Milho

Foto: Rosa Lía Barbieri

Milho

José Fernandes Barbosa Neto

Tatiana de Freitas Terra

Paula Wiethölter

Noryam Bervian Bispo

Maria Jane Cruz de Melo Sereno

O estudo das culturas aumentará imensamente. Uma nova espécie criada pelo homem será, de longe, objeto de estudo mais importante e interessante do que a maioria das espécies acrescidas à infinitude daquelas já domesticadas.
(Adaptado de Darwin, 1859).

Seguindo-se a base evolutiva de Darwin, é provável que o milho (Zea mays subsp. mays) represente um forte candidato a ser o objeto de estudo acima mencionado, pois, atualmente, segundo Messing e Dooner (2006), ele ocupa a terceira posição entre as espécies mais estudadas, perdendo somente para o homem (Homo sapiens) e o rato (Rattus spp.). Em 2002, o milho foi cultivado em, aproximadamente, 139 milhões de hectares, ocupando o terceiro lugar entre as mais cultivadas no mundo (BENNETT, 2004). Em 2005–2006, foi cultivado no Brasil em cerca de 13 milhões de hectares, produzindo em torno de 42,5 milhões de toneladas (INDICADORES DA AGROPECUÁRIA, 2008). Na Região Sul do País, a produção de milho está fortemente voltada para a alimentação de aves e de suínos. Dessa forma, a lavoura de milho é de extrema importância dentro do sistema de agroindústria brasileiro. Essa espécie apresenta importância fundamental não só por ser uma das principais fontes de alimento humano e animal, mas também por ter sido alvo de intensa pesquisa científica, a qual vem contribuindo para o aperfeiçoamento das técnicas empregadas em outras culturas de valor econômico.

As contribuições da pesquisa para essa espécie envolvem os estudos básicos de citogenética realizados por Bárbara McClintock (1929, 1930, 1931, 1932, 1933); de híbridos, feitos por East (1909, 1936); bem como os estudos evolutivos realizados por Doebley (DOEBLEY et al., 1984; DOEBLEY et al., 1990; DOEBLEY; STEC, 1991; DOEBLEY; STEC, 1993; DOEBLEY et al., 1994; DOEBLEY et al., 1995; DOEBLEY et al., 1997), entre muitos outros. Entretanto, apesar das intensas pesquisas realizadas por inúmeros grupos espalhados pelo mundo, ainda existem muitas dúvidas relacionadas à origem e à evolução do milho.

Os programas de melhoramento genético têm contribuído decisivamente para o aumento da qualidade e do rendimento de grãos na cultura do milho. Entretanto, para a constante elevação do potencial genético em novas variedades, é fundamental que a pesquisa produza, continuamente, populações com alta frequência de genes de interesse agronômico. Em razão disso, o investimento em pesquisas relacionadas a estudos evolutivos (taxonomia, citogenética, origem, domesticação, genética, distribuição mundial e variabilidade) é um desafio para o melhoramento genético desse cereal.

Este capítulo aborda importantes descobertas científicas a respeito da evolução do milho, as quais têm sido decisivas na construção do cenário atualmente encontrado.

Taxonomia da tribo Maydeae

Uma complexa e extensa história evolutiva, aliada à adaptação a uma ampla variabilidade de ambientes, contribui para as dificuldades de construção de um sistema taxonômico adequado (STEBBINS; CRAMPTON, 1961). Nessa perspectiva, encontra-se o milho, o teosinto e o Tripsacum, gêneros do Novo Mundo, pertencentes à tribo Maydeae, os quais possuem um histórico evolutivo e taxonômico extremamente conturbado.

O milho é taxonomicamente identificado como Zea mays L. subsp. mays (MACHADO; PATERNIANI, 1998; PATERNIANI; CAMPOS, 1999). Durante muitos anos, foi considerado uma espécie diploide que teria evoluído por meio de seleção e de recombinações entre genótipos (MANGELSDORF, 1974; GALINAT, 1977; GOODMAN, 1978). Entretanto, existem evidências de que o milho possui uma origem alotetraploide, tendo um número básico de cromossomos de x=5 (MOLINA et al., 1991; POGGIO et al., 1997; DOEBLEY et al., 1997; WHITE; DOEBLEY, 1998; GAUT et al., 2000). A existência de pareamento cromossômico durante a meiose de haploides, a associação secundária de bivalentes e a distribuição tridimensional em metáfases somáticas (em que os cromossomos formam quatro grupos de cinco cromossomos cada) foram observações decisivas relacionadas com a descoberta da poliploidia na espécie (NARANJO et al., 1990; POGGIO et al., 2000). Além dessas observações, há ainda diversos fatores genéticos que serão discutidos ao longo deste capítulo indicando que, provavelmente, o milho tenha surgido a partir do teosinto.

O teosinto é fortemente relacionado com o milho. As decisões em relação à taxonomia de ambos são complicadas em virtude de relatos conflitantes sobre o número de segmentos cromossômicos que os distinguem. Existem fortes evidências genéticas e citogenéticas de que milho e teosinto são extremamente aparentados. Os dois possuem 20 cromossomos, os quais são homólogos, cruzam facilmente e resultam em indivíduos férteis, além de haver a possibilidade de introgressão de genes de um para o outro (PAABO, 1999; PATERNIANI; CAMPOS, 1999; WANG et al., 1999).

O teosinto compreende indivíduos anuais (Zea mexicana, Zea parviglumis e Zea luxurians) e perenes (Zea diploperennis), com números cromossômicos de 2n=20 e 2n=40. Entretanto, alguns pesquisadores têm sugerido que o teosinto deveria ser considerado como conspecífico com Zea mays, e classificam os teosintos como Zea mays subsp. mexicana, Zea mays subsp. diploperennis, Zea mays subsp. parviglumis e Zea mays subsp. luxurians. Milho e teosinto apresentam diferenças de origens agronômicas, das quais a maior está na arquitetura de suas inflorescências (GALINAT, 1971). Avaliações genéticas efetuadas em teosinto têm mostrado que o loco tb1 do milho é o responsável pelas maiores diferenças morfológicas entre os dois, visto que, no processo evolutivo do milho, essas mudanças ocorreram por meio de pequenas alterações nesse loco (DOEBLEY; STEC, 1991).

