Identificação de variabilidade para caracteres de importância agronômica em famílias mutantes de arroz irrigado

ABSTRACT

O incremento do potencial produtivo nas novas variedades de arroz (Oryza sativa L.) tem sido um dos principais desafios para o melhoramento genético. A geração de mutantes, seguida da sua caracterização, constitui-se em uma ótima possibilidade para isolar e selecionar genes e genótipos que apresentem caracteres agronômicos de interesse. Este trabalho teve como objetivo avaliar o efeito do mutagênico químico etilmetanossulfonato (EMS) sobre caracteres agronômicos em 340 famílias M₃ de arroz, derivadas da cultivar BRS Querência. As sementes de cada família e da testemunha BRS Querência foram semeadas a campo e posteriormente avaliadas para os caracteres comprimento da panícula principal, peso da panícula principal, massa de grãos da panícula principal, largura da folha bandeira e estatura de planta. Os dados foram submetidos à análise de variância (p ≤ 0,05), e a comparação entre as médias foi realizada pelo teste de Dunnett a 5% de significância. Os resultados obtidos mostram que existe variabilidade genética entre as famílias mutantes de arroz e que a indução de mutação com EMS a 1,5% é eficiente na geração de mutantes de arroz para todos os caracteres avaliados. Dentre esses, a estatura das plantas foi a mais afetada pelo agente mutagênico, o qual proporcionou o incremento do caráter. Para o caráter comprimento da panícula principal, sete famílias obtiveram médias superiores à testemunha; já para os caracteres peso e massa de grãos da panícula principal, foram observadas quatro e seis famílias mutantes, respectivamente, com desempenho superior ao da testemunha.

Palavras-chave:
Oryza sativa; etilmetanossulfonato; mutagênico; variabilidade

ABSTRACT

The increase of yield potential in new rice (Oryza sativa L.) varieties has been a major challenge for genetic improvement. The generation of mutants, followed by their characterization, constitutes a great possibility to isolate and select genes and genotypes that present agronomic traits of interest. This study aimed to evaluate the effect of chemical mutagen ethyl methane sulphonate (EMS) on agronomic traits in 340 M₃ families of rice derived from BRS Querência cultivar. Seeds from each family and the original genotype BRS Querência were sown in the experimental field, and the characters main panicle length, main panicle weight, main panicle grain weight, flag leaf width and plant height were evaluated. Data were subjected to analysis of variance (p ≤ 0.05), and a comparison of means was carried out by Dunnett's test at 5% significance. The results show that there is genetic variability among the mutant families, suggesting that the mutagen EMS at 1.5% is effective for generating mutants for all assessed traits. Among the characters, plant height was the most affected by the mutagen, which provided an increase in the character. For the main panicle length character, seven families showed means above the control; for main panicle weight and grain weight, four and six mutant families were observed, respectively, with a superior performance in comparison to the control.

Key words:
Oryza sativa; ethyl methane sulphonate; mutagenic; variability

INTRODUÇÃO

O arroz (Oryza sativa L.) é o segundo cereal mais produzido no mundo, sendo fonte de alimento para mais da metade da população mundial. No ano de 2012, o Brasil foi o país que obteve a maior produção de arroz (11,5 milhões toneladas) fora do continente asiático (FAOSTAT 2014), constituindo-se num país com grande potencial exportador.

O consumo e o cultivo do arroz em diferentes regiões, seguidos por seleção de tipos específicos de arroz (variações em teor de amilose e/ou aroma), geraram uma extraordinária diversidade fenotípica no gênero Oryza(Harland 1975). A variabilidade genética constitui-se na essência dos processos evolutivos e do melhoramento vegetal, sendo possível a sua criação através de mutações ou a sua ampliação por meio de hibridações, seguidas por seleção de genótipos (Jennings et al. 1981; Jalata et al. 2011).

A indução de mutação auxilia programas de melhoramento no incremento de variabilidade e, consequentemente, na obtenção de genótipos com caracteres de interesse agronômico e mais adaptados a diferentes condições ambientais (Serrat et al. 2014). A taxa de mutação espontânea em plantas superiores é muito baixa, variando cerca de 10⁻⁵ a 10⁻⁸ (Jiang e Ramachandran 2010). Nesse sentido, a indução de mutação é uma importante estratégia para elevar a frequência de mutações.

A utilização de agentes mutagênicos físicos e químicos pode ser de fundamental importância para criação e incorporação de novos genes e/ou alelos de interesse agronômico, podendo resultar em genótipos mais estáveis e mais adaptados às condições edafoclimáticas do Brasil. Inúmeros trabalhos demonstram resultados positivos obtidos mediante o emprego de agentes mutagênicos, gerando, dessa forma, um genótipo que poderá possuir características desejáveis agronomicamente (Maluszynski et al. 1998; Martins et al. 2007). No Brasil, já existem cultivares comerciais de arroz obtidas pela Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina (EPAgRI) por meio da técnica de indução de mutação: a primeira, denominada SCS 114 Andosan, e a segunda, SCS 118 Marques (Ishiy et al. 2006; Schiocchet et al. 2014).

