Foto: Rosa Lía Barbieri
Maria Teresa Schifino-Wittmann
Ionara Fátima ConteratoO gênero Lupinus L. pertence à família Leguminosae, subfamília Faboideae, tribo Genisteae (Adans.) Benth., subtribo Lupininae (Hutch.) Bisby (BISBY, 1981).
Algumas espécies são utilizadas na alimentação humana e animal há muito tempo. Por exemplo, a L. albus L., popularmente conhecida como tremoço (citado até mesmo na Bíblia), tem sido cultivada desde a Antiguidade na região do Mediterrâneo e pode ser considerada uma cultura característica dessa região. Sua fervura remove os alcaloides e permite o seu consumo. Sementes bem preservadas foram identificadas em remanescentes da época da ocupação do Egito pelos romanos e até da Idade do Bronze (ZOHARY; HOPF, 2000). O papel dos lupinos como potentes restauradores da fertilidade do solo também é reconhecido há muito tempo. Além de para outros fins, muitas espécies são empregadas para fins ornamentais, em virtude da extrema beleza e atratividade de suas flores.
Do ponto de vista acadêmico, a ocorrência de dois grupos de espécies, no Velho Mundo e nas Américas, com algumas características bem distintivas, aliada às questões de sua origem e diferenciação, faz do estudo desse gênero um fascinante tema para botânicos, geneticistas e evolucionistas.
Neste capítulo, será apresentada uma revisão da importância econômica, da taxonomia, da origem e evolução e de aspectos gerais do melhoramento de espécies de Lupinus. Também serão mencionadas as informações recentemente obtidas sobre citogenética e sistemática molecular.
Diversas espécies de Lupinus evoluíram como culturas utilizadas pela humanidade, cultivadas, principalmente, por causa da alta concentração de proteína de suas sementes. Outras espécies anuais e perenes foram e são cultivadas por sua capacidade de fixação de nitrogênio, como forragem verde e seca para animais e como plantas ornamentais (HILL, 1995).
As mais conhecidas e importantes são: o lupino-branco ou tremoço-branco (L. albus L.), o lupino-azul ou tremoço-azul (L. angustifolius L.) e o lupino-amarelo ou tremoço-amarelo (L. luteus L.). Todas crescem vigorosamente e produzem sementes grandes e atrativas. O consumo das sementes é dificultado pela presença de alcaloides amargos, que podem ser removidos parcialmente por fervura e, mais efetivamente, pela seleção de linhas doces, ou seja, com baixos teores de alcaloides (HOVELAND; TOWSEND, 1985; ZOHARY; HOPF, 2000), porém menos resistentes a doenças e a ataques de herbívoros (SÁNCHEZ et al., 2005).
Historicamente, sementes de legumes têm sido utilizadas na nutrição humana e animal, em virtude do alto conteúdo de proteína e de óleo (MAKRI et al., 2005). Sementes da espécie L. albus, cultivada na Turquia, mostraram possuir alta quantidade de proteína (32,2%), fibras (16,2%), óleo (5,95%) e açúcar (5,82%) (ERBAS et al., 2005).
Análises químicas e nutricionais em variedades de L. luteus, L. angustifolius e L. albus, coletados na Polônia, mostraram que a concentração de proteína das sementes analisadas foi maior que em muitas leguminosas. L. albus apresentou conteúdo de proteína em torno de 465 g/kg, e L. luteus de, aproximadamente, 115 g/kg de óleo. Dados sobre a composição química e os aminoácidos das proteínas tornam os lupinos-brancos, seguidos pelo lupino-azul e pelo lupino-amarelo, adequado para a alimentação animal, bem como para produção de concentrados proteicos que facilitam o processamento de alimentos para uso na nutrição animal e humana (SUJAK et al., 2006).
As principais substâncias antinutricionais encontradas nas sementes de lupino são alcaloides quinolizidínicos, que deixam as sementes não palatáveis e, algumas vezes, tóxicas (MICHAEL, 2003). Esse grande grupo de alcaloides, presente nos lupinos em geral (WINK et al., 1995), é o único com clara função ecológica na defesa da planta, contra insetos e herbívoros. Em L. albus, L. angustifolius e L. campestris Cham. e Schltdl., algum grau de transformação de alcaloides em outros compostos mais biorreativos, como ésteres, ocorre durante a germinação. A síntese de alcaloides ocorre no estroma do cloroplasto das folhas e segue uma biossíntese altamente regulada, com posterior armazenagem nos vacúolos (SÁNCHEZ et al., 2005). Folhas e brotos são os principais locais de síntese, com posterior transferência para flores, legumes e sementes (ALLEN, 1998).
Apesar de esses alcaloides, como esparteína, lupanina e hidroxilupanina, tornarem as sementes impróprias para consumo, as linhas de lupinos-brancos doce, selecionadas para baixo conteúdo de alcaloide, apresentam digestibilidade in vivo similar à da alfafa, apesar de consumo inferior. Nos Estados Unidos, os lupinos eram uma cultura economicamente importante até a década de 1950, quando o barateamento dos adubos nitrogenados levou ao declínio de seu cultivo. Cultivares doces de L. angustifolius são ainda comumente cultivadas como forragem nos Estados Unidos (HOVELAND; TOWNSEND, 1985).
A despeito do grande número de espécies americanas, L. mutabilis Sweet é a única domesticada e cultivada para grãos, sendo até mesmo usada na alimentação humana pelos povos pré-colombianos. Distribui-se da Colômbia ao norte da Argentina, mas seu cultivo é mais importante no Equador, no Peru e na Bolívia. Suas sementes são de alta qualidade, com 25% a 50% da matéria seca de proteína e 14% a 24% de óleo (HARDY et al., 1997). Como a utilização de suas sementes na alimentação também requer um intenso processo para remoção dos alcaloides, têm sido buscados mutantes, assim como têm sido desenvolvidas linhas doces por melhoramento genético (GLADSTONES, 1998). Também é cultivada como ornamental em outros locais, por serem suas flores atrativas e perfumadas.
L. arboreus Sims, nativa da Califórnia, também conhecida como lupino arbóreo, tornou-se naturalizada no Chile e na Nova Zelândia, onde é utilizada para estabilização de dunas costeiras (HOVELAND; TOWNSEND, 1985).
