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3.JUstificativa
O melhoramento genético é uma das práticas mais importantes da agricultura e pecuária, estando diretamente ligado com a segurança alimentar. No processo moderno de melhoramento genético (animal ou vegetal) duas etapas primordiais nas fases iniciais dos projetos, referem-se: 1) a caracterização fenotípica (“aquilo que se vê”), por medições morfológicas de maneira expedita, feitas a olho nú e/ou através do uso de equipamento de laboratório, e, 2) numa segunda etapa, a análise do genoma destes mesmos indivíduos, através de técnicas de biotecnologia. De maneira geral, estas atividades demandam mão de obra técnica com grande nível de especialização e treinamento, mesclando prática e embasamento científico. Essa formação é necessária para a elaboração do “desenho experimental” e principalmente, nos casos de avaliações genéticas, para a correta elaboração do “delineamento genético em conjunto com o desenho experimental”.
Muitas destas atividades de caracterização fenotípica exigem instalações adequadas, como por exemplo câmaras de crescimento em condições controlas (BOD), instalações de hidroponia, casa de vegetação, etc. Já para etapas de caracterização genética de cultivares, acessos, linhagens, populações segregantes, etc., são necessários equipamentos adequados, como ultra-freezer, instalações e ferramentas para extração de DNA e/ou RNA, bem como equipamento para a produção de grandes quantidades de DNA/RNA amplificados para análise, através de equipamentos como termocicladores e/ou PCR em tempo real (Real Time PCR). Ainda, a caracterização genética pode ser feita em empresas nacionais e internacionais que prestam o serviço de genotipagem em grande escola. Entretanto, nesse caso, os dados são entregues “brutos”, sem nenhuma análise e/ou interpretação. Finalmente, a parte primordial, que é a etapa conclusiva de qualquer uma das estratégias/atividades descritas anteriormente, é o tratamento dos dados, através de análises de biometria e/ou bioinformática. Atualmente esta etapa tem apresentado crescente demanda por especialistas na execução das análises e interpretação dos resultados. O grupo de pesquisa do Centro de Genômica e Fitomelhoramento (Departamento de Fitotecnia - FAEM /UFPel), atualmente tem acúmulo de conhecimento que possibilita atender estas “possíveis” demandas, oportunizando a aproximação de empresas e/ou demais grupos de pesquisa que tenham demanda pela execução desses serviços. Diante do exposto, o principal objetivo deste projeto é a prestação de serviços a instituições públicas, instituições privadas e/ou pessoas físicas. Dentre os serviços disponíveis estão análises estatísticas e interpretação de dados de experimentos; análises de bioinformática, genômica, marcadores moleculares, fenotipagem; treinamento em conteúdo específicos da área de melhoramento vegetal, genômica e biotecnologia, experimentação e bioinformática. Ao final de cada ano, será contabilizada a demanda do serviço através do número trabalhos executados. Os resultados dos trabalhos prestados objetivam fornecer informações e subsídios para os demandantes, treinamento e transferência de conhecimento, oportunizar a estudantes de pós-graduação uma maior aproximação com empresas e demais instituições de pesquisa. Também é importante esclarecer que, os possíveis recursos obtidos com esse projeto terão aplicação na melhoria e manutenção de equipamentos, computadores, compra de reagentes e/ou adubos e defensivos para a execução de experimentos e teses do grupo.

3.1)Genômica e marcadores moleculares
Atualmente com o desenvolvimento de novas técnicas de sequenciamento genômico, muitas estratégias tem sido utilizado para prever o potencial genético dos individuos de maneira automatizada. Nessa rápida geração de grandes quantidades de dados predizendo sistemas genéticos, a análise e interpretação desses dados usando conhecimentos estatísticos e computacionais, transformaram o melhoramento genético em uma ciência rica em informações. Nesse sentido, a integração e a interpretação de grandes quantidades de dados direcionam o desenho e a natureza de novas hipóteses científicas e a aplicação dos resultados existentes (Halewood et al., 2018).
Dentro desta questão, o tratamento e análise desses dados, recentemente gerou uma nova área do conhecimento, que tem sido descrita como “bioinformática”. Embora muitos dos algoritmos, técnicas e modelos estatísticos utilizadas nas análises de “bioinformática”, “big data” e mineração de dados (“data mining”) sejam de conhecimento já amplamente difundido, ainda é fato que poucos técnicos e/ou poucas instituições e/ou empresas estão aptos para a análise adequada dessas informações.
Nosso grupo de pesquisa (CGF – FAEM -UFPel) atualmente tem razoável conhecimento e capacidade para tratamento e análise deste tipo de informação, assim como para treinamento de pessoal nessa área.

