Diversidade Biológica (Biodiversidade)

Diversidade biológica (biodiversidade): significa a variabilidade de organismos vivos de todas as origens, compreendendo, os ecossistemas terrestres, marinhos e outros ecossistemas aquáticos e os complexos ecológicos de que fazem parte; compreendendo ainda a diversidade dentro de espécies, entre espécies e de ecossistemas.

ORIGENS DA AGRICULTURA E DA DOMESTICAÇÃO DE PLANTAS De Candole (1866) – Plantas domesticadas muitas vezes diferem mais entre elas do que dos seus ancestrais selvagens. Darwin (1868) – Plantas domesticadas diferem das ancestrais selvagens a partir das mudanças resultantes da seleção (tamanho, forma) no processo de domesticação.

Vavilov (1926) – A região geográfica na qual a diversidade genética é maior, corresponde à região de origem, especialmente se as raças selvagens das espécies relevantes estão presentes também nesta região.

Oito centros de origem: civilização x prática da agricultura. Mais tarde tornou relativo este conceito e desenvolveu um sistema de grupos ecológicos baseado em características como fotoperíodo, resposta a temperaturas e doenças.

VAVILOV Primeira contribuição: brilhante geneticista, hábil coletor e planejador de mais de 50 expedições de coleta de RGVs em todos os continentes a partir de 1920. Primeiros bancos de germoplasmas na Rússia. Rápida modernização.

VAVILOV Segunda contribuição: teoria da analogia climática. Para a seleção de espécies e variedades é preciso levar em conta as condições climáticas de origem e, sempre que possível, selecionar materiais de regiões com clima similares aos das regiões que se quer adaptar e cultivar. Estas idéias deram origem aos CENTROS DE DIVERSIDADE

VAVILOV Terceira contribuição Habilidade em traduzir e relacionar o conhecimento científico sobre RGVs em uso econômico, adaptação e resistência à pragas e moléstias. Importância dos parentes selvagens.

Nikolai Ivanovich Vavilov (1887 – 1943) – Botânico e Geneticista russo, mais conhecido por ter identificado os centros de origem de plantas cultivadas. Vavilov organizou uma série de expedições agronômicas-botânicas e coletou sementes nos mais variados pontos do planeta e criou, em Leningrado (Hoje São Petersburgo) a maior coleção de sementes do mundo para a época.

Este banco de sementes foi heroicamente preservada durante os 28 meses do cerco a Leningrado e alguns de seus assistentes morreram de fome mas guardaram as sementes. Em 1940 Vavilov foi preso e mandado para a Sibéria como defensor de pseudociência burguesa (genética) e morreu na prisão de subnutrição em 1943.

HARLAN (1992) abandonou o conceito de centros de origem, referindo-se a eles como ‘regiões ecológicas’. Convergência atual de quatro processos ecológicos x genéticos x evolucionários, que justificariam os padrões eco-geográficos de variabilidade genética.

HARLAN (1992) 1 - Condições ecológicas do Plioceno (5 milhões a 1,8 milhão anos) ou pleistoceno (1,8 milhão a 11.000 anos) direcionaram a seleção natural em favor de poucas espécies selvagens com propriedades que posteriormente confeririam sucesso na agricultura.

HARLAN (1992) 2 - Sistemas reprodutivos como auto-fecundação e reprodução vegetativa oportunizaram a rápida geração de novos genótipos superiores, permitindo a manutenção das características de interesse, o que poderia não ocorrer com a hibridização com genótipos inferiores. Assim, o sistema reprodutivo ajustou-se à condição agrícola; • Mesolítico ou neolítico.

3 – Os tipos mais adaptados rapidamente se espalharam para áreas geográficas com diferentes ambientes; • Início e desenvolvimento da civilização e últimos cinco séculos. 4 - Aumento na adaptação dentro de ambientes específicos levou a uma maior diferenciação genética entre as populações domesticadas; Melhoramento moderno –final sec. 19 a sec. 21.

CENTRO DE ORIGEM X CENTRO DE DIVERSIDADE Crítica: Faltam informações para determinar a origem real ou primária. “Mapa do tesouro” para a conservação genética.