A bluebonnet (L. texensis Hook. e outras espécies do gênero) é considerada a flor oficial do Estado do Texas e tem sido adotada como tal pela legislação de 1901. Floresce na primavera e adorna as beiras de estradas e os campos com suas flores de tons azul-intenso e branco.
O lupino híbrido Russel foi desenvolvido por um horticulturalista inglês, George Russel, e liberado em 1937 para a coroação do rei George VI. Como Russel não fez polinizações controladas, ninguém tem certeza dos genitores exatos. Supõe-se que sejam as espécies norte-americanas L. polyphyllus C. E. Anderson e L. arboreus (uma das poucas espécies do gênero com flores amarelas), com possíveis adições de L. nootkatensis Donn ex Sims. e outras espécies norte-americanas (HILL, 1995). Russel também não deixou registros de seus procedimentos, portanto o assunto ainda é muito controverso (BOURNE, 2003). Existem diversas cultivares comerciais dessa planta que encanta a todos pela variedade de cores e beleza de suas flores. Posteriormente, foi introduzida na Nova Zelândia, sendo considerada uma forrageira potencial para ovelhas em solos pobres (HOVELAND; TOWNSEND, 1985). Nessa região, também se naturalizou em beiras de estradas, adornando as paisagens naturais com sua beleza.
As espécies cultivadas são, em sua maioria, consideradas autógamas, apesar de ocorrerem taxas variadas de alogamia, o que, em L. albus, pode levar à reversão de linhas doces para linhas amargas (com alto teor de alcaloides). O alto grau do potencial para alogamia entre as espécies americanas pode ser visto pela facilidade com que o lupino Russel foi obtido (HOVELAND; TOWNSEND, 1985).
Algumas espécies do gênero tiveram e continuam tendo grande importância econômica. L. angustifolius foi amplamente usada nos séculos 18 e 19 para substituir o café ou para adulterá-lo (GLADSTONES, 1998). Cultivares doces de L. angustifolius são ainda cultivadas como forragem nos Estados Unidos (HOVELAND; TOWNSEND, 1985). Em torno de um milhão de hectares de lupinos são cultivados na Austrália (READER et al., 1997), e L. angustifolius doce é reconhecida internacionalmente como valioso recurso proteico vegetal (GLADSTONES, 1998). L. luteus cresce muito bem no norte da Europa, por causa da sua adaptação a solos arenosos (GLADSTONES, 1970). L. albus, L. luteus e L. angustifolius são ainda cultivadas para grãos, forragem e adubo verde na bacia do Mediterrâneo, e L. cosentinii Guss. é usada como forragem de verão para animais no oeste da Austrália (GLADSTONES, 1998).
Em alguns locais do Japão, sementes de L. angustifolius são usadas como substrato para fermentação de missô e molho de soja e, no Reino Unido, como substituto das sementes de grão-de-bico. A farinha das sementes de L. albus é misturada à farinha de trigo para produzir pães. No Oriente Médio, as sementes são utilizadas como petiscos (PETTERSON, 1998). Há também referências de utilização dos lupinos como fonte de proteína em rações para animais domésticos, como porcos, ruminantes, aves e na criação de peixes (EDWARDS; BARNEVELD, 1998).
Atualmente os lupinos são cultivados por três principais razões: como alimento para ruminantes; como adubo verde, contribuindo para melhorar a estrutura do solo; e para nutrição humana, em virtude do seu alto conteúdo de óleo e proteína (FALUYI et al., 2000). Em 2001, foram produzidas 1.387.660 t de lupinos, dos quais 89% foram produzidos na Austrália. Outros produtores são: Polônia, França e países da América do Sul (FAO, 2001). A Austrália destaca-se na produção de L. angustifolius; a Rússia e a Polônia, de L. luteus (REINHARD et al., 2006). Em 2005, a área cultivada de lupinos no mundo era de 1.086.000 ha, dos quais 950 mil foram produzidos apenas na Austrália (FAO, 2005).
Em torno de 200 espécies são reconhecidas (MABBERLEY, 1997), apesar de alguns autores fazerem referência a 150 (BURKART, 1987), 300 (MONTEIRO; GIBBS, 1986) ou até 500 espécies (DUNN, 1971). De acordo com Hughes e Eastwood (2006), existem 275 espécies de Lupinus. A maior parte das espécies ocorre em hábitats abertos e ensolarados e são intolerantes à sombra. Ocorrem em diversos ambientes, de montanhas a planícies, em solos arenosos ou humosos e ácidos, em uma ampla gama de climas, variando do úmido ao tipo mediterrâneo e semidesértico, e do subtropical ao subártico e alpino, podendo ser de higrófilas a semixerófilas (BURKART, 1952; BURKART, 1987).
As espécies do gênero apresentam hábito herbáceo ou arbustivo, podendo ser pubescentes, lanosas, seríceas ou glabras. As folhas são alternas, geralmente digitadas, mas também unifolioladas. As flores variam de violáceas, azuladas, rosadas até brancas, raramente amarelas, dispostas em racemos simples, multifloros. Os legumes apresentam deiscência elástica (BURKART, 1987). Existem espécies anuais e perenes, e muitas possuem alcaloides tóxicos que podem ser utilizados como características taxonômicas (VAN WYK et al., 1995; WINK et al., 1995; AÏNOUCHE et al., 1996).
As 12 espécies reconhecidas para o Velho Mundo, todas anuais, multifolioladas, predominantemente autógamas (PLITTMANN, 1981), e divididas em distintos grupos citotaxonômicos, distribuem-se na região do Mediterrâneo e, com menos frequência, ao norte da África (GLADSTONES, 1998); essa distribuição foi influenciada pelo homem durante os tempos históricos e pré-históricos. Os limites naturais de distribuição são: ao sul, as áreas de desertos da África e, ao norte, as cadeias de montanhas europeias (MONTEIRO, 1987). Evidentemente, com as introduções modernas, a distribuição atual de muitas espécies é mais ampla, mas a região mediterrânea e o norte da África representam a zona de origem natural dos táxons do Velho Mundo. São comumente separadas em grupos de espécies de sementes rugosas (L. pilosus Murr., L. cosentinii Guss., L. digitatus Forsk., L. atlanticus Gladst., L. princei Harms, L. somaliensis Baker) e espécies de sementes lisas (L. albus, L. angustifolius, L. micranthus Guss., L. luteus, L. hispanicus Boiss. & Reut.) (PLITMANN, 1981). As diferenças entre os dois grupos de espécies são confirmadas por dados serológicos (CRISTOFOLINI, 1989) e proteicos (SALMANOWICZ; PRZYBYLSKA, 1994).