As mutações podem ser induzidas por tratamento com mutagênicos tanto físicos, como radiações ionizantes, quanto químicos, como substâncias alquilantes, por exemplo, o etilmetanossulfonato (EMS) (Predieri 2001; Wu et al. 2005; Talebi et al. 2012). Entre os mutagênicos químicos, o EMS é o mais amplamente utilizado devido a sua facilidade de uso e potencial para produzir alta frequência de substituição de nucleotídeos, gerando uma densidade relativamente alta de mutações irreversíveis (Henikoff e Comai 2003; Talebi et al. 2012).

Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito do mutagênico químico EMS sobre os caracteres agronômicos em 340 famílias M₃ de arroz derivadas da cultivar BRS Querência.

MATERIAL E MÉTODOS

Obtenção das famílias mutantes

A obtenção dos genótipos mutantes foi realizada através de tratamento de sementes de arroz da cultivar BRS Querência com o mutagênico químico EMS a uma concentração de 1,5% (v/v) (0,15 M). Estudos anteriores indicam que concentrações de 1,5 e 1,6% de EMS foram eficientes na geração de populações mutantes de arroz (Wu et al. 2005; Till et al. 2007). A cultivar BRS Querência, de ciclo precoce, é constituída por plantas do tipo “modernoamericano”, com folhas e grãos lisos. Apresenta alta capacidade de perfilhamento, colmos fortes e destaca-se por apresentar panícula longa com grande número de espiguetas férteis (SOSBAI 2012).

O tratamento foi constituído de uma amostra de 40.000 sementes que foram acondicionadas em saquinho de tule e introduzidas em água destilada para embebição. As sementes permaneceram submersas por um período de 6 h, sendo posteriormente submetidas à ação do agente mutagênico por 2 h. Esse tempo de embebição em água destilada foi determinado num ensaio preliminar, onde sementes da cultivar BRS Querência foram embebidas em água destilada durante 24 h, sendo realizada a pesagem das sementes de hora em hora até estabilizar o peso. Esse procedimento teve por objetivo uniformizar o conteúdo de água das sementes e ativar o seu metabolismo para favorecer a ação mutagênica do produto. Logo após a aplicação do mutagênico, permaneceram por 1 h em água corrente e 1 h em água parada (Coimbra et al. 1999, 2005). Essas sementes, após permanecerem 1 h em água parada, foram semeadas em campo experimental para avanço de geração.

Avanço de geração

As sementes da geração M₁ foram semeadas no ano de 2009 para avanço de geração em campo experimental. As plantas colhidas em bulk deram origem a uma população M₂.

No ano seguinte, em campo experimental, 20.000 sementes da geração M₂ foram semeadas, visando ao avanço de geração e obtendo-se uma população de 1.500 plantas. Cada planta foi colhida individualmente, dando origem às famílias M₃.

Ensaio de campo

Foram semeadas em campo experimental dez sementes da cultivar BRS Querência (testemunha) e uma amostra de 340 famílias escolhidas aleatoriamente, seguindo-se um delineamento completamente casualizado. Destas, foram avaliadas quatro plantas de cada família e da testemunha, de forma aleatória, onde cada planta foi considerada uma unidade experimental, totalizando quatro repetições.

Para o ensaio a campo, foi empregado o sistema de cultivo mínimo, de acordo com as recomendações técnicas para a cultura do arroz irrigado (SOSBAI 2012).

As plantas foram avaliadas para os caracteres: comprimento da panícula principal (CP), em cm; peso da panícula principal (PP), em g; massa de grãos da panícula principal (MgP), em g; largura da folha bandeira (LF), em cm; e estatura de planta (EP), em cm. Os dados foram submetidos à análise de variância (p ≤ 0,05), e a comparação entre as médias foi realizada pelo teste de Dunnett a 5% de probabilidade de erro. Posteriormente, foi realizada análise multivariada para a separação das famílias, utilizando-se a análise de agrupamento pelo método de Tocher (Rao 1952), com base na distância generalizada D² de Mahalanobis, bem como o procedimento das variáveis canônicas (Cruz e Regazzi 1997). A contribuição relativa de cada variável na determinação da dissimilaridade genética foi detectada por meio da metodologia proposta por Singh (1981). As análises estatísticas foram realizadas com auxílio do programa computacional genes (Cruz 2001).

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os resultados apresentados pela análise de variância (Tabela 1) permitiram evidenciar diferenças significativas a 5% de probabilidade de erro pelo teste F entre as médias das famílias mutantes, para todos os caracteres avaliados, demonstrando a eficiência na indução da mutação com EMS na dose de 1,5%.

