Forestry's fertile crescent: the application of biotechnology to forest trees

Abstract

SummaryRelative to crop plants, the domestication of forest trees is still in its infancy. For example, the domestication of many crop plants was initiated some 10 000 years ago in the so-called 'Fertile Crescent' of the Middle East. By contrast, the domestication of forest trees for the purposes of producing more fibre began in earnest in the last half century. The application of biotechnology to forest trees offers a great potential to hasten the pace of tree improvement for desirable end uses. This review outlines some of the progress that has been made in the application of biotechnology to forest trees, and considers the prospects for biotechnologically based tree improvement in the future.

Shaping the multifunctional tree: the use of Salicaceae in environmental restoration

“…Currently a number of on-going research projects are exploring the possibilities to genetically modify poplars and willows for improving the productivity of trees by increasing their growth rates, altering wood quality and chemical parameters in desired ways for specific uses (e.g., to improve the cost efficiency of paper and pulp production), increasing their resistance to pests and herbicides, enhancing their tolerance of various kinds of abiotic stresses (e.g., extremes of climate change and associated increases in soil and air temperatures, drought frequency), controlling flowering and maturation, and optimizing their suitability for bio/phytoremediation of polluted land and water (Campbell et al 2003). In this sense, the agroforestry research community is called upon to generate appropriate networks and organize and coordinate initiatives for investigating plantation service supply, through a range of ecosystem models and scenarios of climate and land-use change.…”

Micropropagation of Araucaria excelsa R. Br. var. glauca Carrière from orthotropic stem explants

“…However, today research progress in forest trees has been hindered by their long life cycles, selfincompatibility, high heterozygosity and large genome. Progress has been made in forest tree breeding and genomics, for example; sequencing of Picea glauca and Pinus taeda genomes are in progress which would be highly valuable for breeding and biotechnological approaches (Campbell et al 2003;Neale and Kremer 2011). Plant tissue culture and genetic transformation methods offer an important option for effective multiplication and improvement of trees within a limited time frame.…”

Caracterização de perfis transcricionais de folhas e da região cambial de Eucalyptus grandis usando o SAGE

“…Incrementos ainda maiores na produtividade do setor florestal podem ser alcançados com o emprego de métodos biotecnológicos auxiliares aos programas de melhoramento que facilitem a seleção e produção de genótipos superiores. Neste sentido, a genética molecular oferece uma importante alternativa aos problemas comuns do melhoramento clássico de espécies arbóreas através da seleção assistida, que usa marcadores moleculares para alelos relacionados aos genes alvo, facilitando a seleção de genótipos superiores, e através da transformação genética, que possibilita alterar características da madeira em uma única geração através, por exemplo, da introdução de alelos dominantes (CAMPBELL et al, 2003).A seleção assistida baseia-se no fato de que para um gene ou um bloco de genes ligado a um marcador genético, a seleção através do marcador deve ser mais eficiente do que para a própria característica. O uso de marcadores moleculares pode possibilitar a seleção precoce de caracteres identificados somente na fase adulta, redução do tempo para obtenção de indivíduos superiores, monitoramento da herança dos alelos favoráveis, caracterização de populações de melhoramento, discriminação e verificação de clones elite e, ainda, a determinação de 24 paternidade em populações de melhoramento (FERREIRA & GRATTAPAGLIA, 1995).…”

“…A construção de mapas genéticos para espécies de Pinus, Eucalyptus e Populus, iniciou-se a partir da década de 90 baseando-se na combinação de marcadores dominantes de RAPD e AFLP (RITTER et al, 1990;GRATTAPAGLIA & SEDEROFF, 1994), passando a ser incrementada com informações de marcadores co-dominantes RFLP (BYRNE et al, 1995), e principalmente, de marcadores microssatélites, os quais possibilitaram a revelação de uma quantidade muito maior de polimorfismo permitindo uma maior eficiência na obtenção e validação de QTLs (BRONDANI et al, 1998). BRONDANI et al (2006), construíram o primeiro mapa de ligação de microssatélites para 234 loci cobrindo aproximadamente 90% do genoma de Eucalyptus.Neste estudo, foi demonstrado um conjunto de 41 microssatélites para genes e QTLs de características da madeira e florescimento representando, portanto, um importante marco na seleção assistida em espécies de eucalipto.A maioria dos estudos em genética molecular de árvores tem sido focada na alteração da composição química da parede celular, principalmente na quantidade e qualidade do conteúdo de lignina, através da transformação genética (CAMPBELL et al, 2003). Entretanto, estes trabalhos estão principalmente concentrados nas espécies de Populus, que possuem importância econômica equivalente à do eucalipto em diversos países europeus.…”

“…Além disso, o melhoramento convencional de espécies arbóreas é dificultado por uma série de fatores que em sua maior parte estão relacionados à biologia das árvores, tais como: longo ciclo de vida, maturação tardia, polinização cruzada, elevada heterozigosidade e conseqüente manutenção de alelos deletérios recessivos nas populações que levam a forte depressão por endogamia, além da necessidade de grandes áreas para os plantios experimentais (CAMPBELL et al, 2003). Incrementos ainda maiores na produtividade do setor florestal podem ser alcançados com o emprego de métodos biotecnológicos auxiliares aos programas de melhoramento que facilitem a seleção e produção de genótipos superiores.…”