACT: The availability of an efficient protocol for in vitro regeneration is imperative for genetic transformation. Using genotypes adapted to the target region as a transgenic platform accelerates the development of cultivars. Therefore, this study aimed to adapt an in vitro regeneration protocol for Brazilian wheat genotypes. For this purpose, the in vitro regeneration capacity of immature embryos from six Brazilian wheat genotypes using two protocols of regeneration of somatic embryos was analysed. Furthermore, combinations of 2,4-D and picloram in the callus induction medium were tested in order to improve regeneration efficiency. Genotypes with higher regeneration efficiency were BR18-Terena and PF020037, yielding 0.42 and 1.13 shoots per explant using the Hu and the Wu protocol, respectively. Adding 1mgL-1 2,4-D in the callus induction medium was the most favourable, producing 3.73 and 3.07 shoots per explant for PF020037 and BR18-Terena, respectively. In conclusion, a protocol for regeneration for two Brazilian wheat genotypes recommended and developed to be cultivated at the Cerrado region has been adapted.
RESUMO: A disponibilidade de um protocolo eficiente de regeneração in vitro é imperativa para a transformação genética de plantas. O uso de material genético adaptado à região alvo como plataforma de transgenia permite acelerar o desenvolvimento de uma cultivar. Portanto, o objetivo deste estudo foi adaptar um protocolo de regeneração in vitro para genótipos brasileiros de trigo. Para esta finalidade, a capacidade de regeneração in vitro de embriões imaturos de seis genótipos brasileiros de trigo, utilizando dois protocolos de regeneração de embriões somáticos, foi analisada. Além disso, combinações de 2,4-D e picloram no meio de indução de calos foram analisadas buscando aumentar a eficiência de regeneração. Os genótipos com maior eficiência de regeneração foram BR18-Terena e PF020037, produzindo 0,42 e 1,13 brotações por explante usando os protocolos Hu e Wu, respectivamente. A adição de 1mgL-1 de 2,4-D no meio de indução de calos foi o mais favorável, produzindo 3,73 e 3,07 brotações por explante para PF020037 e BR18-Terena, respectivamente. Concluindo, foi adaptado um protocolo de regeneração para dois genótipos brasileiros recomendados e desenvolvidos para o cultivo no Cerrado.
RESUMO
ABSTRACT: The asexually gene introduction by genetic engineering has brought enormous possibilities to innovate plant breeding. However, principally because of the low in vitro response, genetic transformation has been restricted to only certain genotypes of agronomically significant species. With the objective of establishing a protocol for genetically transforming the Brazilian BR 451 maize variety through Agrobacterium tumefaciens, it was studied the capacity of plant regeneration in vitro from embryogenic calli cultivated in three regeneration media, each having different growth regulators. It was also evaluated the temperature stress effect on the transformation of the immature embryos with A. tumefaciens EHA 101 containing the plasmid pTF102 with uidA and bar genes. The BR 451 variety embryos and those of the Hi-II hybrid (control) were exposed to three treatments applied as they were being infected with the agrobacteria (a) infection at 25°C; (b) infection at 40°C; (c) pretreatment at 40°C for 5 seconds followed by infection at 25°C. Transformation was determined by uidA gene expression and through the callus resistant to the herbicide Bialaphos® formation. Embryos infected at 40°C showed a higher degree of genetic transformation in the Hi-II, although the same was not noted in BR 451. When growth regulators were added to the culture medium the number of regenerated BR 451 plants showed no increase.
RESUMO: A introdução de genes de forma assexual por meio da engenharia genética tem ampliado as possibilidades do melhoramento genético vegetal. No entanto, devido principalmente a baixa resposta in vitro, a transformação genética tem se limitado a poucos genótipos das espécies de interesse agronômico. Visando estabelecer protocolo de transformação genética da variedade de milho BR 451 via Agrobacterium tumefaciens, foi estudada a capacidade de regeneração de plantas in vitro a partir de calos embriogênicos cultivados em três meios de regeneração contendo diferentes reguladores de crescimento. Também foi avaliado o efeito do estresse de temperatura na transformação de embriões imaturos com a A. tumefaciens EHA 101portadora do plasmídeo pTF102 que contém os genes uidA e bar. Para tal, três tratamentos foram aplicados aos embriões da variedade BR 451 e do híbrido Hi-II (controle) durante a infecção com a agrobactéria: (a) infecção em 25oC; (b) infecção a 40oC; (c) pré-tratamento de 40oC por cinco segundos seguido por infecção em 25oC. A transformação foi avaliada mediante a expressão do gene uidA e a formação de calos resistentes ao herbicida Bialaphos®. A infecção de embriões a 40oC aumentou a transformação genética em Hi-II, mas não em BR 451. A adição de reguladores de crescimento no meio de regeneração não incrementou o número de plantas regeneradas.