Tabela 1
Resumo da análise de variância para os caracteres comprimento de panícula principal, peso da panícula principal, massa de grãos da panícula principal, largura da folha bandeira e estatura de planta de 340 famílias mutantes M₃ e a testemunha BRS Querência. Universidade Federal de Pelotas, Pelotas (RS), 2015.

Fonte de variação	GL	Quadrado médio
		CP	PP	MGP	LF	EP
Genótipos	340	12,45*	1,41*	1,22*	0,07*	70,39*
Resíduo	1.023	3,97	0,54	0,45	0,03	26,62
Média geral		24,97	3,20	2,89	1,73	85,16
CV (%)		7,98	22,98	23,33	9,62	6,05

• ^*
  Valores significativos ao nível de 5% de probabilidade de erro pelo teste F. GL = graus de liberdade; CP = Comprimento da panícula principal (cm); PP = Peso da panícula principal (g); MGP = Massa de grãos da panícula principal (g); LF = Largura da folha bandeira (cm); EP = Estatura de planta (cm); CV (%) = coeficiente de variação.

Os resultados obtidos pelo teste de Dunnett, para os cinco caracteres estudados, estão inclusos nas Tabelas 2 a 6. Foi possível evidenciar variabilidade genética entre as famílias estudadas, verificando-se que, para todos os caracteres, ocorreram famílias com médias significativamente diferentes da testemunha BRS Querência.

Tabela 2
Distribuição de 340 famílias mutantes M₃ em relação à testemunha BRS Querência para o comprimento da panícula principal. Universidade Federal de Pelotas, Pelotas (RS), 2015.

Comprimento da panícula principal
Famílias M3 com médias superiores à da testemunha BRS Querência
331, 335, 332, 277, 217, 336 e 218
Famílias M3 com médias iguais à da testemunha BRs Querência (24,72 cm)
196, 36, 242, 297, 33, 236, 88, 18, 30, 132, 339, 31, 17, 204, 176, 227, 34, 284, 317, 2, 75, 52, 185, 178, 189, 265, 3, 10, 55, 184, 149, 177, 243, 125, 37, 171, 206, 40, 271, 35, 179, 190, 47, 19, 43, 197, 209, 320, 289, 172, 153, 188, 258, 337, 65, 80, 15, 91, 49, 148, 173, 238, 298, 5, 95, 24, 195, 253, 9, 46, 262, 276, 302, 72, 180, 245, 257, 268, 270, 105, 175, 39, 45, 131, 205, 26, 29, 83, 186, 300, 25, 32, 340, 84, 230, 288, 76, 79, 27, 111, 237, 273, 13, 234, 12, 170, 48, 78, 203, 69, 110, 116, 121, 246, 81, 140, 161, 187, 194, 210, 308, 67, 202, 286, 303, 92, 255, 283, 324, 4, 1, 135, 280, 50, 53, 89, 99, 107, 146, 207, 259, 87, 137, 232, 315, 240, 290, 193, 23, 28, 183, 314, 38, 254, 313, 115, 130, 323, 102, 106, 154, 200, 291, 127, 198, 157, 159, 318, 223, 261, 11, 208, 156, 133, 338, 225, 98, 118, 147, 275, 7, 241, 136, 166, 287, 152, 163, 214, 70, 108, 22, 112, 215, 272, 212, 231, 249, 267, 295, 139, 244, 327, 16, 211, 305, 63, 150, 224, 256, 142, 333, 8, 20, 167, 292, 322, 328, 239, 278, 73, 174, 248, 122, 145, 134, 141, 155, 182, 307, 21, 126, 251, 334, 94, 269, 124, 168, 221, 281, 151, 57, 86, 120, 299, 316, 129, 164, 274, 226, 306, 310, 60, 143, 199, 93, 85, 90, 109, 144, 219, 233, 247, 266, 51, 128, 228, 279, 309, 62, 114, 330, 119, 162, 264, 165, 169, 77, 101, 263, 41, 64, 117, 220, 66, 235, 301, 68, 325, 54, 42, 191, 103, 104, 97, 181, 14, 285, 96, 282, 58, 319, 6, 293, 312, 229, 192, 294, 59, 71, 252, 158, 304, 296, 329, 123, 222, 74, 260, 326, 321, 216, 56, 201, 113, 44, 311, 138, 250, 160, 100, 61 e 82
Família M3 com médias inferiores à da testemunha BRS Querência
213

Tabela 3
Distribuição de 340 famílias mutantes M3 em relação à testemunha BRS Querência para o peso da panícula principal. Universidade Federal de Pelotas, Pelotas (RS), 2015.