Pesquisas científicas indicam que o gênero Tripsacum compreende espécies perenes, morfologicamente distintas, exibindo variados níveis de ploidia (2n=36, 54, 64 e 72). Essas espécies apresentam uma vasta área de distribuição (desde o Paraguai até o centro dos Estados Unidos). Existe grande variação na estatura das plantas, com indivíduos baixos e outros com tamanho muito superior ao do milho. Suas inflorescências diferem das do milho e do teosinto por estarem localizadas em afilhos separados.

Citogenética

A junção dos conhecimentos das áreas da genética com a de citologia, denominada citogenética, é definida como a correlação da genética e das características cromossômicas. A citogenética estuda qualquer comportamento relativo aos cromossomos, bem como suas variações durante a transmissão (meiose). Mesmo com o advento das técnicas moleculares atuando no mapeamento e no sequenciamento dos genomas, o uso de análises citogenéticas ainda é relevante (GILL; FRIEBE, 1998).

Análises pioneiras da morfologia dos cromossomos, realizadas por Bárbara McClintock (1929), demonstraram que os cromossomos de milho poderiam ser identificados na primeira mitose do micrósporo. Ainda nesse trabalho, a pesquisadora determinou a existência de knobs nos cromossomos – que posteriormente possibilitariam a classificação de diversas raças e variedades de milho por diferenciação em seu padrão. Em seguida, ficou evidenciado que a fase do paquíteno na meiose era a mais adequada para a análise dos cromossomos, por causa do seu estado menos condensado, permitindo a visualização de detalhes de sua morfologia. Em 1933, McClintock publicou o primeiro ideograma dos cromossomos paquitênicos, nos quais foram encontrados 11 knobs. Esse trabalho foi seguido por descrições detalhadas sobre a morfologia dos cromossomos de milho (RHOADES, 1955). A partir desses trabalhos, foi possível afirmar que os cromossomos do milho poderiam ser distinguidos por meio de: a) comprimento relativo; b) relação dos braços (índice que define a posição do centrômero); c) posição dos knobs; d) presença de determinados cromômeros mais evidentes; e) grau de heteropicnose em regiões adjacentes ao centrômero.

Knobs cromossômicos

Os knobs têm sido descritos como estruturas celulares de natureza heterocromática, presentes no núcleo das células de milho, localizados em posições fixas dos cromossomos e com função ainda muito discutida. Quando presentes nos cromossomos, os knobs representam uma característica constante, e sua herança é tão precisa quanto à de um gene. Dessa forma, essas estruturas podem ser utilizadas como marcadores citogenéticos em diversas investigações. Seu reconhecido papel está relacionado à formação de fibras cromossômicas extras em ambas as anáfases da meiose, quando o cromossomo 10 anormal está presente. Contudo, as inúmeras observações e constatações efetuadas a seu respeito evidenciam hoje que os knobs obedecem a padrões diversificados, os quais possibilitam correlacioná-los à origem do milho e de suas raças, à segregação de características agronômicas da cultura, além de ao cromossomo 10 anormal (AGUIAR-PERECIN, 1987). Análises da composição dos knobs têm sido amplamente discutidas, visando à resolução do problema da origem do milho (AGUIAR-PERECIN, 1987). Além disso, esses estudos também têm permitido desenvolver uma relação direta entre os knobs e determinados caracteres, como observado por Sachan e Nath (1994), que analisaram a relação entre o número de knobs com a elasticidade e a resistência das espigas em sete raças de milho. Os resultados indicaram que espigas macias e flexíveis estavam associadas com um baixo número de knobs, refletindo um baixo nível de introgressão de teosinto.

Cromossomos B

Os conjuntos cromossômicos do milho também se distinguem pela presença de cromossomos B, assim denominados por Randolph (1955), na intenção de diferenciá-los dos cromossomos A, do complemento normal. Os cromossomos B são diferentes dos elementos do complemento cromossômico normal (A), variando no número e no tamanho (geralmente são menores que os do complemento A). Além disso, também apresentam altos níveis de heterocromatização (AGUIAR-PERECIN, 1987). Segundo McClintock (1933), os cromossomos B não pareiam, na meiose, com segmentos dos cromossomos do grupo A, embora exibam pareamento não homólogo entre si.

Meiose

A meiose é um evento de alta estabilidade evolutiva. Em plantas alógamas, que apresentam uma heterozigosidade natural (como o milho), a meiose normal é garantida. Porém, se a heterozigosidade for quebrada pela endogamia, algumas anormalidades podem surgir com frequência. Muitas delas são causadas por mutações em genes ou em grupos de genes, que controlam cada fase da meiose. Sendo assim, a análise da divisão meiótica é importante em decorrência de uma série de fenômenos mecânicos e bioquímicos, de considerável complexidade, envolvidos no processo. O controle meiótico foi estudado por Golubovskya (1979), que descreveu mutantes meióticos (mei) naturais e induzidos, os quais afetavam muitas fases da meiose. Os mutantes mei podem induzir à esterilidade parcial ou completa dos grãos de pólen e/ou do óvulo. Entretanto, as mutações desse tipo não influenciam o desenvolvimento vegetativo das plantas e, dessa forma, não alteram seus fenótipos (GOLUBOVSKYA, 1989).

A microsporogênese do milho foi detalhadamente descrita por Chang e Neuffer (1989), que correlacionaram as consequências dos diferentes estádios do desenvolvimento, e diferentes agentes mutagênicos, com o desenvolvimento do pendão. Os estudos indicaram que mudanças morfológicas no comprimento do pendão, na flor e na antera estão diretamente relacionadas com seis estádios citologicamente definidos da microsporogênese, a saber: pré-meiose, meiose, estádio uninucleado, primeira mitose do pólen, segunda mitose do pólen e estádio de pólen maduro.