3.2)Fenotipagem, Experimentação e Biometria
Para Cruz (1998), uma maneira de se aumentar a chance de êxito nos programas de melhoramento é a realização de experimentos fidedignos, dos quais são obtidos grandes volumes de dados experimentais. O processamento adequado destes dados possibilita que os parâmetros genéticos sejam estimados e os fenômenos biológicos sejam interpretados.
A realização destes tipos de experimentos deve ser precedida de conhecimento prévio de “delineamentos genéticos” e “experimentais” adequados para cada ocasião. Posteriormente a execução dos experimentos de fenotipagem, a análise destes experimentos demanda o conhecimento de aplicações e ferramentas computacionais adequadas.
Dentro desse contexto, nosso grupo de pesquisa CGF, tem conhecimento e aprimorados protocolos para análises de diferentes demandas técnicas na área de melhoramento vegetal, avaliação de germoplasmas e genética quantitativa (biometria).

3.3)Identificação de genes candidatos, transgenia e edição de genomas
O melhoramento convencional, cruzamento seguido de seleção em populações segregantes, pode ser auxiliado por diferentes ferramentas de biotecnologia. Dentre essas ferramentas se pode citar o mapeamento de QTLs (locos de caracteres quantitativos), a obtenção do perfil transcricional em diferentes condições de crescimento, a transgenia e a edição de genomas.
O mapeamento de QTLs responsáveis pelo controle de diferentes características de importância agronômica pode ser obtido por meio mapeamento genético utilizando populações biparentais ou mapeamento associativo (GWAS do inglês Genome Wide Association Study) explorando a variabilidade genética disponível na espécie (Navarro et al. 2022). O perfil transcricional de genes sob diferentes condições estressantes pode ser obtido principalmente por análises em PCR em tempo real (análise de genes específicos) ou RNASeq (análise global) (Coenye 2021). Essas duas ferramentas permitem a seleção de genes candidatos, que podem ser manipulados via transgenia ou edição de genomas visando o desenvolvimento de plantas superiores.
A transgenia é uma ferramenta que tem minimizado as perdas de rendimento das culturas ocasionadas pelo ataque de pragas e doenças, competição com plantas daninhas e ocorrência de estresses abióticos (Lloyd e Kossmann, 2021). A transformação de plantas ou transgenia se refere a introdução de DNA no genoma da planta. As duas formas mais comuns para a transformação de plantas são através da bactéria patogênica vegetal Agrobacterium tumefaciens e por meio de bombardeamento de micropartículas. Esses métodos inserem o DNA de modo aleatório no genoma (Dong e Ronald, 2021). Apesar dos benefícios trazidos pelos transgênicos, existem regulamentações sobre Organismos Geneticamente modificados que restringem seu desenvolvimento, comercialização e uso na agricultura. A percepção do público em geral também é negativa, levando a um afastamento desses alimentos (Gong et al. 2021).
A edição de genomas permite que os melhoristas manipulem o genoma das culturas a nível de nucleotídeo, com alta precisão. Particularmente, a abordagem de edição) derivada de procariotos, CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) associada a enzima Cas (CRISPR associated protein) foi considerada um ponto de virada para uma nova era do melhoramento genético. Cas9 e Cas12 são duas nucleases guiadas por RNA que mediam a edição de genomas (Gong et al. 2021). Entretanto, a integração da construção no genoma levanta preocupações em relação aos organismos geneticamente modificados. Portanto, estratégias têm sido desenvolvidas para remover ou evitar a integração da construção no genoma, dentre as quais se pode citar segregação de transgenes via segregação genética, expressão transiente da construção e utilização de ribonucleoproteínas (Gu et al. 2021).
O grupo de pesquisa tem condições técnicas para preparar DNA (extração e quantificação) para posterior genotipagem, e executar análises de estatística e bioinformática (dados genotípicos e fenotípicos) para mapeamento genético. No caso das análises de expressão gênica, a equipe tem capacidade para preparar RNA (extração e quantificação) para posterior análise de RNASeq. Além disso, tem condições de executar experimento de PCR em tempo real, o que incluí extração de RNA, síntese de cDNA e análise propriamente dita. Adicionalmente, o grupo de pesquisa pode ministrar cursos e treinamentos para formação de recursos humanos na área de mapeamento genético, perfil transcricional, transgenia e edição de genomas.