Com exceção das 12 espécies do Velho Mundo, as demais (grande maioria do gênero) são americanas e ocorrem do Alasca ao México, na América do Norte, com ampla distribuição na América do Sul, com exceção da Bacia Amazônica (HILL, 1995). O conhecimento dos Lupinus do Novo Mundo continua fragmentário. Existe um número de registros de floras regionais, como para as espécies argentinas (PLANCHUELO, 1984; PLANCHUELO; DUNN, 1984; PLANCHUELO; DUNN 1989), as espécies brasileiras unifolioladas (MONTEIRO; GIBBS, 1986) e do Sul do Brasil (PINHEIRO; MIOTTO, 2001) e a flora intermontana dos Estados Unidos (BARNEBY, 1989) e da Califórnia (RIGGINS; SHOLARS, 1993). Entretanto, até recentemente, não houve tentativa de integrar esses registros regionais em uma síntese monográfica. Com a ampla análise sistemática do gênero Lupinus, em desenvolvimento na Universidade de Oxford por Colin E. Hughes e colaboradores (HUGHES; EASTWOOD, 2006), incluindo análises morfológicas e moleculares, esse panorama tende a se modificar rapidamente.
As espécies americanas são anuais e perenes, autógamas e alógamas, com ocorrência de hibridação, multi ou unifoliadas e ocorrem em hábitats primários e secundários (PLITTMANN, 1981). Gross (1986) divide as espécies americanas em dois grupos: norte e sul-americanas. Entre as últimas, aquelas originárias da região atlântica do continente dividem-se em espécies de folhas compostas e espécies de folhas simples ou unifolioladas (ainda há algum debate na literatura sobre se seriam folhas simples verdadeiras ou unifolioladas). Todas as espécies andinas têm folhas compostas.
As espécies unifolioladas apresentam um interessante problema taxonômico-evolutivo: ocorrem em duas áreas geográficas disjuntas – no sudeste dos Estados Unidos, com quatro espécies (DUNN, 1971), e no Centro-Oeste do Brasil, com 14 espécies (MONTEIRO; GIBBS, 1986). Duas espécies, L. albescens Hook. & Arn. e L. paraguariensis Chod. & Hassl., têm folhas uni e multifolioladas na sequência de seu desenvolvimento (PLANCHUELO; DUNN, 1984). Revisões taxonômicas mais recentes de ambos os grupos (DUNN, 1971; MONTEIRO; GIBBS, 1986) resolveram problemas de delimitação das espécies. Entretanto, as relações desses dois grupos disjuntos de espécies unifolioladas entre si e com as demais espécies de Lupinus ainda devem ser estabelecidas. Com duas áreas disjuntas, surge a seguinte questão: a condição de folha unifoliolada evoluiu no gênero uma vez, com subsequente dispersão ou vicariância, ou duas vezes de forma independente?
Como mencionado anteriormente, a grande variabilidade morfológica, os tipos de fecundação, a diversidade ecogeográfica, o número e a distribuição geográfica dos táxons, além da ocorrência de hibridação e de diferentes números cromossômicos e níveis de ploidia, certamente contribuem para a complexidade do gênero.
A análise de proteínas da semente também diferencia as espécies do Velho Mundo e do Novo Mundo (PRZYBYLSKA; ZIMNIAK-PRZYBYLSKA, 1995; ZIMNIAK-PRZYBYLSKA; PRZYBYLSKA, 1997). Sequências do gene de cloroplasto rbcL e regiões Internal Transcribed Spacer (ITS) de DNA ribossomal mostram uma clara separação entre os dois grandes grupos e também a existência de subgrupos (KÄSS; WINK, 1997).
Käss e Wink (1997) propuseram a existência de quatro grupos de Lupinus baseados em dados moleculares do gene rbcL e regiões ITS 1+2 de rDNA, a saber: a) as espécies da parte leste da América do Sul; b) o grupo homogêneo das espécies de sementes rugosas (Scabrispermae) do Velho Mundo, o qual é distinto do grupo de sementes lisas; c) formação de um grupo com L. angustifolius, L. luteus e L. hispanicus dentro do heterogêneo grupo de sementes lisas; d) os lupinos da América do Norte e da América do Sul, de distribuição oeste.
Pela análise de regiões ITS de DNA nuclear em 44 táxons, Aïnouche e Bayer (1999) separaram os lupinos de sementes lisas dos de sementes rugosas. Em relação às espécies americanas, os dados indicaram: a) sua aparente subdivisão geográfica leste-oeste; b) a relação das espécies anuais do sudeste da América do Norte com as anuais e perenes de folhas simples e compostas do sudeste da América do Sul; c) o reconhecimento do grupo Platycarpos, altamente homogêneo, formado por espécies com cotilédones sésseis, derivadas de um ancestral comum.
Os resultados com Amplified Fragment Length Polymorphism (AFLP), Inter Simple Sequence Repeat (ISSR) e Random Amplified Polymorphic DNA (RAPD), de Talhinhas et al. (2003), igualmente permitiram a separação de espécies de Lupinus do Velho e do Novo Mundo.
Aïnouche et al. (2004), utilizando ITS de rDNA, apoiaram a origem monofilética de Lupinus dentro da tribo Genisteae e mostraram haver diferentes linhagens geográficas dentro do gênero. Em relação às espécies do Novo Mundo, os dados apoiam a disjunção geográfica leste-oeste e o reconhecimento de alguns clados bem suportados. O grupo africano homogêneo de lupinos de sementes rugosas, Scabrispermae, é considerado um grupo monofilético, distinto do grupo heterogêneo mediterrâneo de sementes lisas.