Alguns trabalhos têm descrito o comportamento das divisões mitóticas e meióticas no milho comum, com diferentes objetivos. Entre eles, Defani-Scoarize et al. (1996) analisaram a estabilidade meiótica em linhagens para o processo de desenvolvimento de híbridos, e observaram que é fundamental, embora dependa das características e do comportamento das combinações utilizadas. Análises citoplasmáticas em híbridos de milho–teosinto demonstraram a influência de um sobre o outro, para vários caracteres. Edwards et al. (1996) estudaram os efeitos do citoplasma do teosinto em caracteres quantitativos em duas linhagens de milho, e observaram que os genomas citoplasmáticos de teosinto interagiam com genomas nucleares de milho. Entretanto, os efeitos citoplasmáticos se mostraram menores e desfavoráveis no contexto de um programa de melhoramento de milho. Poggio et al. (1997) analisaram o comportamento meiótico e o conteúdo de DNA em linhas aloplásmicas de milho, no qual observaram que, ao combinar seus genótipos com o citoplasma do teosinto (Zea mays subsp. mexicana), vários caracteres herdáveis são afetados, resultando na modificação da estrutura e da função genômica.

Sendo assim, o entendimento da conexão evolutiva do milho com o teosinto em nível citogenético aumenta as possibilidades de uso do germoplasma do teosinto em hibridizações com o milho cultivado. Nesse procedimento, análises do comportamento meiótico das diferentes populações que serão introduzidas no programa de melhoramento são de importância fundamental, uma vez que constituirão blocos de cruzamentos que objetivarão aumentar o rendimento e a qualidade dos produtos a serem lançados no mercado.

Origem e domesticação

A idade estimada do milho é de 11 milhões de anos, e o seu surgimento teria resultado de um evento de poliploidização ocorrido após a divergência entre sorgo e milho, sendo considerado, portanto, um poliploide antigo (GAUT et al., 2000). A verdadeira origem do milho ainda não foi completamente elucidada. Entretanto, várias hipóteses têm sido descritas, com o objetivo de desvendar os mistérios em torno da origem dessa espécie, tais como:

1) “Evolução divergente”, que sugere que o milho, o teosinto e o Tripsacum se originaram de um ancestral comum, tendo o Tripsacum se diferenciado antes do milho e do teosinto (WEATHERWAX, 1954).

2) Inclusão do Tripsacum na origem do milho, em virtude da presença dos knobs. Segundo Reeves e Mangelsdorf (1942), o milho selvagem original era desprovido dessas estruturas e, ao ser hibridizado com o Tripsacum (que possui vários knobs terminais), resultou em um híbrido que se retrocruzou com o milho e deu origem ao milho cultivado. Dessa forma, os knobs que o milho e o teosinto possuem seriam originários do Tripsacum. Entretanto, uma série de autores discorda dessa teoria, principalmente em razão da disposição dos knobs, que, no Tripsacum, são terminais, enquanto no milho e no teosinto são intercalares (AGUIAR-PERECIN, 1987).

3) As diversas formas de milho indicariam uma evolução independente a partir de várias espécies ancestrais (GOODMAN, 1995). Entretanto, Matsuoka et al. (2002) discordaram dessa hipótese ao genotiparem, com microssatélites, diversos genótipos de milho coletados entre o Canadá e o Chile.

4) Existem diversos trabalhos indicando que o genitor do milho seria Zea mays subsp. mexicana ou Zea mays subsp. parviglumis, ambos conhecidos como teosintos (GALINAT, 1977; GALINAT, 1992; WHITE; DOEBLEY, 1998; PAABO, 1999; PATERNIANI; CAMPOS, 1999; TAKAHASHI et al., 1999; WANG et al., 1999; PIPERNO; FLANNERY, 2001). Essas espécies apresentam alguns caracteres em comum, como o mesmo número de cromossomos (2n=20), além de serem capazes de cruzar com o milho resultando em descendentes férteis na geração F1 (GOODMAN, 1995), apesar de já terem sido identificadas algumas barreiras entre elas (EVANS; KERMICLE, 2001; TERRA, 2004). Essa hipótese é, atualmente, a mais aceita, em virtude da definição de que são cinco os genes responsáveis pelas principais diferenças relacionadas com a morfologia do teosinto e do milho (SZABO; BURR, 1996), a qual tem sido reforçada por evidências moleculares que comprovam haver uma relação de ligação entre esses locos.

5) A última hipótese sugere que o milho, após a sua formação, teria passado por inúmeras alterações gênicas, tornando impossível uma correlação positiva de ancestralidade com qualquer espécie próxima (TAKAHASHI et al., 1999; POGGIO et al., 2000). Uma das explicações para esta última teoria pode estar relacionada com a intensa presença de elementos transponíveis no genoma do milho. Segundo Kidwell (2002), 60% do genoma do milho é constituído por esses elementos, caracterizados como agentes móveis do genoma que apresentam a habilidade de induzir diversos rearranjos cromossomais, tais como deleções, duplicações, inversões e translocações recíprocas (ZHANG; PETERSON, 1999), o que pode ter contribuído significativamente para a intensa diferenciação do milho em relação aos seus verdadeiros genitores (WHITE; DOEBLEY, 1998).

Entretanto, embora existam dúvidas a respeito da origem do milho, do teosinto e do Tripsacum, as hipóteses em geral concordam que o Tripsacum teria divergido primeiro, e o milho e o teosinto teriam se diferenciado mais tarde. Atuais evidências botânicas e arqueológicas, bem como trabalhos de melhoramento de plantas, demonstram que o milho e o teosinto continuaram a evoluir desde aquela época. Além disso, muitas raças de milho parecem ter sofrido introgressão com o teosinto (WELLHAUSEN et al., 1952). De qualquer maneira, há evidências genéticas e citológicas bastante contundentes de que o teosinto e o milho são muito próximos, e de que um entrou na rota evolutiva do outro (DOEBLEY et al., 1997).