Peso da panícula principal
Famílias M3 com médias superiores à da testemunha BRS Querência
36, 34, 28 e 2
Famílias M3 com médias iguais à da testemunha BRs Querência (3,19 g)
17, 16, 30, 1, 236, 29, 33, 3, 219, 40, 206, 339, 18, 38, 15, 19, 9, 31, 176, 227, 22, 27, 37, 132, 25, 43, 52, 48, 197, 12, 35, 203, 214, 205, 196, 13, 223, 26, 55, 239, 177, 189, 149, 4, 187, 64, 230, 204, 21, 11, 237, 50, 179, 262, 45, 286, 147, 51, 148, 340, 209, 153, 75, 46, 232, 10, 7, 23, 280, 215, 111, 265, 140, 89, 8, 62, 253, 300, 24, 212, 298, 150, 255, 163, 240, 185, 194, 172, 173, 313, 107, 238, 268, 207, 125, 188, 210, 32, 234, 102, 131, 41, 66, 5, 47, 99, 159, 155, 166, 195, 291, 54, 167, 92, 108, 135, 49, 137, 76, 157, 20, 175, 290, 251, 283, 338, 88, 220, 243, 199, 228, 245, 126, 161, 164, 152, 94, 226, 14, 193, 323, 67, 136, 42, 320, 6, 184, 57, 257, 273, 242, 105, 73, 330, 146, 198, 247, 289, 337, 178, 224, 254, 292, 304, 241, 65, 270, 144, 83, 112, 77, 314, 312, 264, 208, 39, 70, 284, 235, 181, 287, 288, 336, 174, 170, 72, 271, 295, 310, 333, 143, 127, 130, 53, 261, 95, 186, 315, 221, 103, 154, 118, 334, 180, 211, 256, 183, 246, 171, 302, 128, 139, 59, 202, 114, 63, 82, 200, 307, 267, 58, 133, 165, 116, 134, 158, 263, 104, 156, 106, 324, 101, 233, 80, 142, 282, 145, 168, 169, 269, 331, 301, 97, 91, 121, 109, 325, 192, 141, 303, 276, 87, 299, 297, 151, 317, 318, 68, 190, 119, 138, 258, 319, 93, 69, 309, 249, 296, 162, 90, 182, 306, 160, 275, 244, 122, 329, 98, 252, 124, 84, 279, 293, 308, 110, 294, 225, 229, 327, 129, 222, 248, 113, 60, 120, 85, 79, 328, 217, 335, 71, 115, 322, 201, 316, 231, 266, 272, 326, 332, 216, 218, 321, 56, 285, 250, 305, 100, 78, 44, 281, 191, 123, 74, 278, 274, 117, 96, 86, 61, 311, 81, 259, 260 e 213
Família M3 com médias inferiores à da testemunha BRs Querência
277

Tabela 4
Distribuição de 340 famílias mutantes M₃ em relação à testemunha BRS Querência para a massa de grãos da panícula principal. Universidade Federal de Pelotas, Pelotas (RS), 2015.

Massa de grãos da panícula principal
Famílias M3 com médias superiores à da testemunha BRs Querência
36, 34, 2, 28, 30 e 17
Famílias M3 com médias iguais à da testemunha BRs Querência (2,89 g)
1, 16, 236, 29, 206, 33, 339, 3, 18, 40, 38, 9, 15, 19, 197, 22, 176, 31, 205, 25, 43, 214, 37, 27, 232, 227, 132, 48, 223, 52, 203, 12, 289, 13, 237, 26, 196, 64, 51, 177, 239, 230, 21, 189, 55, 340, 45, 4, 11, 148, 179, 35, 187, 286, 147, 204, 209, 50, 153, 46, 215, 262, 265, 149, 10, 280, 253, 140, 75, 111, 212, 23, 300, 62, 240, 210, 8, 298, 207, 163, 185, 172, 194, 255, 313, 107, 188, 150, 234, 24, 173, 66, 152, 242, 245, 32, 268, 125, 5, 159, 291, 54, 41, 243, 167, 102, 238, 166, 251, 338, 99, 126, 7, 47, 199, 290, 226, 157, 135, 220, 175, 228, 155, 20, 42, 137, 164, 108, 161, 195, 76, 283, 219, 49, 67, 14, 323, 136, 184, 92, 94, 57, 73, 247, 105, 88, 198, 337, 273, 304, 292, 146, 257, 330, 193, 224, 320, 6, 241, 131, 178, 181, 144, 235, 211, 208, 65, 336, 312, 112, 77, 83, 264, 270, 89, 70, 288, 174, 287, 72, 271, 333, 53, 63, 127, 170, 284, 314, 334, 130, 103, 310, 246, 221, 118, 295, 143, 154, 261, 39, 128, 95, 183, 186, 315, 114, 180, 256, 58, 202, 59, 158, 139, 200, 307, 324, 82, 233, 267, 254, 106, 101, 142, 133, 331, 165, 303, 134, 263, 282, 116, 145, 301, 171, 156, 266, 302, 98, 168, 309, 80, 109, 192, 269, 151, 121, 252, 141, 325, 169, 249, 319, 68, 138, 87, 318, 299, 276, 69, 119, 162, 91, 296, 90, 244, 306, 182, 104, 93, 122, 329, 258, 275, 248, 190, 160, 225, 113, 293, 297, 229, 317, 308, 222, 217, 124, 129, 84, 85, 294, 327, 335, 120, 97, 328, 279, 201, 332, 110, 115, 79, 218, 71, 272, 316, 60, 321, 322, 231, 250, 56, 216, 326, 285, 100, 305, 281, 123, 44, 191, 74, 78, 117, 278, 96, 274, 61, 86, 311, 213, 259, 260, 277 e 81
Família M3 com médias inferiores à da testemunha BRs Querência
Nenhuma família apresentou média inferior à da testemunha

Tabela 5
Distribuição de 340 famílias mutantes M₃ em relação à testemunha BRS Querência para a largura da folha bandeira. Universidade Federal de Pelotas, Pelotas (RS), 2015.