Em todos esses trabalhos, a amostragem das espécies sul-americanas e andinas foi bastante restrita (de 1 a 6 táxons). A análise molecular em desenvolvimento por Colin E. Hughes e colaboradores (HUGHES; EASTWOOD, 2006), com sequências de regiões de ITS nuclear e sequências do gene nuclear LEGCYCIA, incluiu, pela primeira vez, um grande número de táxons norte-americanos, andinos e do sudeste da América do Sul, e espécies unifolioladas do Brasil e dos Estados Unidos. Os dados mostram que as espécies do sudeste da América do Sul estão separadas daquelas da região dos Andes (com poucas exceções) e da América do Norte e que, embora distintos, esses dois grupos são próximos. Também evidenciam uma independência dos dois grupos de espécies unifolioladas: as do Brasil, agrupadas com as demais espécies do sudeste da América do Sul, e as dos Estados Unidos, mais próximas das espécies do Velho Mundo.
De acordo com trabalhos recentes, de filogenética e filogenômica das leguminosas, o gênero Lupinus pertence ao clado genistoide, um dos sete clados da subfamília Faboideae (Papilionoideae) (CRONK et al., 2006).
A origem do gênero é discutível, havendo sugestões de origem no Velho e no Novo Mundo.
Em linhas gerais, aceita-se que Lupinus teria evoluído a partir das Sophoreae tropicais e subtropicais, uma tribo primitiva dentro da subfamília Faboideae. As Sophoreae, por sua vez, teriam surgido da subfamília, ainda mais primitiva, Caesalpinioideae, talvez no Paleoceno ou Eoceno do Terciário Inferior (há cerca de 40–70 milhões de anos). Quanto ao surgimento posterior do gênero em si, provavelmente no Terciário Médio ou Tardio, existem duas grandes correntes de pensamento. A primeira, a rota do Hemisfério Norte, sugere que a tribo Genisteae (onde está Lupinus) teria evoluído a partir de Sophoreae, via tribo Thermopsidae, com sugestões de origem no Velho Mundo ou na América do Norte. A segunda corrente, a rota do Hemisfério Sul, sugere que Lupinus se originou na América do Sul a partir do gênero Crotalaria L.
Trabalhos com proteínas de sementes (CRISTOFOLINI, 1989), DNA de cloroplastos (BADR et al., 1994) e sequências ITS de DNA ribossomal (AÏNOUCHE; BAYER, 1999) apoiam fortemente a origem monofilética do gênero. Entretanto, a biogeografia e a evolução do gênero têm sido foco de muita especulação e permanentes controvérsias. Algumas espécies são naturalizadas na região do Mediterrâneo, na Ásia e na África, mas o maior número de espécies, assim como os maiores centros de especiação, estão localizados na América do Norte e América do Sul (PLANCHUELO, 1984; PLANCHUELO; DUNN, 1984).
Plittmann (1981) propôs uma origem norte-americana, com introduções para a América do Sul e para o Velho Mundo. Dunn (1971) considerou a América do Sul como o centro de origem do gênero. Existem suposições de que o centro original de evolução do gênero seria a América do Sul, e as espécies perenes unifolioladas do Nordeste do Brasil seriam a forma primitiva (DUNN , 1984; GROSS, 1986).
Dados de serologia (CRISTOFOLINI, 1989) e de isoenzimas (WOLKO; WEEDEN, 1990a; WOLKO; WEEDEN, 1990b; WOLKO, 1995) e as distâncias genéticas obtidas pela análise do gene de cloroplasto rbcL e regiões ITS de DNA ribosomal (KASS; WINK, 1997; AÏNOUCHE; BAYER, 1999) não apoiam a origem única norte-americana, mas indicam uma origem no Velho Mundo, com colonização posterior independente da América do Norte e da América do Sul ocidental e oriental. A migração deve ter ocorrido através da ponte de terra do Estreito de Bering ou através do Oceano Atlântico, por transporte de sementes por longa distância (GLADSTONES, 1998). Comparação das proteínas de reserva das sementes sugere uma origem na Ásia temperada e subtropical, tendo as regiões mediterrâneo-africana e americana como centros secundários de especiação (CRISTOFOLINI, 1989).
Com base na grande diversidade de espécies encontradas no continente americano, Planchuelo-Ravelo (1984) considera que a América do Sul seja um centro biológico de especiação e separa as espécies de Lupinus em duas regiões geográficas: a) a região atlântica, que compreende o leste do Brasil, o Uruguai, o Paraguai, o centro e o leste da Argentina; b) a região andina, que se estende pelas montanhas dos Andes, do Chile e do noroeste da Argentina, até as planícies da Patagônia, no extremo sul da América do Sul. Gross (1986) também reconheceu essas duas regiões geográficas de distribuição.
As espécies com folhas digitadas apresentam distribuição ampla, enquanto as de folhas unifolioladas ou simples ocorrem principalmente no Brasil central e no Sudeste (MONTEIRO; GIBBS, 1986), além de quatro táxons no sul da América do Norte. Sequências ITS de DNA ribossomal (AÏNOUCHE; BAYER, 1999) sugerem que as espécies uni e multifolioladas da América do Sul derivaram de um mesmo ancestral, o que foi apoiado por dados citogenéticos de Conterato e Schifino-Wittmann (2006). Estes últimos autores também demonstraram a separação citogenética, possivelmente refletindo origens distintas dos dois grupos de espécies unifolioladas, o que é apoiado por dados de Hughes e colaboradores (HUGHES; EASTWOOD, 2006).
Gladstones (1998), com base em trabalhos anteriores e nas análises de DNA, formulou uma hipótese em relação à origem e evolução do gênero, na qual Lupinus seria um produto final, avançado, de um processo evolutivo que iniciou no Hemisfério Norte (Velho Mundo), com desenvolvimento progressivo e com ramificação para o leste da América do Sul, África do Norte, Mediterrâneo e, finalmente, América do Norte e oeste da América do Sul. Lupinus não seria um descendente direto de Sophoreae, Thermopsideae ou Crotalarieae, mas um produto final avançado de um fluxo evolutivo do qual essas tribos seriam ramos sucessivamente divergentes. Dentro de Lupinus, teria havido desenvolvimento progressivo e ramificação, primeiramente das espécies unifolioladas da costa oriental da América do Sul; depois, do grupo de sementes rugosas do norte da África e adjacências; e, em seguida, das espécies pan-mediterrâneas de sementes lisas. As espécies norte-americanas, da região andina e da costa ocidental da América do Sul seriam um ponto final, o grupo mais evoluído de todos.