De fato, não há informação conclusiva a respeito da real origem do milho cultivado. As especulações são muitas e com vários enfoques diferentes, mas ainda não é possível afirmar a partir de que espécie o milho evoluiu, e talvez isso nunca possa ser feito. Por um lado, isso se deve à possibilidade de os seus genitores estarem extintos, e, por outro, à possibilidade de, após a sua domesticação, o milho ter se diferenciado tanto a ponto de não ser possível estabelecer nenhuma relação direta de sua ancestralidade com a de outra espécie. Pode-se afirmar, no entanto, que entre as espécies mais próximas do milho cultivado, Z. mays subsp. parviglumis é a que mais se relaciona a ele (MATSUOKA et al., 2002).

Já em relação à domesticação da espécie, existem evidências indicando que ela teria ocorrido entre 7.000 e 10.000 anos atrás (DOEBLEY et al., 1994; WHITE; DOEBLEY, 1998), efetuada por americanos nativos que, via intensa seleção, tornaram o milho o principal cultivo de importantes civilizações, como a dos astecas, a dos maias e a dos incas (GALINAT, 1992; MACHADO; PATERNIANI, 1998; PATERNIANI; CAMPOS, 1999). Sendo assim, é importante ressaltar que a domesticação do milho contribuiu efetivamente para o seu desenvolvimento evolutivo, como se a ação humana tivesse, aos poucos, moldado ou até mesmo construído uma espécie por meio da seleção de características importantes durante milhares de anos, o que resultou em uma espécie de grande importância econômica mundial, porém extremamente dependente do homem.

Mesmo que existam incertezas relacionadas à verdadeira origem dessa espécie, não há dúvidas de que o milho é um cereal americano (com origem no México). Áreas de cultivo dessa espécie são mencionadas desde o Paraguai até a Colômbia, na América do Sul, assim como na Guatemala e no México, nas Américas Central e do Norte. Além disso, no continente americano, encontram-se os seus parentes selvagens mais próximos: os teosintos e o Tripsacum (PATERNIANI; CAMPOS, 1999).

Genética

O estreitamento genético observado entre teosinto e milho cultivado tem sido o foco principal de muitos estudos de genética e evolução. No entanto, uma das principais dúvidas concentra-se em determinar se a similaridade genética existente entre eles seria suficiente para concluir que o milho surgiu do teosinto num limite de tempo que varia de 6.000 a 10.000 anos atrás – quando a maioria das plantas cultivadas foi domesticada (DOEBLEY, 2004).

Os marcadores isoenzimáticos e moleculares baseados em proteínas e no DNA, respectivamente, têm possibilitado definir o grau de parentesco genético entre milho e teosinto, pois dados dessa magnitude ampliam consideravelmente o leque de opções na busca de estimativas do tempo de divergência entre os dois.

Análises isoenzimáticas visando à determinação da variação existente em populações de milho e de teosinto indicaram que as espécies Z. luxurians, Z. diploperennis e Z. perennis são fortemente diferenciadas do milho (DOEBLEY; GOODMAN, 1984). Z. mays subsp. mexicana e Z. mays subsp. parviglumis apresentaram alta similaridade, de modo que a última foi a mais relacionada, evidenciando que esse teosinto (parviglumis) seja, possivelmente, o mais relacionado e, dessa forma, o provável ancestral da espécie cultivada. Nesse sentido, Matsuoka et al. (2002), utilizando análises de DNA, realizaram um estudo de diversidade em milho e teosinto, o qual sugeriu um único evento de domesticação para o desenvolvimento do primeiro. As análises filogenéticas baseadas nos locos microssatélites concordaram com os dados obtidos com isoenzimas e evidenciaram que, em um único evento de domesticação, Z. mays subsp. mays derivou de Z. mays subsp. parviglumis. Esse mesmo trabalho indicou que o tempo de divergência entre as duas espécies é de, aproximadamente, 9.000 anos, conforme sugerido por evidências arqueológicas apresentadas por Piperno e Flannery (2001).

No processo de domesticação das espécies, uma parte restrita do pool gênico do ancestral selvagem é usada para criação da espécie cultivada. Essa redução no tamanho original da população pode ocasionar uma perda de variabilidade genética da cultura relacionada a esse ancestral. No caso do milho, dados isoenzimáticos indicam uma perda de, aproximadamente, 25% da variabilidade genética encontrada em Z. mays subsp. parviglumis (DOEBLEY, 1990). Essa perda, também analisada sob o ponto de vista do polimorfismo de sequências de nucleotídeos, apresentou dados consistentes com os citados anteriormente, ou seja, houve perda de cerca de 30% de variabilidade genética no milho (GOLOUBINOFF et al., 1993; HILTON; GAUT, 1998). O processo de perda de variabilidade durante a domesticação do milho tem sido tratado como um “gargalo de garrafa” (bottleneck). Análises efetuadas com simulações sobre o tamanho populacional versus a severidade do bottleneck sugerem que uma comunidade humana relativamente pequena, de uma restrita área geográfica, poderia estar envolvida na domesticação do milho, resultando em um tamanho populacional original bastante modesto (HILTON; GAUT, 1998).

Com o advento de evidências citogenéticas da estreita relação entre milho e teosinto, houve um aumento no interesse do entendimento da herança das diferentes características morfológicas existentes entre eles. Admitindo a natureza dinâmica do genoma do milho com a atividade vigorosa dos seus elementos transponíveis e a presença de dois subgenomas, as investigações visam à identificação de fatores de grande efeito, que representam blocos de genes ligados envolvidos na evolução do milho. Regiões genômicas associadas a características fenotípicas (Quantitative Traits Loci – QTLs) foram então determinadas, revelando que as principais características que distinguem milho e teosinto são controladas por cinco segmentos cromossômicos. Duas dessas regiões têm sido bem analisadas, e a dois locos têm sido atribuídas as principais diferenças. Um deles é encontrado no cromossomo 4 e foi denominado de teosinte glume architecture1 (tga1), responsável pelo controle de diferenças estruturais. O segundo loco está localizado no cromossomo 1 e é responsável por diferenças na arquitetura da planta, correspondendo a um fenótipo mutante de milho previamente descrito como teosinte branched1 (tb1), fazendo que as plantas de milho lembrem as de teosinto, no caso de manifestação homozigota recessiva (WHITE; DOEBLEY, 1998).