4.Metodologia
4.1) Serviços de Análise de dados:
1)prestação de serviços de análise de dados de experimentos de campo;
2)prestação de serviços de análise de dados de sequenciamento de genomas;
3)prestação de serviços de análise de dados de transcriptomas/RNAseq;
4)prestação de serviços de análise de dados de genética quantitativa;
5)prestação de serviços de análise de dados e mapeamento genético/QTLs;
6)prestação de serviços de demais análises de bioinformática;

Metodologia para desenvolvimento das atividades:
**Para execução destas análises de serão utilizados computadores portáteis e computador servidor pertencentes ao CGF.
**A remuneração pelos serviços prestados será remunerada em valores de R$ 200 por hora de trabalho.
*** As atividades presenciais serão efetuadas conforme as normativas vigentes na UFPel, respeitando as normas de restrições e requerimentos impostos pelo Comitê Covid.


4.2) Serviços de Biologia molecular;
7)prestação de serviço –prestação de serviço de extração de RNA, quantificação, análise de qualidade, síntese de cDNA;
8)prestação de serviço – prospecção de marcadores para expressão gênica: análise estrutural de genes, desenho de primers, validação experimental;
9)prestação de serviço – análises de expressão gênica: quantificação da expressão relativa de genes em PCR em tempo real (Realtime) e análise de dados;
10)prestação de serviço –prestação de serviço de extração de DNA, quantificação, análise de qualidade, etc..;
11)prestação de serviço – execução de protocolos para análises de DNA utilizando marcadores moleculares (genotipagem);
12) prestação de serviço – demais análises com diferentes tipos de protocolos de biologia molecular nos laboratórios CGF;

Metodologia para desenvolvimento das atividades:
**Para execução destas análises de serão utilizadas instalações de equipamentos (ultra-freezer, termoclicadores, freezer, cubas de eletroforese e Termociclador RealTime) pertencentes ao CGF.
**As remunerações pelos serviços prestados serão em valores de R$ 200 por hora de trabalho.
*** As atividades presenciais serão efetuadas conforme as normativas vigentes na UFPel, respeitando as normas de restrições e requerimentos impostos pelo Comitê Covid.


4.3) Cursos
13)Análises de experimentos de campo;
14)Análises de bioinformática (genômica e/ou transcriptomica);
15)Genética quantitativa;
16)Mapeamento genético/QTLs;
17)Atualizações em temas de bioinformática;
18) Extração de RNA, quantificação, análise de qualidade, síntese de cDNA;
19)Prospecção de marcadores para expressão gênica: análise estrutural de genes, desenho de primers, validação experimental;
20)Análises de expressão gênica: quantificação da expressão relativa de genes em PCR em tempo real (Realtime) e análise de dados;
21) Extração de DNA, quantificação, análise de qualidade, etc..;
22)Protocolos para análises de DNA utilizando marcadores moleculares (genotipagem);

Metodologia para desenvolvimento das atividades:
**Estas atividades poderão ser executadas nas instalações da UFPel e/ou em instalações de empresas, demais universidades, cooperativas, etc..
**Conforme definições da UFPel, as atividades poderão ser desenvolvidas em três modalidades: presencial, á distancia ou semipresencial.
**Conforme definições da UFPel, as atividades poderão ser nas modalidades: INICIAÇÃO (Cursos introdutórios, com carga horária de até 30 horas), ATUALIZAÇÃO (Cursos com objetivo de reciclar e/ou atualizar conhecimentos ou técnicas - com carga horária acima de 30 hr e abaixo 180 horas) ou TREINAMENTO E QUALIFICAÇÃO PROFISSIONAL (Curso com objetivo de treinar, qualificar e capacitar profissionais - com carga horária mínima de cento e oitenta 180 horas).
**As remunerações pelos serviços prestados serão em valores de R$ 200 por hora de trabalho.
*** As atividades presenciais serão efetuadas conforme as normativas vigentes na UFPel, respeitando as normas de restrições e requerimentos impostos pelo Comitê Covid.

5) Indicadores, metas e resultados
-Difusão de técnicas junto a empresas, cooperativas e técnicos ligadas a agricultura, melhoramento genético e biotecnologia
- Treinamento de alunos em nível de graduação
- Treinamento de alunos em nível de mestrado
- Treinamento de alunos em nível de doutorado
- Treinamento de alunos em nível de pós-doutorado