Retrocruzamento no melhoramento da canábis – escolha dos progenitores, arrasto de ligação e limites do método

Trazer uma característica de uma linha estranha para uma variedade existente sem perder a variedade: é para isso que serve o retrocruzamento no melhoramento da canábis, e a conta por trás é simples. As duas condições em que essa conta vale faltam na maioria dos guias. Na canábis, é justamente a segunda que muitas vezes não se cumpre.

O que a conta promete

Após cada retrocruzamento com o mesmo progenitor, a parte do genoma do dador reduz-se para metade. Sem qualquer seleção, o valor esperado do progenitor recorrente é de 75,0 % após a primeira ronda. Após a segunda é de 87,5 e de 93,8 após a terceira. Após a quarta chega a 96,9 e após a quinta a 98,4 %. Para transferir um único gene dominante pelo método clássico são precisas cinco ou mais gerações até recuperar 99 % do genoma de partida.

Com marcadores no fundo genético, este número pode baixar. Em cada geração verifica-se o gene-alvo e também quanto genoma do dador a planta ainda carrega. Assim chega-se ao fim com três gerações em vez de seis. Este é o verdadeiro ganho do retrocruzamento assistido por marcadores, e é um ganho de tempo, não de qualidade.

No uso alemão, o método chama-se Verdrängungszüchtung, ou seja, melhoramento por substituição. Faz sentido quando uma característica monogénica deve juntar-se às características de uma variedade produtiva mas sensível. Um exemplo é a resistência de uma landrace.

As duas condições que raramente aparecem

Primeiro, o progenitor recorrente deve ser ele próprio uma linha de linhagem pura. Se não for, segrega também em cada ronda. O que regressa então não é a variedade, mas uma amostra dela. Na canábis, isto é a regra e não a exceção. Uma origem com polinização aberta tem entre 17 e 35 % de loci heterozigóticos. Um progenitor recorrente de linhagem pura tem, portanto, de ser criado primeiro. Faz-se por cruzamento entre irmãos ou por autofecundação induzida quimicamente, e ambos custam gerações antes de começar o primeiro retrocruzamento.

Segundo, a característica transferida deve depender de um ou de poucos loci. Numa característica monogénica, a seleção em cada ronda é inequívoca. Quando entram vários loci, a probabilidade de os encontrar todos no mesmo indivíduo desce com cada gene adicional. Por isso o retrocruzamento assistido por marcadores é mais eficaz com um ou poucos genes-alvo. Numa característica quantitativa é a ferramenta errada.

O arrasto de ligação

O que não desaparece é a vizinhança imediata do gene-alvo. Em cada ronda seleciona-se este único alelo. Por isso o pedaço de genoma do dador ligado a ele sobrevive a todas as diluições. É o arrasto de ligação (linkage drag).

O tamanho deste pedaço não depende do número de gerações. Depende da frequência com que há recombinação nessa zona. Numa simulação com colza, o segmento arrastado media em média 15,9 milhões de pares de bases após o primeiro retrocruzamento. Após o segundo media 5,4 milhões. Depois de três rondas seguidas de autofecundação, 98 % do genoma do dador ainda presente vinha precisamente desse único segmento. Quando o gene-alvo ficava numa zona com muita recombinação, o mesmo pedaço encolhia para frações de uma megabase.

Porque é que isto pesa mais na canábis

A estrutura do genoma desta espécie trabalha contra o método. Em 78 genomas com haplótipos resolvidos, o desequilíbrio de ligação só cai para metade do valor máximo após cerca de 10 quilobases. Isto é comparável a populações selvagens de soja e de arroz com cruzamento aberto. Alguns pares de marcadores ficam ligados ao longo de centenas de quilobases, até à escala das megabases.

Juntam-se as inversões. Em média, cada genoma tem 86 inversões com um comprimento médio de 304 quilobases. As mais longas chegam a 25 megabases. Numa secção invertida quase não há troca entre as duas versões: o que lá está dentro desloca-se como bloco. O caso mais claro no material estudado é uma inversão de 19,5 megabases no cromossoma 1 com cerca de 1203 genes. Entre eles está o regulador da floração PRR3, associado à floração independente do fotoperíodo. Quem introduz esta característica por cruzamento não desloca um gene, mas uma vizinhança inteira.

Além disso, observou-se segregação distorcida em várias regiões do genoma da canábis. Os alelos de um dos progenitores passam com mais frequência do que a conta faz esperar. Para um programa de retrocruzamento, isto significa que o fundo genético não regressa em todo o lado com a mesma rapidez.

O caso medido: o locus do quimiotipo

A introgressão mais conhecida deste tipo toca exatamente neste ponto. As linhas de cânhamo ricas em CBD surgiram da introdução da secção CBDAS num fundo genético sobretudo de tipo droga. Delas vem também o genoma de referência CBDRx. O objetivo era juntar a genética de alto rendimento das linhas de tipo droga a um quimiotipo CBD.

A secção em causa é má candidata a uma separação limpa. Cada genoma haploide tem no máximo uma cópia completa de THCAS ou de CBDAS. Essa cópia está embutida em cassetes conservadas de elementos transponíveis com 70 a 80 quilobases. Quase sempre há junto dela cópias de pseudogenes da mesma família. Estas cassetes surgem apenas em poucas disposições fixas e não ficam no mesmo sítio entre os tipos de uso. Estão também associadas a inversões, mas concentram-se no cromossoma 7 numa zona de cerca de 1,5 megabases. O mapeamento de um cruzamento entre um tipo droga e uma variedade de cânhamo examinou 99 descendentes. No bloco CBDAS não encontrou nenhum evento de recombinação.

Na prática, quem introduz o quimiotipo introduz também a cassete, e a seleção não a consegue desmontar. A segregação do quimiotipo segue mesmo assim o modelo simples de um só locus. Isso tem a mesma causa e não indica uma característica de estrutura simples.

O que a percentagem não mede

A parte do genoma parental recuperado mede-se normalmente com marcadores de nucleótido único. Nesta espécie, a heterozigotia desses marcadores fica entre 1 e 2,5 %. Somando variantes estruturais e secções que nem sequer se alinham entre dois haplótipos, em média 20,6 % do comprimento do genoma é variável. Um fundo genético que parece recuperado a 98 % pelos marcadores pode divergir precisamente nas zonas que nenhum marcador cobre.

Um segundo caso-limite diz respeito à escolha do dador. O índice de fixação entre o tipo droga e o cânhamo é de 0,20, um valor que surge normalmente entre espécies. Um cruzamento a esta distância pode não aumentar o vigor e até baixá-lo. A pergunta sobre a distância admissível entre o dador e o progenitor recorrente não é, por isso, académica.