RESUMO
The existence of variability is a prerequisite for genetic improvement in plants. Globe artichoke is a high nutritious vegetable with medical value, representing a profitable alternative for rural producers. This research was conducted with the aim of evaluating the phenotypic variability in a commercial cultivar of artichoke (Cynara cardunculus var. scolymus L) established from seeds. Field plants were assessed when primary head reached commercial stage. An amount of 21 quantitative and 5 multicategoric characters were assessed. The quantitative data were submitted to multivariate analysis. For quantitative characters the distance between individuals varied from 3.0 to 50.9, revealing high intrapopulation variability. The greater relative contribution characters for genetic divergence were the primary head fresh mass (79.88%) and bottom fresh mass (8.43%). This indicates the possibility of plant selection for head quality in this population. The clustering analysis through UPGMA method, based on quantitative characters, allowed the formation of five groups. For multicategoric traits, the similarity among individuals varied from 1.22% to 100%. Within the existing population variability, it was possible to select plants with superior quantitative traits desirable for in natura consumption, as primary head fresh weight and length, bottom fresh mass, bract basis length and width, as well as non-quantitative traits as round head shape, absence of thorn and presence of violet color in the head.
A existência de variabilidade é um pré-requisito para o melhoramento genético em plantas. A alcachofra é uma hortícola de alto valor nutritivo e medicinal, representando uma alternativa rentável para os produtores rurais. Este trabalho objetivou avaliar a variabilidade fenotípica de uma cultivar comercial de alcachofra (Cynara cardunculus var. scolymus L) estabelecida por sementes. As plantas foram cultivadas no campo e avaliadas quando o capítulo primário atingiu o estádio comercial. Foram avaliados 21 caracteres quantitativos e cinco multicategóricos, com posterior análise multivariada. Para os caracteres quantitativos, a distância entre os indivíduos variou de 3 a 50,9, revelando elevada variabilidade intrapopulacional. Os caracteres com maior contribuição relativa para divergência genética foram a massa fresca do capítulo primário (79,88%) e massa fresca do fundo (8,43), indicando a possibilidade de seleção de plantas com qualidade de capítulo nesta população. A análise de agrupamento pelo método UPGMA, com base nos caracteres quantitativos, permitiu a formação de cinco grupos. Para as variáveis multicategóricas, similaridade entre os indivíduos variou de 1.22% a 100%. Foi possível selecionar indivíduos com características superiores quanto aos principais caracteres quantitativos desejáveis para o consumo in natura, como: massa fresca e comprimento do capítulo primário, massa fresca de fundo, comprimento e largura da base das brácteas, comprimento das brácteas externas, bem como características não quantitativas como capítulo de formato circular, ausência de espinhos e presença de cor violeta no capítulo.
RESUMO
Três experimentos foram conduzidos com o objetivo de avaliar o potencial de formação de calos embriogênicos de três tipos de explantes de aveia branca (Avena sativa L.) (embrião imaturo, embrião maturo e segmentos de coleóptilo). Cada experimento foi conduzido com um dos explantes, cinco cultivares ("UPF15", "UPF16", "UPF18", "UPFA20" e "OR3") e dois meios de indução de calos (M1 = MS + 2mg L-1 de 2,4-D e M2 = MS + 2mg L-1 2,4-D + 1mg L-1 BAP), sendo avaliadas as freqüências de calos embriogênicos aos 60 dias de cultivo, massa fresca (mg) aos 90 e 120 dias e taxa de crescimento dos mesmos durante um período de 30 dias. Foi observada a influência do genótipo sobre as freqüências de calos somente quando utilizado o explante embrião imaturo. O fator meio não teve influência sobre a freqüência de calos em nenhum dos explantes testados. O embrião maturo não se mostrou adequado para indução de embriogênese somática em aveia. Os explantes coleóptilo e embrião imaturo apresentaram uma capacidade embriogênica similar, produzindo 24 e 29 por cento de calos embriogênicos, respectivamente. No entanto, o coleóptilo pode ser considerado o explante ideal devido à independência genotípica, à alta taxa de crescimento de calos (328 por cento em 30 dias), à fácil disponibilidade e à rapidez de obtenção.
Three experiments were carried out to evaluate the embryogenic callus formation potential of three types of explants in oat (Avena sativa L.) (immature embryo, mature embryo and coleptile segments). Each experiment was conduced with one explant, five cultivars (UPF15, UPF16, UPF18, UPFA20 and OR3) and two induction callus medium (M1 = MS + 2 4-D and M2 = MS + 2 4-D + BAP), being analyzed the frequency of embryogenic calli at 60 days of cultivation, callus fresh weight (mg) at 90 and 120 days and callus growth rate during 30 days period. The influence of genotype on the embryogenic callus frequency was detected only when using the immature embryo explant. The culture medium did not influence the frequency of callus in any of the three tested explants. The mature embryo was not suitable for the induction of oat somatic embryogenesis. The coleoptile and immature embryo explants present a similar embryogenic capacity, producing 24 and 29 percent of embryogenic calli, respectively. However, the coleoptile can be considered the ideal explant due to its genotypic independence, high embryogenic callus growth rate (328 percent in 30 days), as well as easy and quick availability.