CENTRO DE ORIGEM X CENTRO DE DIVERSIDADE A partir de Vavilov, European Soc. Res. Plant Breeding (EUCARPIA). Quatro Bancos de Germoplasma para a Europa. Noroeste: Inst. of Crop Science and Seed Res. – Alemanha.

CENTRO DE ORIGEM X CENTRO DE DIVERSIDADE Central e Leste – Leningrado Sul e Mediterrâneo – Bari – Itália Escandinávia – Suécia

CENTROS DE DIVERSIDADE GENÉTICA VAVILOV (1916 a 1930) à coleta de plantas ao redor do mundo • Centros de origem: área geográfica na qual a espécie foi originada. • Centros de diversidade genética: local onde há grande diversidade genética da espécie cultivada e espécies relacionadas.

CENTROS DE ORIGEM E DIVERSIDADE Representam locais de conservação de germoplasma “in situ”. São necessárias expedições de coleta para obtenção do germoplasma.

CENTROS DE ORIGEM E DIVERSIDADE São fontes importantes de germoplasma apenas para culturas que não possuem bancos de germoplasma ou os bancos são incompletos, ou ainda quando a característica desejada não é encontrada nos bancos de germoplasma. existentes. É a forma mais cara de obter germoplasma de uma espécie.

1 - Centro Chinês: alface, soja, milheto; (136 sps) 2 - Centro Indiano: arroz, grão-de-bico, cana-de-açúcar, inhame, algodão arbóreo, manga (117 sps) 2 a - Centro Indo-maláio: banana, coco, inhame, cana-de-açúcar; (55 sps) 3- Centro Centro-Asiático: lentilha, grão-de-bico, ervilha, linho, centeio, trigo comum. (43 sps) 4 - Centro Oriente Próximo: alfafa, cevada, grão-de-bico, ervilha, lentilha, linho, centeio. (83 sps) 5 - Centro Mediterrâneo: aipo, trigo duro, grão-de-bico, hortelã, pimenta. (84 sps) 6 - Centro África Oriental: cevada, lentilha, grão-de-bico, ervilha, linho, café, sorgo. (38 sps) 7 - Messoamerica: milho, feijão, algodão herbáceo, cucurbitáceas. 8 - Centro Sul Americano (Peruano - Equatoriano - Boliviano): feijão, batatinha, batata-doce, fumo, tomate. (62 sps) 8 a - Centro Chileno (Ilha de Chiloé): batatinha e moranguinho selvagem. (2 sps) 8 b - Centro Brasileiro - Paraguaio: mandioca, amendoim, abacaxi, seringueira.

Centro Brasileiro Paraguaio

Brasil -Passiflora

Brasil -Anonáceas

Urucum (Bixa orellana) Guaraná (Paulinia cupana) Seringueira (Hevea brasiliensis) Urucum (Bixa orellana) Pimenta (Capsicum spp.)

Germoplasma Material genético que constitui a base física da herança e que se transmite de uma geração para a outra por meio de células reprodutivas. Unidades físicas vivas que contém a composição genética de um organismo particular, com a habilidade de se reproduzir ⇒sementes, mudas, estacas, “gemas”, etc.

Germoplasma de Plantas Aromáticas

Para que serve um banco de germoplasma? Razões para coletar germoplasma. O germoplasma está em perigo de erosão genética ou extinção. Demanda pelo germoplasma por usuários em âmbito nacional ou internacional. O conhecimento sobre o germoplasma deve ser ampliado.

Para que serve um banco de germoplasma? A diversidade genética do germoplasma está sendo perdida ou é insuficientemente representada nas coleções ex situ; Necessidade de conservar ex situ parentes silvestres; Necessidade de se resgatar germoplasma em áreas ameaçadas por impactos humanos ou desastres naturais.

Como estabelecer um banco ou coleção de germoplasma?

FORMAS DE CONSERVAÇÃO DO GERMOPLASMA Os recursos genéticos são mantidos em condições in situ, on farm, e ex situ. in situ: é realizada, basicamente, em reservas genéticas, reservas extrativistas e reservas de desenvolvimento sustentável.