Largura da folha bandeira
Nenhuma família apresentou média superior à da testemunha
Famílias M3 com médias iguais à da testemunha BRs Querência (1,67 cm)
46, 86, 93, 112, 9, 89, 139, 183, 129, 130, 196, 280, 17, 30, 47, 52, 79, 88, 102, 133, 178, 190, 236, 45, 48, 53, 58, 80, 91, 92, 105, 115, 122, 125, 137, 174, 177, 184, 185, 187, 336, 15, 29, 36, 64, 83, 87, 101, 103, 109, 111, 119, 168, 189, 206, 221, 227, 238, 245, 254, 313, 10, 25, 34, 39, 54, 66, 114, 124, 127, 132, 172, 180, 186, 195, 224, 260, 271, 16, 27, 28, 40, 43, 55, 82, 85, 94, 95, 98, 107, 108, 120, 141, 148, 149, 166, 203, 230, 243, 297, 1, 18, 22, 31, 35, 37, 42, 49, 50, 65, 69, 77, 99, 104, 126, 134, 146, 173, 179, 182, 202, 255, 262, 263, 298, 2, 12, 21, 26, 62, 68, 78, 84, 121, 123, 135, 152, 163, 171, 175, 228, 265, 270, 286, 287, 290, 295, 268, 3, 5, 8, 19, 23, 24, 41, 97, 110, 117, 118, 142, 144, 145, 161, 169, 170, 176, 194, 208, 209, 223, 226, 233, 246, 251, 256, 267, 274, 281, 315, 317, 7, 11, 32, 33, 38, 57, 59, 71, 72, 106, 131, 136, 138, 153, 165, 188, 214, 215, 237, 249, 258, 261, 273, 276, 288, 300, 305, 308, 314, 4, 20, 56, 113, 116, 156, 159, 200, 204, 205, 219, 235, 275, 277, 291, 306, 67, 70, 90, 96, 100, 150, 157, 167, 232, 244, 252, 283, 284, 285, 296, 302, 304, 310, 318, 324, 326, 73, 81, 147, 154, 162, 211, 241, 250, 259, 301, 307, 312, 338, 76, 128, 151, 155, 191, 197, 198, 199, 201, 218, 239, 240, 247, 266, 269, 279, 292, 293, 320, 322, 325, 60, 63, 207, 220, 222, 229, 231, 248, 257, 303, 311, 319, 330, 337, 6, 13, 61, 140, 158, 289, 294, 299, 323, 340, 14, 75, 164, 192, 193, 212, 282, 335, 216, 217, 234, 242, 316, 328, 332, 339, 210, 264, 331, 253, 272, 278, 333, 334, 321, 327, 309, 51, 181, 329, 74, 160 e 225
Família M3 com médias inferiores à da testemunha BRs Querência
213, 44 e 143

Tabela 6
Distribuição de 340 famílias mutantes M₃ em relação à testemunha BRS Querência para estatura de planta. Universidade Federal de Pelotas, Pelotas (RS), 2015.

