Soybean productivity, stability, and adaptability through mixed model methodology / Produtividade, estabilidade e adaptabilidade da soja por meio de metodologia de modelo misto

ABSTRACT: The genotype × environment (G×E) interaction plays an essential role in phenotypic expression and can lead to difficulties in genetic selection. Thus, the present study aimed to estimate genetic parameters and to compare different selection strategies in the context of mixed models for soybean breeding. For this, data referring to the evaluation of 30 genotypes in 10 environments, regarding the grain yield trait, were used. The variance components were estimated through restricted maximum likelihood (REML) and genotypic values were predicted through best linear unbiased prediction (BLUP). Significant effects of genotypes and G×E interaction were detected by the likelihood ratio test (LRT). Low genotypic correlation was obtained across environments, indicating complex G×E interaction. The selective accuracy was very high, indicating high reliability. Our results showed that the most productive soybean genotypes have high adaptability and stability.

RESUMO: A interação genótipo × ambiente (G × E) desempenha um papel essencial na expressão fenotípica e pode provocar dificuldades na seleção genética. Assim, o presente estudo teve como objetivo estimar parâmetros genéticos e comparar diferentes estratégias de seleção no contexto de modelos mistos para melhoramento da soja. Para isso, foram utilizados dados referentes à avaliação de 30 genótipos em dez ambientes, referentes à característica produtividade de grãos. Os componentes de variância foram estimados pela máxima verossimilhança restrita (REML) e os valores genotípicos foram preditos pela melhor previsão imparcial linear (BLUP). Efeitos significativos dos genótipos e interação G × E foram detectados pelo teste da razão de verossimilhança (LRT). Correlação genotípica baixa foi obtida entre os ambientes indicando interação G × E do tipo complexa. A acurácia seletiva foi muito alta, indicando alta confiabilidade. Os resultados mostraram que os genótipos de soja mais produtivos apresentam alta adaptabilidade e estabilidade.

Combined index of genomic prediction methods applied to productivity / Índice combinado de métodos de predição genômica aplicado em características de produtividade em arroz

ABSTRACT: Rice cultivation has great national and global importance, being one of the most produced and consumed cereals in the world and the primary food for more than half of the world's population. Because of its importance as food, developing efficient methods to select and predict genetically superior individuals in reference to plant traits is of extreme importance for breeding programs. The objective of this research was to evaluate and compare the efficiency of the Delta-p, G-BLUP (Genomic Best Linear Unbiased Predictor), BayesCpi, BLASSO (Bayesian Least Absolute Shrinkage and Selection Operator), Delta-p/G-BLUP index, Delta-p/BayesCpi index, and Delta-p/BLASSO index in the estimation of genomic values and the effects of single nucleotide polymorphisms on phenotypic data associated with rice traits. Use of molecular markers allowed high selective efficiency and increased genetic gain per unit time. The Delta-p method uses the concept of change in allelic frequency caused by selection and the theoretical concept of genetic gain. The Index is based on the principle of combined selection, using the information regarding the additive genomic values predicted via G-BLUP, BayesCpi, BLASSO, or Delta-p. These methods were applied and compared for genomic prediction using nine rice traits: flag leaf length, flag leaf width, panicles number per plant, primary panicle branch number, seed length, seed width, amylose content, protein content, and blast resistance. Delta-p/G-BLUP index had higher predictive abilities for the traits studied, except for amylose content trait in which the method with the highest predictive ability was BayesCpi, being approximately 3% greater than that of the Delta-p/G-BLUP index.