Hughes e Eastwood (2006) demonstram que, com exceção das espécies unifolioladas da Flórida, as demais espécies do Novo Mundo estão colocadas em duas grandes linhagens independentes, que correspondem aos principais números cromossômicos (2n=36 e 2n=48). Ambas as linhagens compreendem elementos das Américas do Norte e do Sul, com as espécies do sudeste da América do Sul mais intimamente relacionadas a um pequeno grupo de espécies norte-americanas da aliança L. texensis. As demais espécies do Novo Mundo estão colocadas em um grande grupo distribuído na América do Norte, no México e nos Andes. A filogenia mostra que a diversificação das espécies andinas foi relativamente recente, após o soerguimento dos Andes, e extremamente rápida, fornecendo o exemplo mais marcante até hoje registrado de uma diversificação explosiva em plantas. O trabalho de Hughes e Eastwood (2006) contradiz a hipótese de Gladstones (1998) de que as espécies do sudeste da América do Sul sejam as mais próximas daquelas do Velho Mundo e sugere que os táxons do sudeste da América do Sul tenham se originado das espécies norte-americanas.
A origem do gênero no Velho Mundo parece ser consenso, mas serão necessárias mais informações para um melhor entendimento dos processos evolutivos e relações entre os diferentes grupos, especialmente das espécies americanas entre si e com as do Velho Mundo.
O gênero Lupinus é um dos casos em que as informações citogenéticas, mesmo aquelas consideradas simples, no que diz respeito ao número cromossômico, permitem uma série de inferências taxonômicas e evolutivas.
O número cromossômico básico é considerado x=6, com amplo envolvimento de poliploidia, configurando a existência de uma série poliploide, e aneuploidia durante a evolução. Dunn (1984) sugeriu que o gênero teria derivado, por aneuploidia, de Crotalaria (x=7 dando origem a x=6 de Lupinus), mas, como já foi mencionado, a origem a partir de Crotalaria não é unânime entre os pesquisadores. A observação de grande número de locos isoenzimáticos duplicados levou à sugestão de uma origem poliploide para o genoma de Lupinus, com perda, em graus variados, desses locos durante o processo evolutivo (WOLKO, 1995).
Os cromossomos das espécies de Lupinus, em geral, têm de 1 µm a 4 µm (MALHEIROS, 1942; ATKINS et al., 1998). São referidos números cromossômicos de 2n=18, 24, 32, 36, 40, 48, 50, 52 e até 96. (DARLINGTON, 1955; FEDOROV, 1969; DUNN, 1984; CAIRSTAIRS et al., 1992; PAZY et al., 1977; INDEX…, 2006). As 12 espécies do Velho Mundo estão em distintos grupos citotaxonômicos (2n=52, 50, 42, 40, 38, 36 e 32), alguns deles monoespecíficos (GLADSTONES, 1998). Em relação às quatro espécies mais utilizadas, L. albus tem 2n=50; L. angustifolius, 2n=40; L. luteus, 2n=52; e L. mutabilis, 2n=48 (FEDOROV, 1969; HOVELAND; TOWNSEND, 1985; ATKINS et al., 1998). Entre as espécies norte-americanas, o predomínio é de 2n=48 (contagens realizadas para cerca de 50 espécies), eventualmente 2n=96 (cerca de seis espécies, em geral, como raças cromossômicas de táxons com 2n=48) e, em três espécies, foi encontrado 2n=6 (L. texensis Hook., L. russelianus C. P. Smith, L. subcarnosus Hook) (DARLINGTON, 1955; FEDOROV, 1969; DUNN, 1984; GLADSTONES, 1998; INDEX..., 2006). Até recentemente, as informações citogenéticas sobre as espécies sul-americanas do leste da América do Sul eram inexistentes e, para as espécies da região andina, eram restritas a L. mutabilis e, talvez, um ou dois outros táxons.
O número cromossômico em espécies do sudeste da América do Sul foi determinado, pela primeira vez, por Maciel e Schifino-Wittmann (2002), para nove espécies. Os autores verificaram o predomínio de 2n=36, eventualmente raças intraespecifícas com 2n=32 e 2n=34 (em L. bracteolaris Desr. e L. linearis Desr.), e sugeriram que os lupinos do leste da América do Sul formariam um grupo citologicamente diferenciado dos lupinos norte-americanos, o que apoiava os dados moleculares de Käss e Wink (1997). Conterato e Schifino-Wittmann (2006) confirmaram o número cromossômico para algumas dessas espécies e analisaram mais cinco espécies brasileiras, incluindo três espécies unifolioladas, todas com 2n=36. Nesse trabalho, foi determinado, também pela primeira vez, o número cromossômico de 13 táxons andinos – todos com 2n=48, com exceção de L. bandelierae C. P. Smith (2n=36), espécie que ocorre mais ao sul da América do Sul, na região extra-andina indo até a Bolívia – e de duas das quatro espécies unifolioladas do sul dos Estados Unidos, ambas com 2n=52, número até então desconhecido para as espécies americanas. Com esses dados, os autores demonstraram a separação citológica das espécies do sudeste da América do Sul, não só da maioria das norte-americanas como também das andinas, assim como dos dois grupos de espécies unifolioladas, indicando origens distintas. Camillo et al. (2006) analisaram outras 13 espécies de Lupinus da região andina, encontrando 2n=48 também para todas.
Não há uma correlação clara entre número cromossômico e quantidade de DNA. As quantidades 2C de DNA nuclear já determinadas variam de 0,94 pg, em L. micranthus (2n=52), a 2,98 pg, em L. atlanticus (2n=38) (NAGANOWSKA et al., 2003a; BENNET; LEITCH, 2004), uma variação superior a três vezes. Naganowska et al. (2006), analisando espécies sul e norte-americanas, verificaram que a variação nas norte-americanas foi maior que nas sul-americanas. Os valores 2C de DNA variaram de 1,08 pg, em L. pusillus Pursh., a 2,68 pg, em L. albicaulis Douglas ex. Hook, ambas espécies norte-americanas com 2n=48, uma variação, portanto, de mais de 2,5 vezes. Variações interespecíficas na quantidade de DNA foram observadas para diversas espécies da região mediterrânea (GAMMAR et al., 1999). Grande quantidade de DNA satélite foi observada em L. angustifolius (STRUBBE et al., 1982).