Estatura de planta
Famílias M3 com médias superiores à da testemunha BRS Querência
33, 9, 36, 43, 26, 39, 47, 25, 48, 23, 17, 19, 46, 230, 11, 15, 29, 20, 37, 31, 40, 22, 45, 2, 5, 16, 52, 212, 223, 3, 24, 42, 84, 196, 12, 21, 34, 53, 66, 6, 7, 28, 262, 1, 8, 145, 18, 115, 41, 13, 178, 179, 4, 162, 204, 207, 222, 236, 60, 118, 205, 92, 202, 291, 259, 56, 215, 30, 287, 298, 283, 35, 38, 243, 177, 313, 10, 14, 51, 234, 255, 256, 307, 129, 188, 227, 297, 320, 143, 182, 140, 147, 271, 295, 104, 149, 172, 221, 245, 246, 263, 267, 272, 150, 315, 27, 32, 50, 132, 168, 218, 268, 301, 304, 314, 161 e 192
Famílias M3 com médias iguais à da testemunha BRs Querência (76,25 cm)
49, 185, 276, 299, 206, 261, 77, 187, 233, 316, 336, 281, 112, 241, 332, 70, 197, 122, 79, 183, 186, 214, 251, 266, 289, 300, 308, 311, 75, 91, 144, 148, 101, 105, 146, 253, 254, 280, 98, 158, 173, 238, 265, 194, 99, 114, 166, 176, 198, 136, 171, 330, 108, 124, 189, 235, 55, 191, 200, 226, 237, 264, 328, 152, 102, 107, 155, 224, 78, 103, 121, 228, 65, 81, 89, 100, 126, 248, 324, 193, 270, 305, 338, 151, 184, 275, 303, 310, 317, 63, 180, 76, 110, 113, 117, 244, 257, 258, 292, 294, 82, 83, 74, 95, 109, 142, 163, 286, 64, 116, 203, 240, 260, 273, 93, 111, 153, 54, 170, 174, 285, 309, 339, 125, 190, 239, 44, 130, 208, 269, 71, 169, 86, 73, 302, 326, 331, 229, 128, 225, 319, 325, 164, 159, 219, 157, 199, 220, 85, 139, 209, 247, 249, 284, 321, 131, 175, 61, 68, 282, 323, 327, 58, 127, 57, 217, 288, 87, 80, 154, 242, 277, 290, 306, 329, 201, 232, 322, 120, 278, 69, 279, 141, 312, 340, 106, 137, 94, 134, 59, 135, 318, 333, 97, 119, 165, 334, 195, 293, 72, 138, 216, 211, 252, 296, 337, 210, 62, 90, 167, 133, 96, 67, 156, 250, 274, 231, 335, 88, 181, 160, 123 e 213
Família M3 com médias inferiores à da testemunha BRs Querência
Nenhuma família apresentou média inferior à da testemunha

Em relação ao caráter comprimento da panícula principal (Tabela 2), pode-se observar que sete famílias obtiveram médias superiores à média da testemunha (24,72 cm), e apenas a família M₃ 213 apresentou comprimento de panícula principal inferior, sendo que as demais permaneceram na mesma classe da testemunha.

O comprimento da panícula é uma característica que se correlaciona positivamente com o número de grãos por panícula e, consequentemente, está associada ao rendimento de grãos (Ashfaq et al. 2012; Aditya e Bhartiya 2013; Ranawake et al. 2013). Logo, o mutagênico utilizado proporcionou um aumento significativo do comprimento da panícula principal de algumas famílias (M₃ 331, M₃ 335, M₃ 332, M₃ 277, M₃ 217, M₃ 336 e M₃ 218) que poderá estar correlacionado com um maior rendimento de grãos (Tabela 2).

Para o caráter peso da panícula principal (Tabela 3), quatro famílias (M₃ 36, M₃ 34, M₃ 28 e M₃ 2) apresentaram médias superiores à média da testemunha (3,19 g), e apenas uma família (M₃ 277) apresentou média inferior, sendo que as demais apresentaram o peso da panícula principal significativamente igual ao da testemunha..

O peso da panícula principal afeta direta e positivamente o rendimento de grãos e está correlacionado com o número e peso de grãos por panícula (Senapati et al. 2009; Abd Allah et al. 2010; Li et al. 2014), sendo uma característica desejável em programas de melhoramento de arroz.

Foi possível observar que as famílias que apresentaram um incremento no caráter peso da panícula principal também apresentaram uma massa grãos da panícula principal superior à da testemunha, sugerindo que a mutação interferiu no acúmulo de fotoassimilados (Tabelas 3, 4).

Para a massa de grãos da panícula principal (Tabela 4), o agente mutagênico utilizado proporcionou um incremento do caráter, sendo observadas seis famílias mutantes com desempenho superior ao da testemunha. Enquanto a testemunha apresentou uma massa de grãos média de 2,89 g, as famílias mutantes, superiores a esta, apresentaram um valor médio de 4,40 g. Essa superioridade observada nesses mutantes pode estar correlacionada com uma maior produtividade, visto que a massa de grãos é um dos principais componentes do rendimento (Jeng et al. 2006; Song et al. 2007; Hasan et al. 2013; Karim et al. 2014). Cabe salientar que esse aumento na massa de grãos da panícula principal será relevante desde que não ocorra redução em outros caracteres componentes do rendimento de grãos.

Para o caráter largura da folha bandeira (Tabela 5), o agente químico utilizado tendeu a atuar de forma negativa, sendo que foram verificadas três famílias com médias inferiores à da testemunha, e o restante das famílias apresentou médias significativamente iguais à da testemunha (1,67 cm). Características morfológicas de folhas, juntamente com níveis de clorofila, afetam a eficiência fotossintética das folhas, influenciando diretamente o rendimento dos grãos de arroz (Zhang et al. 2009). A largura da folha bandeira está correlacionada com o rendimento de grãos de arroz (Agahi et al. 2007; Aditya e Bhartiya 2013).

Em relação ao caráter estatura de planta (Tabela 6), 177 famílias apresentaram estatura média superior à da testemunha BRS Querência (76,25 cm), considerada um genótipo semianão. Nenhuma família apresentou média inferior, e as demais apresentaram estatura média significativamente igual à apresentada pela testemunha.