Uma das diferenças mais importantes entre milho e teosinto é a perda da debulha natural no primeiro, o que faz que o grão permaneça retido na espiga. Essa característica é determinante no sentido de se distinguir genótipos ainda silvestres de outros já domesticados. A perda da debulha natural resulta diretamente na dependência do homem para a perpetuação da espécie. Foi determinado que o efeito do alelo do milho do loco tga1 no genoma do teosinto está sob ação de um único QTL. Além disso, análises realizadas no tga1 têm revelado efeitos pleiotrópicos sob um grupo de caracteres (DORWEILER; DOEBLEY, 1997). Existem evidências indicando que ele atua como um loco regulatório sobre caracteres fundamentais para o desenvolvimento das plantas (DOEBLEY, 2004).

De maneira resumida, as funções do loco tb1 estão relacionadas com a repressão do desenvolvimento dos órgãos, podendo ser explicadas por mudanças no padrão espacial ou no nível de expressão do tb1. Em teosinto, o gene pode ser expresso em níveis reduzidos, ou não ser expresso nos primórdios que formam os ramos primários. Isso poderia permitir o desenvolvimento desses primórdios em ramos totalmente alongados. Assim, o processo evolutivo do milho necessitou de um aumento na expressão do tb1 nas ramificações axilares primárias e nas inflorescências terminais, de maneira que formassem pequenas espigas em um colmo não ramificado. Se o tb1 representa um QTL que foi alvo da seleção humana, então ele pode ser o marco desse processo seletivo passado, o qual refletiria nos seus padrões de diversidade nucleotídica (DOEBLEY, 2004).

Distribuição mundial, variabilidade genética e melhoramento genético

As primeiras descrições da presença do milho na costa norte de Cuba foram realizadas em 1492, indicando que, aparentemente, a descoberta da América teria permitido o primeiro contato do homem europeu com a espécie. Portanto, provavelmente Cristóvão Colombo teria sido o responsável pela dispersão da espécie, na Europa, ao regressar à Espanha, em 1493 (GOODMAN, 1987). As descrições realizadas pelos primeiros escritores e exploradores indicavam que o grão de milho era colorido, farináceo e de endosperma branco. A essas descrições muitas outras se seguiram, como a de grãos amarelos, alaranjados e, até mesmo, de endosperma duro, com variações de preto, vermelho ou roxo. Hoje, sabe-se que o milho varia de duro a dentado, e que sua coloração mais comum é a amarela (GOODMAN, 1995).

A variação genética presente na espécie está diretamente relacionada à alta capacidade de sua adaptação em ambientes de diferentes altitudes (de 0 a mais de 2.000 metros), bem como aos diversos caracteres selecionados pelo homem. Essa variabilidade genética pode ser visualizada nas inúmeras raças de milho existentes. Conforme Galinat (1992), pela ampla adaptação geográfica, e pela distribuição do milho pelos agricultores, a espécie se diferenciou em mais de 300 raças desde a época de Colombo. Conforme Harlan (1992), raças são tipos diferentes de populações de indivíduos dentro de uma mesma espécie. As diferenças podem estar relacionadas ao período de maturação, a características da espiga e do grão (Figura 1), à fisiologia, à genética e à citogenética, entre outras (WELLHAUSEN et al., 1951). De acordo com Yamasaki et al. (2005), as raças forneceram o material genético para o melhoramento da espécie, possibilitando melhorar caracteres relacionados com a adaptação e a produtividade agrícola, tais como a tolerância a estresses bióticos e abióticos. Os milhos dentados do México (Tuxpeño, Vandeño, Celaya, entre outros) e os seus derivados são os tipos agronomicamente mais importantes entre os vários grupos de raças amplamente disseminados (GOODMAN; SMITH, 1978). Provavelmente, os complexos raciais surgiram em razão das hibridações ocorridas entre o germoplasma local e o americano (PATERNIANI, 1998). Entretanto, além das hibridações, outras forças evolutivas, tais como seleção, mutação e migração, também contribuíram para a constituição das diferentes raças de milho.

Figura 1

Figura 1. Variabilidade genética, no grão, em variedades crioulas de milho.

Fotos: Paula Wiethölter

É interessante notar que, apesar de já terem sido descritas centenas de raças, a maioria delas descende, provavelmente, daquelas cultivadas pelas tribos indígenas durante muitos séculos, tais como: a) raça Moroti, pelos índios guaranis; b) raça Cateto, pelos tupis-guaranis; c) raça Entrelaçado, pelos xavantes; d) um tipo diferente de milho branco, farináceo e dentado, pelos índios caingangues (PATERNIANI; GOODMAN, 1977). Algumas dessas tribos localizavam-se a pequenas distâncias umas das outras, mas mantinham em cultivo somente os tipos de milho que se adequassem às suas necessidades e hábitos alimentares e culturais, o que comprovaria a importante participação dos índios no desenvolvimento de variabilidade genética na espécie.

Essas raças de milho representaram, por centenas de anos, uma importante fonte de alimento para inúmeras comunidades locais. Com a ascensão dos híbridos, entretanto, a maioria dos agricultores, tanto de grandes quanto de pequenas propriedades, deixaram de cultivar as raças crioulas, que apresentavam um rendimento de grãos inferior ao dos híbridos, situação essa que se mantém até hoje. Todavia, é inquestionável que o germoplasma do milho representa um grande banco de variação natural (PATERNIANI; GOODMAN, 1977) e, por essa razão, muitos grupos de pesquisa vêm trabalhando, já há algumas décadas, na identificação e na manutenção dessas variedades, para posterior utilização do germoplasma em programas de melhoramento da espécie.