Pode ser organizada também em áreas protegidas, seja de âmbito federal, estadual ou municipal. As reservas genéticas, por exemplo, são implantadas e mantidas em áreas prioritárias, de acordo com a diversidade genética de uma ou mais espécies de reconhecida importância científica ou sócio-econômica.

Teoricamente, essas reservas podem existir dentro de uma área protegida, de uma reserva indígena, de uma reserva extrativista e de uma propriedade privada, entre outras.

Vantagens: possibilidade de conservar ampla variabilidade genética; maior facilidade de conservar espécies com sementes recalcitrantes; não é interrompido o processo evolutivo.

Desvantagens erosão genética: por enchentes, incêndios e degradação (avanço de fronteiras agrícolas); alto custo: necessidade de levantamento ecogeográfico e formação de reservas; custo sócio-econômico: áreas não podem ser utilizadas para agricultura; dificuldade de proteção das áreas de preservação.

on farm: pode ser considerada uma estratégia complementar à conservação in situ, já que esse processo também permite que as espécies continuem o seu processo evolutivo.

Envolve recursos genéticos, especialmente variedades crioulas - cultivadas por agricultores, especialmente pelos pequenos agricultores, além das comunidades locais, tradicionais ou não e populações indígenas, detentoras de grande diversidade de recursos fito-genéticos e de um amplo conhecimento sobre eles.

Esta diversidade de recursos é essencial para a segurança alimentar das comunidades. Dentre os principais recursos fito-genéticos mantidos a campo pelos pequenos agricultores brasileiros estão a mandioca, o milho e o feijão. Outras espécies de raízes e tubérculos, plantas medicinais e aromáticas.

Manutenção desses materiais on farm, com ênfase para as variedades crioulas, envolve recursos nativos e exóticos adaptados às condições locais. Outra particularidade é que estas variedades crioulas, mesmo deslocadas de suas condições naturais, continuam evoluindo na natureza, já que estão permanentemente submetidas à diferentes condições edafoclimáticas.

Estratégias de Conservação Ex situe In situ Ex situ In situ Conservação de sementes parques Coleções de campo conservação Local Coleções in vitro jardins caseiros Criopreservação Jardins botânicos

EX SITU: é a manutenção das espécies fora de seu habitat natural.

Manutenção de recursos genéticos: Câmaras de conservação de sementes (-20º C), Cultura de tecidos (conservação in vitro), Criogenia: para o caso de sementes recalcitrantes, (-196º C),

Laboratórios - para o caso de microorganismos,  a campo (conservação in vivo), Bancos de germoplasma - para o caso de espécies vegetais.

Características: preservar genes por séculos; permitir que em apenas um local seja reunido material genético de muitas procedências, facilitando o trabalho do melhoramento genético;

(iii) garantir melhor proteção à diversidade intraespecífica, especialmente de espécies de ampla distribuição geográfica. OBS: Este método implica, entretanto, na paralisação dos processos evolutivos, além de depender de ações permanentes do homem, visto concentrar grandes quantidades de material genético em um mesmo local, o que torna a coleção bastante vulnerável.

Conservação ex situ

Conservação ex situ a) Bancos de sementes: possibilidade de conservação de ampla variabilidade genética; conservação a médio e longo prazo.

Conservação ex situ

COFRE MUNDIAL DE SEMENTES – inaugurado em 26/fev/2008 Lado exterior (esquerda) e o interior (direita) do cofre de sementes do Svaldbard, Noruega.

Conservação criogênica

b) Bancos de germoplasma “in vivo” Especialmente espécies com sementes recalcitrantes. Coleções de plantas vivas. Ex.: jardins botânicos, coleções junto a bancos de sementes; Exige maior área e é difícil de conservar boa amostra da diversidade genética de uma espécie. Ex.: banana, dendê, café.

c) Bancos de germoplasma “in vitro” Cultura de tecidos. Conservação sob crescimento retardado. Exige protocolo apropriado para cada espécie e/ou genótipo. Adequado para espécies com pouca ou nenhuma produção de sementes ou com sementes recalcitrantes. Ex.: batata, batata-doce, mandioca, alho.