Fluorescent in situ Hybridization (FISH) foi recentemente utilizada em algumas espécies do Velho Mundo para determinar a distribuição genômica de genes de rRNA (NAGANOWSKA; ZIELINSKA, 2002; NAGANOWSKA et al., 2003b). Por meio das técnicas de Primed in situ DNA Labeling (PRINS) e Cycling PRINS (C-PRINS), vários tipos de sequências de DNA foram mapeadas em cromossomos mitóticos de L. angustifolius (KACZMAREK et al., 2006).
Dunn (1984) havia proposto x=6 como o número básico para o gênero Lupinus. As informações citogenéticas existentes, especialmente as mais recentes, apoiam tal sugestão, indicando a existência de diferentes níveis de poliploidia, assim como aneuploidias, no gênero. A prevalência de 2n=48 (8x) entre as espécies andinas e norte-americanas apoia a sugestão de que a poliploidia teria acompanhado a evolução dessas espécies e a colonização da região (GLADSTONES, 1998). Além disso, as informações para a região extra-andina da América do Sul mostram que, nessa região, os eventos de especiação teriam envolvido níveis de ploidia (6x) mais baixos. Um aspecto interessante nessa questão de número cromossômico, taxonomia e evolução é que, nas análises moleculares de Aïnouche e Bayer (1999) e Aïnouche et al. (2004), a espécie norte-americana com 2n=36 analisada (L. texensis) foi agrupada com os três táxons analisados do sudeste da América do Sul (L. paraguariensis, L. multiflorus Desr. e L. bracteolaris), enquanto a andina L. mutabilis (2n=48) agrupou-se com as demais norte-americanas com 2n=48. Como referido anteriormente, o trabalho de Hughes e Eastwood (2006) mostrou, também, agrupamento das espécies americanas de acordo com seu número cromossômico.
Conterato e Schifino-Wittmann (2006), com base nos dados citogenéticos da literatura e em seus próprios resultados, apoiaram a sugestão de que o número básico para as espécies americanas seria x=6 (DUNN, 1984; GLADSTONES, 1998), com prevalência do nível hexaploide (2n=6x=36) para os táxons sul-americanos e octaploide (2n=8x=48) para os andinos e norte-americanos, e sugeriram que ambos poderiam ter se originado de um ancestral extinto ou desconhecido com 2n=4x=24 ou 2n=6x=36. Seguindo os pressupostos da hipótese de Gladstones (1998), de evolução por ramificação progressiva a partir das espécies do norte da África, Conterato e Schifino-Wittmann (2006) sugeriram que esse ancestral norte-africano (2n=24 ou 36) teria migrado para o leste da América do Sul, dando origem às espécies com 2n=6x=36, bem como para a região do Mediterrâneo, onde a evolução foi acompanhada por poliploidia e aneuploidia (2n=32, 36, 38, 40, 42, 50, 52). Em seguida, migrou para a América do Norte (2n=8x=48) com outro ciclo posterior de duplicação, originando as espécies/raças com 2n=16x=96, e, finalmente, para a região andina (2n=8x=48). As espécies com 2n=36, ocorrentes na América do Norte e genomicamente semelhantes às do sudeste da América do Sul, poderiam ter alcançado a América do Norte por dispersão das sementes a longa distância. Existência desse mecanismo de dispersão no gênero já havia sido sugerida por Dunn (1971). Entretanto, Hughes e Eastwood (2006) refutaram a hipótese de Gladstones (1998) em relação às espécies do leste da América do Sul. De acordo com esses autores, as espécies sul-americanas com 2n=36 teriam se originado das norte-americanas com 2n=36, e as andinas com 2n=48 teriam se originado das norte-americanas com 2n=48. Diante disso, a evolução cromossômica das espécies americanas deve ser reavaliada. Como os dois grupos citológicos são irmãos, resta a dúvida a respeito de qual seria a constituição cromossômica do ancestral comum a ambos.
O que fica evidente é que há uma fortíssima correlação entre filogenia e número cromossômico, demonstrando que a evolução cromossômica foi fundamental para a diversificação das espécies e evolução do gênero Lupinus como um todo.
A não correlação direta entre número cromossômico e quantidade de DNA sugere que durante a evolução e especiação, além das alterações de número cromossômico, houve também alterações na quantidade absoluta de DNA. A utilização de técnicas, como bandamento C, FISH e Genomic in situ Hybridization (GISH), poderia auxiliar no entendimento dessas alterações.
A primeira domesticação dos lupinos ocorreu relativamente tarde, quando comparada com a das lentilhas e ervilhas, provavelmente em 4000–3000 a.C., com sugestões de que teriam sido incorporados à agricultura inicialmente por sua capacidade de fixação de nitrogênio e restauração da fertilidade do solo e não diretamente como uma cultura alimentícia (HILL, 1995). As duas espécies confirmadamente utilizadas como alimento humano são L. albus (Velho Mundo) e L. mutabilis (Novo Mundo), mas há sugestões de que outras espécies também tenham sido utilizadas como alimento (GLADSTONES, 1998).
No Velho Mundo, o cultivo iniciou-se no Egito, talvez já em 2000 a.C., mas é mais provável que os lupinos tenham chegado ao Egito em 300 a.C. (HILL, 1995). Já eram conhecidos dos gregos antigos e romanos. O nome genérico Lupinus é derivado do latim lupus, que quer dizer lobo, pois, como essas plantas cresciam em solos pobres, pareciam devastá-los, à semelhança do que os lobos faziam com outros animais. Escritores gregos e romanos, como Teofrasto, Varro e Columella, já sabiam da capacidade que os lupinos tinham de crescer em solos pobres e de seu papel na melhoria da fertilidade (HILL, 1995). Hipócrates já mencionava o valor medicinal, nutricional e cosmético das sementes de lupinos. A agricultura romana os utilizou bastante, especialmente L. albus, para adubo verde (GLADSTONES, 1998) e, há mais de 2 mil anos, Virgílio observou as vantagens de cultivar lupinos em rotação com o trigo (HAMBLIN, 1998). Na Antiguidade, entretanto, o consumo das sementes por humanos e animais foi sempre limitado pela presença dos alcaloides amargos (GLADSDTONES, 1998).