Sem dúvidas, o sucesso da alta produtividade do milho está relacionado com o uso do vigor híbrido, resultado das melhores combinações entre diferentes linhagens. Sendo assim, desde as primeiras tentativas, ainda no início do século passado (HAYES; GARBER, 1919), os programas de melhoramento da espécie têm visado ao desenvolvimento de linhas endogâmicas que, ao serem cruzadas, resultam em híbridos superiores quando comparados àqueles de populações melhoradas. Conforme Miranda Filho e Viégas (1987), a introdução do milho híbrido na década de 1920 deu um grande impulso à agricultura moderna. Por sua vez, Poehlman e Sleper (1995) afirmaram que a principal contribuição do melhoramento de milho durante o século 20 foi para o desenvolvimento de uma infraestrutura de produção comercial de sementes híbridas, o que determinou alguns fatores como: incremento da produtividade, redução do ciclo, melhor sistema radicular combinado com colmos mais curtos e mais fortes (reduzindo o acamamento), e resistência a doenças e a insetos. Ainda conforme esses autores, nos últimos 50 anos o desenvolvimento e o uso de híbridos geneticamente melhorados, combinados com melhores práticas culturais, resultaram num aumento em torno de 340% no rendimento de milho nos Estados Unidos.

Perspectivas

Apesar das inúmeras descobertas realizadas em mais de um século de pesquisa sobre essa espécie de imenso valor econômico e experimental, ainda existem muitas questões a serem explicadas. Com o advento da biotecnologia, muitas características do genoma do milho têm sido identificadas, as quais auxiliam, em muitos casos, no entendimento do processo evolutivo dessa espécie. Por intermédio dessas tecnologias, tem sido possível identificar a constituição genômica da espécie, a qual apresenta um tamanho estimado de 2,5 gigapares de bases (SHAPIRO; STERNBERG, 2005). Desses, somente 1%, aproximadamente, representaria sequências gênicas (MEYERS et al., 2001), enquanto de 60% a 70% deles representariam sequências de DNA repetitivo (MEYERS et al., 2001; KIDWELL, 2002; HABERER et al., 2005), as quais, na sua maioria, são caracterizadas como retrotransposons (HABERER et al., 2005; SHAPIRO; STERNBERG, 2005). Tais informações têm levado muitos pesquisadores a buscar, nessas sequências não codificantes, respostas para muitas dúvidas evolutivas. A identificação de QTLs, controlando diferenças morfológicas entre milho e teosinto (BOMBLIES et al., 2003; DOEBLEY, 1995), também tem auxiliado a desvendar alguns mistérios envolvidos no processo evolutivo da espécie.

De maneira geral, é possível afirmar que o processo evolutivo do milho foi intensamente complexo, envolvendo seleção em diversos caracteres. Entretanto, apesar de o milho ser a terceira espécie mais estudada mundialmente, e de toda a biotecnologia disponível, há ainda muitas questões a serem elucidadas.

Referências

AGUIAR-PERECIN, M. L. R. Estrutura dos cromossomos do milho. In: PATERNIANI, E.; VIÉGAS, G. P. Melhoramento e produção do milho. Campinas: Fundação Cargill, 1987. 409 p.

BENNETT, M. D. Perspectives on polypiloidy in plants – ancient and neo. Biological Journal of the Linnean Society, Oxford, v. 82, p. 411-423, 2004.

BOMBLIES, K.; WANG, R. L.; AMBROSE, B. A.; SCHMIDT, R. J.; MEELEY, R. B.; DOEBLEY, J. Duplicate FLORICAULA/LEAFY homologs zfl1 e zfl2 control inflorescence architecture and flower patterning in maize. Development, Cambridge, v. 130, p. 2.385-2.395, 2003.

CHANG, M. T.; NEUFFER, M. G. Maize microsporogenesis. Genome, Ottawa, v. 32, p. 232-243, 1989.

DARWIN, C. The origin of species. New York: Mentor Books, 1859.

DEFANI-SCOARIZE, M. A.; PAGLIARINI, M. S.; AGUIAR, C. G. Meiotic behavior of inbred lines of maize (Zea mays L.). The Nucleous, Calcutta, v. 39, p. 10-18, 1996.

DOEBLEY, J. F. Molecular evidence and the evolution of maize. Economic Botany, Bronx, v. 44, p. 6-27, 1990.

DOEBLEY, J. F. The genetics of maize evolution. Annual Review of Genetics, Palo Alto, v. 38, p. 37-59, 2004.

DOEBLEY, J. F.; BACIGALUPO, A.; STEC, A. Inheritance of kernel weight in two maize – teosinte hybrid populations: implications for crop evolution. Journal of Heredity, Oxford, v. 85, p. 191-195, 1994.

DOEBLEY, J. F.; GOODMAN, M. M.; STUBER, C. W. Isozymic variation in Zea (Gramineae). Systematic Botany, Laramie, v. 9, p. 203-218, 1984.

DOEBLEY, J. F.; STEC, A. Genetic analysis of the morphological differences between maize and teosinto. Genetics, Baltimore, v. 129, p. 285-295, 1991.

DOEBLEY, J. F.; STEC, A. Inheritance of the morphological differences between maize and teosinte: comparison of results for two F2 populations. Genetics, Baltimore, v. 134, p. 559-570, 1993.

DOEBLEY, J. F.; STEC, A.; GUSTUS, C. Teosinto branched1 and the origin of maize: evidence for epistasis and the evolution of dominance. Genetics, Baltimore, v. 141, p. 333-346, 1995.

DOEBLEY, J. F.; STEC, A.; HUBBARD, L. The evolution of apical dominance in maize. Nature, Nova York, v. 386, p. 485-488, 1997.

DOEBLEY, J. F.; STEC, A.; WENDEL, J.; EDWARDS, M. Genetic and morphological analysis of maize-teosinte F2 population: implications for the origin of maize. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, Washington, v. 87, p. 9.888-9.892, 1990.

DORWEILER, J.; DOEBLEY, J. F. Developmental analysis of teosinto glume architecture1: a key locus in the evolution of maize (Poaceae). Americal Journal of Botany, Saint Louis, v. 87, p. 1.313-1.322, 1997.

EAST, E. M. Heterosis. Genetics, Baltimore, v. 21, n. 4, p. 375-397, 1936.

EAST, E. M. The distinction between development and heredity en inbreeding. The American Naturalist, Chicago, v. 43, n. 507, p. 173-181, 1909.