RESUMO: A cultura do arroz tem grande importância nacional e mundial por ser um dos cereais mais produzidos e consumidos no mundo, caracterizando-se como o principal alimento de mais da metade da população mundial. Em função de sua importância alimentar, desenvolver métodos eficientes que visam a predição e a seleção de indivíduos geneticamente superiores, quanto a características da planta, é de extrema importância para os programas de melhoramento. Diante disso, o objetivo deste trabalho foi avaliar e comparar a eficiência do método Delta-p, G-BLUP, BayesCpi, BLASSO e o índice Delta-p/G-BLUP, índice Delta-p/BayesCpi e índice Delta-p/BLASSO, na estimação de valores genômicos e dos efeitos de marcadores SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms) em dados fenotípicos associados a características de arroz. A utilização de marcadores moleculares permite alta eficiência seletiva e o aumento do ganho genético por unidade de tempo. O método Delta-p utiliza o conceito de mudança na frequência alélica devido à seleção e o conceito teórico de ganho genético. O Índice é baseado no princípio da seleção combinada, utiliza conjuntamente as informações dos valores genômicos aditivos preditos via G-BLUP, BayesCpi ou BLASSO e via Delta-p. Estes métodos foram aplicados e comparados quanto à predição genômica utilizando nove características de arroz (Oryza sativa), sendo elas: comprimento da folha bandeira, largura da folha bandeira; número de panículas por planta; número de ramos da panícula primária; comprimento de semente; largura de semente; teor de amilose; teor de proteína; resistência a bruzone. O índice Delta-p/G-BLUP obteve maiores capacidades preditivas para as características estudadas, exceto para a característica Conteúdo de amilose, em que o método que obteve maior capacidade preditiva foi o BayesCpi, sendo aproximadamente 3% superior ao índice Delta-p/G-BLUP.

Genetic parameters to production characters of palm heart in half-sibs progenies of palm peach / Parâmetros genéticos para caracteres de produção de palmito em progênies de meio-irmãos de pupunheira

ABSTRACT: The peach palm (Bactris gasipaes) is a palm tree that produces palm heart originated of Amazonia with economic, social and environmental sustainability. To obtain improved cultivars it is necessary the evaluation and selection of genotypes with characteristics that support producers, manufacturing and consumers. In this context, the objective of this study was to estimate genetic parameters for palm heart production traits of peach palm considering half sibs progenies. Twenty progenies of Putumayo macrocarpa race were evaluated in seven cultivation cycles. The experiment was designed in complete randomized blocks, with 40 repetitions and one plant per plot. The genetic parameters were estimated by REML/BLUP methodology. Low genetic variability was observed in the population, possibly due to the narrow genetic base from original population. However, considering the significant genetic effect and the progeny mean heritability, the selection performed between progenies is more efficient than individual selection. The high number of measurements required for most of the evaluated characters becomes impractical in peach palm breeding programs. The number of palm heart per plant can be used to perform indirect selection for total production of palm heart.

RESUMO: A pupunheira (Bactris gasipaes) é uma palmeira produtora de palmito oriunda da Amazônia, que apresenta sustentabilidade econômica, social e ambiental. Para a obtenção de cultivares melhoradas é necessário a avaliação e seleção de genótipos com características que atendam produtores, processadores e consumidores. Assim, o objetivo deste trabalho foi estimar parâmetros genéticos para os caracteres de produção de palmito de pupunha considerando progênies de meio-irmãos. Foram avaliadas 20 progênies da raça macrocarpa Putumayo em sete ciclos de cultivo. O experimento foi delineado em blocos completos ao acaso, com 40 repetições e uma planta por parcela. Os parâmetros genéticos foram estimados segundo metodologia REML/BLUP. Baixa variabilidade foi observada na população de estudo, possivelmente devido à estreita base genética da população original. Contudo, considerando o efeito genético significativo e as herdabilidades médias de progênie, a seleção praticada entre progênies é mais eficiente que a seleção individual. O grande número de medições necessárias para a maioria dos caracteres avaliados torna-se impraticável em programas de melhoramento de pupunheira. O número de palmitos por planta pode ser utilizado na seleção indireta para produção total de palmito.