Os ancestrais silvestres das três espécies tradicionalmente cultivadas no Velho Mundo são bem conhecidos:
1) L. albus – A forma cultivada tem sementes grandes e é utilizada há bastante tempo no Mediterrâneo e no Vale do Nilo. As flores são branco-azuladas; as vagens, indeiscentes; as sementes são permeáveis e, normalmente, com alto teor de alcaloide. As formas silvestres, por sua vez, são caracterizadas pelas flores azuis, legumes deiscentes e sementes menores, mais amargas, com casca mais grossa e impermeáveis. As formas silvestres eram antes descritas como espécies separadas, sob os epítetos de L. jugoslavicus Kazimierski & Nowacki, L. graecus Boiss. & Spruner ou L. vavilovii Atabekova & Maissurjan. Como essas três espécies têm o mesmo número cromossômico (2n=50) e são intercruzáveis entre si e com a forma cultivada, a tendência atual é considerá-las como L. albus var. graecus. Portanto, a espécie L. albus é considerada um complexo reunindo as formas cultivadas e as silvestres (GLADSTONES, 1998; ZOHARY; HOPF, 2000).
2) L. angustifolius – Os contrastes fenotípicos entre as formas cultivadas e as silvestres, apesar de menos extremos do que em L. albus, levaram também a confusões. As formas silvestres eram antes chamadas de L. varius; atualmente, porém, esse epíteto é sinônimo de L. angustifolius.
3) L. luteus – Não apresenta problemas taxonômicos, mas não se sabe o quanto de sua distribuição atual é realmente nativa ou naturalizada. Tem flores amarelas atrativas e perfumadas e é amplamente cultivada também como ornamental (GLADSTONES, 1998).
Apesar do grande número de espécies americanas, a única efetivamente cultivada foi L. mutabilis Sweet (tarwi, choho). Supõe-se que já seria cultivada na região dos Andes, no atual Peru, durante o período Chavinoide, entre 2000–1000 a.C.; na cultura Tiahuanacoide, entre 800–1200 d.C.; e, posteriormente, pelos Incas (HILL, 1995). Possui vagens indeiscentes e grandes, sementes permeáveis, em geral brancas, mas retém a característica silvestre de alto conteúdo de alcaloides. Para retirá-los, as sementes deveriam ser imersas em água corrente e depois cozidas ou torradas (PETTERSON, 1998). Seus ancestrais silvestres são bem conhecidos e têm folhas menores, mais estreitas, sementes menores e pretas ou marmorizadas e impermeáveis. A polinização cruzada é muito comum, vindo daí o epíteto específico mutabilis (GLADSTONES, 1998). Alguns autores mencionaram o uso da espécie em rituais religiosos andinos, pois teria papel curativo nas doenças cardíacas, e reumáticas, bem como nas infecções parasíticas internas, similares àqueles papéis atribuídos a L. albus em Roma (GLADSTONES, 1998). A dominação pelos espanhóis levou a uma mudança nos hábitos alimentares dos povos indígenas e só mais recentemente é que o interesse no uso de L. mutabilis como alimento foi renovado (PETTERSON, 1998).
L. albus e L. mutabilis são um caso interessante de paralelismo na antiga domesticação de plantas, por terem sido cultivadas por povos diferentes, que não mantiveram nenhum contato. Tanto os antigos egípcios e romanos quanto os peruanos conheciam o método de eliminação prévia dos alcaloides por maceração (ou imersão em água) das sementes, antes de seu consumo (BURKART, 1952).
Pode-se dizer que, apenas recentemente, algumas espécies foram realmente domesticadas e algumas ainda estão em processo de domesticação.
A pesquisa relativamente mais recente com Lupinus iniciou no século 18, com introduções de L. albus, L. luteus e L. angustifolius da Itália, França e Espanha para a Alemanha, onde foram feitas avaliações experimentais (GLADSTONES, 1998). A lupinose, que afeta severamente ovelhas, e o barateamento dos fertilizantes nitrogenados levaram a um declínio da área cultivada com lupinos na Alemanha, com um certo renascimento do interesse durante a Primeira Guerra Mundial, por causa da escassez de proteína (HILL, 1995). Nesse ínterim, as espécies mediterrâneas foram amplamente disseminadas pelos imigrantes europeus para a Austrália, para a Nova Zelândia, e para as Américas do Sul e do Norte. No início da década de 1930, já existiam linhas livres de alcaloides, mas sua manutenção era prejudicada, em virtude de uma taxa variável de fecundação cruzada.
O grande foco do melhoramento em Lupinus é a seleção de linhas doces, livres de alcaloides. No entanto, os primeiros melhoristas alemães já haviam percebido que os lupinos não expressavam seu máximo potencial como plantas cultivadas, se a remoção total de alcaloides fosse efetuada. Na Espanha, em Portugal e na Itália, é difícil manter cultivares doces de L. albus, L. angustifolius e L. luteus livres dos contaminantes amargos, por causa da ocorrência de formas selvagens das mesmas espécies próximas aos cultivos doces. O sucesso dos lupinos doces na Austrália e na Polônia deve-se ao rígido controle sobre os alcaloides durante o melhoramento e seleção (COWLING et al., 1998).
O primeiro passo para o melhoramento dos lupinos, como plantas de cultivo, foi dado em 1928–1929 por von Sengbusch na Alemanha, com a primeira seleção de cultivares de L. luteus e L. angustifolius com baixos teores de alcaloides e, em 1930–1931, para L. albus (COWLING et al., 1998). Mais tarde, entre 1954 e 1967, L. angustifolius foi totalmente domesticada por John Gladstones, na Austrália. Nos três casos, genes para baixos teores de alcaloides foram combinados com debulha não natural dos legumes e das sementes macias.
Na década de 1970, foram selecionados mutantes de L. angustifolius, L. albus e L. luteus, com 0,001%, 0,06% e 0,02% de alcaloides, respectivamente (LEWIS, 1983).
Outras espécies como L. cosentinii, L. atlanticus Gladstones, L. pilosus e L. mutabilis foram domesticadas, ou têm base genética favorável à domesticação (GLADSTONES, 1998).
Gladstones conduziu vários trabalhos de melhoramento a partir da década de 1950, para diversas características, principalmente em L. angustifolium e, depois, em L. cosentinii. Com a ajuda de mutantes naturais e induzidos, Gladstones realizou a domesticação de L. cosentinii, lançando a cultivar Erregula que, em decorrência de problemas agronômicos, não se estabeleceu comercialmente (COWLING et al., 1998).