BANCOS ATIVOS DE GERMOPLASMA Aqueles de propriedades de instituições de pesquisa e/ou programas de melhoramento genético, que representam genótipos com utilidade direta em programas de melhoramento. Dá-se prioridade a programas conduzidos em ambientes semelhantes e com objetivos semelhantes ao nosso programa de melhoramento genético. Fonte primária de germoplasma para um programa de melhoramento de plantas.

BANCOS DE GERMOPLASMA Apresentam a maior variabilidade genética conservada ex-situ de uma espécie cultivada (espécies silvestres aparentadas). Geralmente não se conhece o potencial genético de boa parte da coleção. São fontes de genes para situações futura. No Brasil a EMBRAPA, através da Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia (CENARGEN), coordena vários bancos de conservação de germoplasma de espécies como amendoim, abacaxi, mandioca, paspalum, e outras.

USO DE GENES DE ESPÉCIES SILVESTRES Vantagem: fonte de genes muitas vezes não disponíveis na espécie cultivada. Desvantagens: possuem muitas características indesejadas; necessidade de retrocruzamentos; caracteres desejados e indesejados podem estar ligados geneticamente.

Programas de melhoramento de plantas no Brasil – Instituições governamentais; – EMBRAPA; – EPAMIG, EMGOPA, IAC e IAPAR; – Universidades Federais e Estaduais – Empresas Iniciativa Privada (AGROCERES, PIONEER, MONSANTO, ETC.).

Programas de melhoramento de plantas no Mundo Instituições Internacionais – CIAT (Colômbia)- feijão, arroz e mandioca – CIMMYT (México)- milho e trigo – IRRI (Filipinas)- arroz – ICARD (Síria)- trigo e cevada – CIFOR (Indonésia)- essências florestais – CIP (Peru)- batata – IBPRG (Itália)- recursos genéticos – IITA (Nigéria)- milho, mandioca e soja – INIBAP (França)- banana – WARDA (Costa do Marfin)- arroz

CONSERVAÇÃO DE RECURSOS GENÉTICOS E SUA IMPORTÂNCIA PARA O MELHORAMENTO DE PLANTAS

EROSÃO GENÉTICA - perdas de alelos de uma determinada espécie e espécies silvestres relacionadas.

CONSEQUÊNCIAS DA VULNERABILIDADE GENÉTICA: • Falta variabilidade genética para adaptação a mudanças no ambiente ou para atingir novos objetivos do melhoramento; • perigo de epidemias de pragas e molétias; • limitação do ganho genético.

GERMOPLASMA DE IMPORTÂNCIA PARA O MELHORAMENTO DE PLANTAS: a) parentes silvestres; b) cultivares primitivas ou crioulas ou “land races”; c) cultivares obsoletas; d) cultivares modernas; e) linhagens avançadas.

Hotspot: foi criado em 1988 pelo ecólogo inglês Norman Myers. Regiões de Hotspots: toda área prioritária para conservação, isto é, de alta biodiversidade e ameaçada no mais alto grau. - É uma área com pelo menos 1.500 espécies endêmicas de plantas e que tenha perdido mais de 3/4 de sua vegetação original.

1988: Myers identificou 10 Hotspots mundiais 1988: Myers identificou 10 Hotspots mundiais. 1996-1999: Russell Mittermeier: aumentou para 25 as áreas no planeta consideradas Hotspots. - Juntas, elas cobriam apenas 1,4% da superfície terrestre e abrigavam mais de 60% de toda a diversidade animal e vegetal do planeta.

fev/2005: identifica 34 regiões, hábitat de 75% dos mamíferos, aves e anfíbios mais ameaçados do planeta. - Nove regiões foram incorporadas à versão de 1999. - Somando a área de todos os Hotspots temos apenas 2,3% da superfície terrestre, onde se encontram 50% das plantas e 42% dos vertebrados conhecidos.

Brasil há dois Hotspots: a Mata Atlântica e o Cerrado. No total são 34 zonas, incluindo a Mata Atlântica e o cerrado brasileiro. Atenção: os hotspots já perderam 70% da vegetação original.