Os resultados observados sugerem que possivelmente o agente mutagênico promoveu alterações nos alelos que conferem a estatura baixa, provocando o aumento desta. O gene SD1-Semidwarf1, isolado a partir de arroz semianão, demonstrou estar relacionado com a biossíntese de giberelina (Monna et al. 2002; Sasaki et al. 2002), hormônio fundamental para o controle da estatura de plantas. Cabe salientar que a mutação sd1 é considerada recessiva (Ashikari et al. 2002).

Ao se compararem os resultados obtidos para os cinco caracteres avaliados no estudo, verificou-se que a estatura das plantas foi a característica mais afetada pelo agente mutagênico EMS, com maior número de famílias (52,05%) que se diferenciaram da testemunha BRS Querência (Tabela 6).

Conforme resultados obtidos por Martins et al. (2005), a indução de mutação ionizante foi eficiente na redução do caráter estatura de planta em genótipos de arroz. O emprego do agente mutagênico EMS em diferentes gerações de mutantes de arroz proporcionou um incremento do caráter estatura de planta, na dose de 0,04 M (Siddiqui e Singh 2010).

De forma geral, os programas de melhoramento de cereais tendem a selecionar plantas de baixa estatura, pois as com estatura elevada que não apresentam colmos grossos geralmente apresentam baixo potencial de rendimento e são mais suscetíveis ao acamamento (Ni et al. 2000). Contudo, as famílias que tiveram sua estatura aumentada não devem ser imediatamente descartadas, devendo ser considerados outros caracteres como espessura de colmo, por exemplo. Cabe salientar que plantas mais altas teriam o benefício de reduzir a quantidade e a qualidade de plantas daninhas (Balbinot Junior et al. 2003).

Muitos fatores influenciam na taxa de mutação induzida, tais como concentração do mutagênico, tempo de exposição ao mutagênico, tempo de lavagem, tipo de órgãos tratados (sementes ou pólen) e espécie ou genótipo escolhido. A estrutura da semente pode variar de espécie para espécie, o que também pode influenciar a eficácia do mutagênico. Por exemplo, sementes de arroz apresentam cascas, sendo que o produto químico aplicado precisa penetrar na casca primeiro, para depois interagir com o embrião e induzir a mutação (Xin et al. 2008).

O agrupamento dos genótipos pelo método de Tocher (Tabela 7) revelou a formação de sete grupos. O primeiro reuniu a maior parte das famílias mutantes juntamente com a testemunha BRS Querência; o segundo grupo foi formado por cinco famílias M₃331, M₃332, M₃335, M₃217 e M₃277); o terceiro agrupou três famílias (M₃ 44, M₃ 143 e M₃ 160); o quarto (M₃ 218 e M₃ 336) e o quinto (M₃ 89 e M₃ 219) foram formados por duas famílias cada, enquanto que o sexto e o sétimo ficaram com uma família cada (M₃ 213 e M₃ 289, respectivamente).

Tabela 7
Agrupamento das 340 famílias mutantes M₃ e a cultivar BRS Querência pelo método de Tocher baseado na distância de Mahalanobis, considerando-se caracteres avaliados nas famílias M₃. Universidade Federal de Pelotas, Pelotas (RS), 2015.

Grupos	Famílias
1		333		334		323		164		282		247		73		292		128		199		220		240		157		338		159
		198		76		155		330		310		325		319		241		269		136		70		151		229		154		57
		312		273		208		194		235		300		63		32		257		193		153		161		200		150		144
		163		99		268		226		251		283		142		261		170		173		188		146		314		244		324
		291		169		306		107		228		290		175		166		288		249		126		108		286		255		233
		270		49		301		315		295		267		116		275		256		307		246		298		287		224		148
		65		68		77		165		172		118		265		248		106		294		71		293		279		285		121
		238		135		59		152		134		127		209		50		263		114		318		111		158		179		10
		95		83		55		303		299		186		105		313		237		141		180		90		94		296		174
		189		109		85		113		201		202		182		221		326		102		101		103		124		145		24
		168		185		243		262		149		125		271		177		98		308		120		245		320		5		215
		92		187		304		162		276		191		8		4		252		322		72		184		305		69		302
		54		137		280		122		130		87		132		204		110		117		258		171		281		192		211
		119		195		227		147		207		176		41		104		203		140		58		53		27		328		35
		183		167		264		12		45		20		18		52		178		112		156		131		139		222		42
		31		230		37		91		316		66		138		284		234		56		100		21		60		97		216
		14		205		3		206		67		80		40		11		214		239		197		337		23		38		13
		75		223		62		6		15		236		19		340		250		321		254		96		309		129		311
		7		84		212		327		61		64		253		78		93		272		26		47		46		79		115
		133		25		48		22		190		29		329		30		231		317		266		260		43		196		39
		210		278		274		74		82		17		33		2		232		1		339		225		9		81		34
		123		297		259		86		242		51		181		36		16		28		88	341 (BRS Querência)
2		331		332		335		217		277
3		44		143		160
4		218		336
5		89		219
6		213
7		289