EDWARDS, J. W.; ALLEN, J. O.; COORS, J. G. Teosinte cytoplasmic genomes: I. performance of maize inbreds with teosinte cytoplasms. Crop Science, Madison, v. 36, p. 1.088-1.091, 1996.

EVANS, M. M. S.; KERMICLE, J. L. Teosinte crossing barrier 1, a locus governing hybridization of teosinte with maize. Theoretical and Applied Genetics, Berlin, v. 103, p. 259-265, 2001.

GALINAT, W. C. Evolution of corn. In: SPARKS, D. L. Advances in agronomy. London: Academic Press, 1992. 403 p.

GALINAT, W. C. The origin of corn. In: SPRAGUE, G. F. (Ed). Corn and corn improvement. Madison: American Society of Agronomy, 1977. 47 p.

GALINAT, W. C. The origin of maize. Annual Review of Genetics, Palo Alto, v. 5, p. 447-478, 1971.

GAUT, B. S.; MAUD, L. T.; PEEK, A.; SAWKINS, M. C. Maize as a model for the evolution of plant nuclear genomes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, Washington, v. 97, n. 13, p. 7.008-7.015, 2000.

GILL, B. S.; FRIEBE, B. Plant cytogenetics at the dawn of the 21st century. Current Opinion In Plant Biology, Oxford, v. 1, p. 109-115, 1998.

GOLOUBINOFF, P.; PAABO, S.; WILSON, A. C. Evolution of maize inferred from sequence diversity of an Adh2 gene segment from archaecological speciments. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, Washington, v. 90, p. 1.997-2.001, 1993.

GOLUBOVSKAYA, I. N. Genetic control of meiosis. International Review of Cytology, New York, v. 58, p. 247, 1979.

GOLUBOVSKAYA, I. N. Meiosis in maize: mei genes and conception of genetic control of meiosis. Advances in Genetics, London, v. 26, p. 149, 1989.

GOODMAN, M. M. A brief survey of the races of maize and current attempts to infer racial relationships. In: WALDEN, D. B. Maize Breeding and Genetics, New York, p. 143-158, 1978.

GOODMAN, M. M. História e origem do milho. In: PATERNIANI, E.; VIÉGAS, G. P. (Ed.). Melhoramento e produção do milho. 2. ed. Campinas, SP: Fundação Cargill, 1987. 409 p.

GOODMAN, M. M. Maize. In: SIMONS, N. W.; SMARTT, J. Evolution of crop plants. 2. ed. New York: Longman, 1995. 531 p.

GOODMAN, M. M.; SMITH, J. S. C. Botânica. In: PATERNIANI, E. Melhoramento e produção do milho no Brasil. Campinas, SP: Fundação Cargill, 1978. 650 p.

HABERER, G.; YOUNG, S.; BHARTI, A. K.; GUNDLACH, H.; RAYMOND, C.; FUKS, G.; BUTLER, E.; WING, R. A.; ROUNSLEY, S.; BIRREN, B.; NUSBAUM, C.; MAYER, K. F.; MESSING, J. Structure and architecture of the maize genome. Plant Physiology, Rockville, v. 139, n. 4, p. 1.612-1.624, 2005.

HARLAN, J. R. Crops and man. Madison: American Society of Agronomy, 1992. 284 p.

HAYES, H. K.; GARBER, R. J. Synthetic production or high protein corn in relation to breeding. Journal of the Americal Society of Agronomy, Madison, v. 11, p. 309-319, 1919.

HILTON, H.; GAUT, B. S. Speciation and domestication in maize and its wild relatives: evidence from the Globulin-1 gene. Genetics, Baltimore, v. 150, p. 863-872, 1998.

INDICADORES DA AGROPECUÁRIA. Brasília, DF: Conab, v. 17, n. 6, 2008. 67 p. Disponível em: <www.conab.gov.br>. Acesso em: 23 jun. 2008.

KIDWELL, M. G. Transposable elements and the evolution of genome size in eukaryotes. Genetica, Dordrecht, v. 115, p. 49-63, 2002.

MACHADO, C. T. T.; PATERNIANI, M. L. S. Origem, domesticação e difusão do milho. In: SOARES, A. C.; MACHADO, A. T.; SILVA, B. M.; WEID, J. M. von der. Milho crioulo: conservação e uso da biodiversidade. Rio de Janeiro: AS-PTA, 1998. 185 p.

MANGELSDORF, P. C. Corn: its origin, evolution and improvement. Cambridge: Harvard University Press, 1974. 262 p.

MATSUOKA, Y.; VIGOUROUX, Y.; GOODMAN, M. M.; SANCHEZ, J.; BUCKLER, E.; DOEBLEY, J. A single domestication for maize shown by multilocus microsatellite genotyping. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, Washington, v. 99, n. 9, p. 6.080-6.084, 2002.

McCLINTOCK, B. A correlation of ring-shaped chromosomes with variegation in Zea mays. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, Washington, v. 18, n. 12, p. 677-681, 1932.

McCLINTOCK, B. A cytological and genetical study of triploid maize. Genetics, Baltimore, v. 14, n. 2, p. 180-222, 1929.

McCLINTOCK, B. A cytological demonstration of the location of an interchange between two non-homologous chromosomes of Zea mays. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, Washington, v. 16, n. 12, p. 791-796, 1930.

McCLINTOCK, B. The association of non-homologous parts of chromosomes in the mid-prophase of meiosis in Zea mays. Zeitschrift fur Zellforschung und microskopische Anatomie, v. 19, n. 2, p. 191-237, 1933.

McCLINTOCK, B. The cytological identification of the chromosome associated with the R-G linkage group in Zea mays. Genetics, Baltimore, v. 16, n. 2, p. 175-190, 1931.

MESSING, J.; DOONER, H. K. Organization and variability of the maize genome. Current Opinion in Plant Biology, Oxford, v. 9, n. 2, p. 157-163, 2006.

MEYERS, B. C.; TINGEY, S. V.; MORGANTE, M. Abundance, distribution, and transcriptional activity of repetitive elements in the maize genome. Genome Research, Woodbury, v. 11, p. 1.660-1.676, 2001.