Vários melhoristas, em diversos locais, trabalharam com L. albus, e o melhoramento de L. luteus foi desenvolvido principalmente na Alemanha e na Polônia. Com relação à L. mutabilis, os esforços foram para que fosse convertida em uma cultura moderna por pesquisadores da América do Sul, da Inglaterra, da França e da Alemanha. A cultivar Inti, de L. mutabilis, livre de alcaloides, foi obtida em um programa de melhoramento no Chile e liberada pelos irmãos von Baer (HILL, 1995). Essa cultivar, um mutante doce, com 0,06% de alcaloides, marcou o início da total domesticação da espécie (COWLING et al., 1998). Outros mutantes doces de L. mutabilis foram também encontrados por von Sengbusch nos anos de 1930, mas foram aparentemente perdidos (GLADSTONES, 1998).
Nos anos de 1960, nos Estados Unidos, foi desenvolvido em L. angustifolius cv. Rancher melhoramento para aumento da resistência a doenças, como a antracnose e a cercosporiose. Mais recentemente, várias cultivares com resistência a diversas doenças vêm sendo desenvolvidas. Além disso, para gerar modificações na arquitetura das plantas de L. albus, a seleção tem conseguido aumento no rendimento das sementes sob condições europeias (COWLING et al., 1998).
Sementes de lupinos doces foram formalmente aceitas para consumo humano pelo governo da Austrália em 1987, e pelo governo do Reino Unido em 1996 (COX, 1998).
Em programas de melhoramento de espécies de lupinos silvestres e cultivadas, são de grande importância as seguintes atividades: coleta, documentação, avaliação, conservação e utilização. Esse fato foi reconhecido pelos primeiros melhoristas da Alemanha, da Polônia e da Holanda, vários dos quais coletaram lupinos nos países mediterrâneos, nos anos de 1930–1940 (BUIRCHEL et al., 1998). Por exemplo, tolerância ao frio em L. albus foi verificada em tipos silvestres do norte da Itália, e resistência à antracnose, em populações silvestres da Etiópia. Em L. luteus, verificou-se resistência à Fusarium em tipos selvagens portugueses. Essa espécie é a mais resistente à seca sob condições europeias, e mais tolerante a solos ácidos e à toxicidade por alumínio em experiências no oeste da Austrália (COWLING et al., 1998).
O melhoramento moderno de Lupinus busca, além de aumento de produção, resistência a moléstias e tolerância a fatores ambientais, a seleção de linhas com baixo teor de alcaloides, e envolve, além da identificação de mutantes, cruzamentos e cultura de anteras (HOVELAND; TOWNSEND, 1985; HILL, 1995; COWLING et al., 1998).
Como em diversos outros organismos, esforços no intuito de mapear o genoma de algumas espécies do gênero vêm sendo realizados. Por exemplo, o mapeamento parcial do genoma de L. angustifolium foi realizado com marcadores isoenzimáticos e de Randomly Amplified Polimorphic DNA (RAPD) (WOLKO, 1995). Southern Blot do DNA genômico de L. luteus revelou que cada gene para leghemoglobina seria provavelmente representado por uma única cópia (STRÓZYCKI et al., 1995). Yang et al. (2002), utilizando Microsatellite Anchored Fragment Lenght Polymorphism (MFLP), detectaram marcadores próximos ao gene Phr1, que confere resistência a um tipo de murcha-do-caule (Phomopsis stem blight), uma das principais doenças de L. angustifolius. Boersma et al. (2005), também com MFLP, conseguiram mapear alguns genes de L. angustifolius, ligados a características fenotípicas de domesticação. Francki e Mullan (2004) detectaram semelhanças entre sequências do genoma de soja e de L. angustifolius, o que abre oportunidades para estudos de sintenia. Kasprzak et al. (2006) construíram a primeira biblioteca genômica de L. angustifolius (com 55.296 clones), por meio de Bacterial Artificial Chromosomes (BAC).
Já existem protocolos para organogênese e regeneração de plantas para várias espécies (ATKINS et al., 1998), e até mesmo fusão de protoplastos (BABAÓGLU, 2000; SINHA; CALIGARI, 2005). Transformação mediada por Agrobacterium para diversas características, como tolerância a herbicidas (PIGEAIRE et al., 1997), resistência a vírus e balanço hormonal, entre outras, vem sendo desenvolvida (ATKINS et al., 1998). A produção de plantas transgênicas de L. angustifolius, por incorporação de um gene de albumina de semente de girassol, aumentou o conteúdo de metionina e o valor nutritivo (MOLVIG et al., 1997). Várias cultivares de L. angustifolius e L. luteus, obtidas por engenharia genética, por intermédio da técnica do DNA recombinante, já estão sendo cultivadas (HAMBLIN, 1998).
Melhoristas modernos continuam a buscar aumento de resistência a doenças, de produção e de qualidade nos lupinos domesticados. No período de 1973–1991, houve um incremento anual de 2,4% na produção em L. angustifolius, valor esse muito acima da maioria das culturas mundiais. Isso tem sido possível em decorrência da recente domesticação. Muito deverá ainda ser feito no que diz respeito à exploração da variabilidade natural existente no gênero, por meio de cruzamentos das espécies cultivadas tradicionais com formas silvestres. E, com certeza, a manipulação biotecnológica será uma importante ferramenta no melhoramento dos lupinos.
Além disso, não se deve esquecer do imenso número de espécies ainda não utilizadas. Provavelmente não será identificada uma outra cultura granífera, mas, certamente, muitas espécies ainda têm potencial inexplorado. Especificamente pela beleza de suas flores, muitas espécies silvestres poderiam ser utilizadas como ornamentais. Apenas para citar um exemplo regional, das 13 espécies descritas por Pinheiro e Miotto (2001) para o Rio Grande do Sul, várias, como Lupinus paranensis C. P. Sm., L. rubriflorus Planchuelo e L. uleanus C. P. Sm., poderiam ser exploradas como ornamentais.
É claro que, para utilização de espécies alternativas às tradicionais, haverá necessidade de uma ampla caracterização do germoplasma, por múltiplas abordagens, assim como uma avaliação agronômica para o tipo de utilização pretendida.
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