Em relação à contribuição relativa de cada característica para a dissimilaridade genética entre famílias mutantes (Tabela 8), foi verificado que as 340 famílias avaliadas juntamente com a testemunha apresentaram, em ordem decrescente de contribuição, as características comprimento da panícula principal, massa de grãos da panícula principal, largura da folha bandeira, estatura de planta e peso da panícula principal. Dentre estas, as características comprimento da panícula principal, massa de grãos da panícula principal e largura da folha bandeira contribuíram com 69,49% para a dissimilaridade genética; entretanto, os caracteres estatura de planta e peso da panícula principal contribuíram apenas com 30,51%.

Tabela 8
Estimativas da contribuição relativa de cada característica para a divergência genética entre as famílias mutantes de arroz com base na partição do total de D². Universidade Federal de Pelotas, Pelotas (RS), 2015.

Variável	S.j	Valor S.j (%)
Comprimento da panícula principal	129.199,84	31,07
Massa de grãos da panícula principal	80.291,68	19,31
Largura da folha bandeira	79.454,55	19,11
Estatura de planta	72.708,77	17,49
Peso da panícula principal	54.141,17	13,02

• S.j = Estimativas da contribuição relativa de cada característica.

O caráter que mais contribuiu para a dissimilaridade genética foi o comprimento da panícula principal (31,07%), com valores variando entre 36,07 cm (família M₃ 331) e 18,62 cm (família M₃ 213). A segunda variável em importância na contribuição da dissimilaridade genética foi massa de grãos da panícula principal (19,31%), com valores variando entre 4,58 g (família M₃ 36) e 1,67 g (família M₃ 81).

As variâncias (autovalores), as variâncias percentuais e as variâncias acumuladas das variáveis canônicas podem ser visualizadas na Tabela 9. Devido às estimativas dos autovalores, correspondentes às três primeiras variáveis canônicas, terem obtido 80,41% da variância total de caracteres analisados, foi possível explicar de maneira satisfatória a variabilidade manifestada entre as famílias mutantes avaliadas, sendo possível representá-las em um gráfico de dispersão tridimensional (Figura 1).

Tabela 9
Variância (autovalores), variâncias percentuais e variâncias acumuladas das variáveis canônicas, visando estimar a dissimilaridade entre as famílias mutantes de arroz. Universidade Federal de Pelotas, Pelotas (RS), 2015.

Variáveis canônicas		Variâncias (autovalores)		Variâncias percentuais		Variâncias acumuladas
1		1,51		42,11		42,11
2		0,73		20,32		62,43
3		0,64		17,97		80,41
4		0,42		11,78		92,19
5		0,28		7,81		100,00

Figura 1
Gráfico de dispersão de 340 famílias mutantes M₃ e a testemunha BRS Querência em relação aos escores das três primeiras variáveis canônicas (VC1, VC2 e VC3). Universidade Federal de Pelotas, Pelotas (RS), 2015.

A dispersão gráfica permitiu a separação das famílias mutantes em grupos, podendo ser utilizada como uma estratégia para selecionar famílias divergentes a serem utilizadas em cruzamentos artificiais em programas de melhoramento genético. Os grupos formados por meio da dispersão gráfica dos escores (Figura 1) seguiram a mesma tendência dos grupos obtidos pelo método de otimização de Tocher (Tabela 7), com exceção do grupo III (Tocher), que não foi separado pelo método das variáveis canônicas, pertencendo esses indivíduos ao grupo I.

O resultado similar obtido pelo método das variáveis canônicas fortalece a confiabilidade nos dados obtidos pela técnica de agrupamento de Tocher (Benitez et al. 2011).

CONCLUSÃO

A indução de mutação com EMS, concentração de 1,5%, é capaz de gerar mutantes com características superiores.

De um total de 340 famílias, para o caráter comprimento da panícula principal, sete (2,06%) obtiveram médias superiores à da testemunha; já para os caracteres peso da panícula principal e massa de grãos da panícula principal, foram observadas quatro (1,18%) e seis famílias mutantes (1,76%), respectivamente, com desempenho superior ao da testemunha.

Entre os caracteres, a estatura das plantas foi a mais afetada pelo agente mutagênico, o qual proporcionou o incremento do caráter.

Existe dissimilaridade genética entre as famílias mutantes de arroz, sendo que as características que mais contribuem para detecção de dissimilaridade genética são o comprimento da panícula principal, massa de grãos da panícula principal e largura da folha bandeira.

AGRADecImeNtos

Os autores agradecem ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) e à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio grande do Sul (FAPERgS) pelos auxílios e bolsas concedidas.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  Jan-Mar 2016

Histórico

• Recebido
  04 Jul 2015
• Aceito
  20 Jul 2015