MIRANDA FILHO, J. B.; VIÉGAS, G. P. Milho híbrido. In: PATERNIANI, E.; VIÉGAS, G. P. (Ed.). Melhoramento e produção do milho. 2. ed. Campinas: Fundação Cargill, 1987. 409 p.

MOLINA, M. C.; POGGIO, L.; NARANJO, C. A. Cytogenetic analysis of the hybrids Zea mays ssp. mays x Z. mays ssp. parviglumis and Z. mays ssp. mays x Z. mays ssp. mexicana. Maize Genetics Cooperation News Letter, Missouri, v. 66, n. 107, p. 60, 1991.

NARANJO, C. A.; MOLINA, M. C.; POGGIO, L. Evidenciais de número básico x=5 em género Zea y su importancia em el estudio del origen del maíz. 1990. f. 43-53. Monografia – Academia Nacional de Ciencias Exactas Físicas y Naturales, Buenos Aires.

PAABO, S. Neolithic genetic engineering. Nature, New York, v. 398, n. 6.724, p. 194-195, 1999.

PATERNIANI, E. Diversidade genética e raças de milho no Brasil. In: SOARES, A. C.; MACHADO, A. T.; SILVA, B. M.; WEID, J. M. von der. Milho crioulo: conservação e uso da biodiversidade. Rio de Janeiro: AS-PTA, 1998. 185 p.

PATERNIANI, E.; CAMPOS, M. S. Melhoramento de milho. In: BORÉM, A. Melhoramento de espécies cultivadas. Viçosa: UFV, 1999. 817 p.

PATERNIANI, E.; GOODMAN, M. M. Races of maize in Brazil and adjacent areas. México: Centro Internacional de Mejoramiento de Maiz y Trigo, 1977. 95 p.

PIPERNO, D. R.; FLANNERY, K. V. The earliest archaeological maize (Zea mays L.) from highland Mexico: New accelerator mass spectrometry dates and their implications. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, Washington, v. 98, n. 4, p. 2.101-2.103, 2001.

POEHLMAN, J. M.; SLEPER, D. A. Breeding field crops. Iowa: Iowa State University Press, 1995. 494 p.

POGGIO, L.; CONFALONIERI, V.; COMAS, C.; GONZALEZ, G.; NARANJO, C. A. Evolutionary relationships in the genus Zea: analysis of repetitive sequences used as cytological FISH and GISH markers. Genetics and Molecular Biology, Ribeirão Preto, v. 23, n. 4, p. 1.021-1.027, 2000.

POGGIO, L.; ROSATO, M.; MAZOTI, L. B.; NARANJO, C. A. Variable meiotic behaviour among plants of an alloplasmic line of maize. Cytologia, Tokyo, v. 62, p. 271-274, 1997.

RANDOLPH, L. F. History and origin of corn. II. cytogenetic aspects of the origin and evolutionary history of corn. In: SPRAGUE, G. F. Corn and corn improvement. New York: Academic Press, 1955. p. 16-61.

REEVES, R. G.; MANGELSDORF, P. C. A proposed taxonomic change in the tribe Maydeae. American Journal of Botany, Saint Louis, v. 29, p. 815-817, 1942.

RHOADES, M. M. The cytogenetics of maize. In: SPRAGUE, G. F. Corn and corn improvement. New York: Academic Press, 1955. p. 123-219.

SACHAN, J. K. S.; NATH, Y. Interracial differences in mechanical properties of the cob in relation to knob composition. Maize Genetics Cooperation News Letter, Missouri, v. 68, p. 68-69, 1994.

SHAPIRO, J. A.; STERNBERG, R. Why repetitive DNA is essential to genome function. Biological Reviews of the Cambridge Philosophical Society, New York, v. 80, p. 227-250, 2005.

STEBBINS, G. L.; CRAMPTON, B. A suggested revision of the grass genera of temperate North America. Recent Advances in Botany, v. 1, p. 133-145, 1961.

SZABO, V. M.; BURR, B. Simple inheritance of key traits distinguishing maize and teosinte. Molecular General Genetics, Berlin, v. 252, p. 33-41, 1996.

TAKAHASHI, C.; MARSHALL, J. A.; BENNETT, M. D.; LEITCH, I. J. Genomic relationships between maize and its wild relatives. Genome, Ottawa, v. 42, p. 1.201-1.207, 1999.

TERRA, T. F. Análises citogenéticas e moleculares em populações de milho (Zea mays L.), teosinto (Zea mexicana) e em híbridos entre as duas espécies. 2004. 67 f. Dissertação (Mestrado) – Programa de Pós-Graduação em Fitotecnia, Faculdade de Agronomia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre.

WANG, R. L.; STEC, A.; HEY, J.; LUKENS, L.; DOEBLEY, J. The limits of selection during maize domestication. Nature, New York, v. 398, p. 236-239, 1999.

WEATHERWAX, P. Indian corn in old America. New York: Macmillan, 1954. 253 p.

WELLHAUSEN, E. J.; ROBERTS, L. M.; HERNÁNDEZ, X. E. Races of maize in Mexico. Cambridge: Harvard University Press, 1952. 223 p.

WELLHAUSEN, E. J.; ROBERTS, L. M.; HERNÁNDEZ, X. E. Razas de maiz en México. México: Secretaria de Agricultura Y Ganaderia, 1951. 237 p.

WHITE, S. E.; DOEBLEY, J. F. Of genes and genomes and the origin of maize. Trends in Genetics, Oxford, v. 14, n. 8, p. 327-332, 1998.

YAMASAKI, M.;TENAILLON, M. I.; BI, I. V.; SCHROEDER, S. G.; SANCHEZ-VILLEDA, H.; DOEBLEY, J. F.; GAUT, B. S.; McMULLEN, M. D. A large-scale screen for artificial selection in maize identifies candidate agronomic loci for domestication and crop improvement. The Plant Cell, Rockville, v. 17, p. 2.859-2.872, 2005.

ZHANG, J.; PETERSON, T. Genome rearrangements by nonlinear transposons in maize. Genetics, Baltimore, v. 153, p. 1.403-1.410, 1999.