Application of hypergravity in Eucalyptus and Corymbia seeds / Aplicação da hipergravidade em sementes de Eucalyptus e Corymbia

ABSTRACT: The aim of this study was to evaluate the growth responses of various Eucalyptus and Corymbia species subjected to different intensities of simulated hypergravity relative to the control. A centrifuge was used to simulate hypergravity. It was developed and built at the Centro de Microgravidade of the Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, Brazil. Seeds of five Eucalyptus and one Corymbia species (E. grandis, Eucalyptus globulus, Eucalyptus benthamii, Eucalyptus saligna, Eucalyptus dunnii, and C. maculata) were placed on moist germination paper in plastic containers and rotated at speeds simulating 5 Gz and 7 Gz for different lengths of time. Hypergravity technology significantly increased seedling production (diameter, height, and survival at 120 days) in nurseries. In E. globulus, the effects of hypergravity were significant at 7 Gz at all lengths of time (from 1 d to 9 days). Effects of hypergravity were significant in both E. benthamii and E. grandis at 7 Gz and 8 h exposure. Therefore, simulated hypergravity could be used in performance tests of Eucalyptus seedlings in early stages of development.

RESUMO: O presente trabalho objetivou avaliar o crescimento de espécies de Eucalyptus e Corymbia em diferentes intensidades de hipergravidade simulada em relação ao controle. Uma centrífuga foi usada para simular a hipergravidade. Este equipamento foi desenvolvido e construído no Centro de Microgravidade da Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, Brasil. Sementes de cinco espécies de Eucalyptus e uma de Corymbia (E. grandis, E. globulus, E. benthamii, E. saligna, E. dunnii, e C. maculata) foram colocadas em papeis de germinação e em recipientes plásticos, em que foram rotacionadas a velocidades simuladas de 5 Gz e 7 Gz, por diferentes períodos de tempo. A tecnologia da hipergravidade proporcionou aumento significativo na taxa de crescimento das plântulas (diâmetro, altura e sobrevivência aos 120 dias) no viveiro. Para Eucalyptus globulus, os efeitos da hipergravidade foram significativos na intensidade de 7 Gz em qualquer período de tempo (do primeiro até o nono dia). Os efeitos da hipergravidade foram significativos para as espécies E. benthamii e E. grandis na intensidade 7 Gz e 8 horas de exposição. Dessa maneira, a hipergravidade simulada apresenta potencial de uso em testes com plântulas de eucaliptos em estágios iniciais de desenvolvimento.

Repeatability of biometric characteristics of Juçara palm fruit / Repetibilidade de características biométricas de frutos de palmito Juçara

Juçara is a plant that occurs in the Brazilian Atlantic Forest which presents high ecological importance to the biodiversity and is present on the list of endangered species. The fruits are known as super fruits because they present chemical characteristics of great importance. Due to its elevated economic importance and for the low number of researches with this species, the first step is to make the pre-breeding of the species. This consists in morphological characterization, which is very dependent on time and labour. Thus, the decrease of the number of evaluated measurements by individual is of great importance to the phases of pre-breeding and breeding. The objective of this work was to obtain estimates of the coefficients of repeatability and determination of six Euterpe edulis fruit characteristics to enable the prediction of the necessary number of measurements required to achieve given levels of certainty for the real values for each of the six fruit characteristics. The performances of various methods for repeatability estimation were compared. The characteristics longitudinal diameters of the fruits, longitudinal diameters of the seeds, equatorial diameters of the fruits, equatorial diameters of the seeds, fruit weights and seed weights of juçara palm fruits were measured, and the deviances, the coefficients of repeatability, the coefficients of determination, and the necessary numbers measurements for an accurate prediction of the real value of the population were estimated. The methods used do not differ as to estimate the repeatability coefficient to the longitudinal diameter characteristics of the fruit, seed equatorial diameter, fruit mass and seed mass. With 95% reliability is possible to use four (4) for mass measurements of fruit and five (5) measurements for longitudinal diameter of fruit, seed equatorial diameter, fruit mass and seed mass.

A juçara é uma planta de ocorrência da Mata Atlântica brasileira e apresenta grande importância ecologia para a biodiversidade e se encontra na lista de espécies ameaçadas de extinção. Os frutos são conhecidos como super frutos por apresentarem características químicas de grande importância. Devido a sua grande importância econômica e pelo baixo número de pesquisas com esta espécie, o primeiro passo é fazer o pré-melhoramento. Este consiste em caracterização morfológica, a qual é muito dispendiosa de tempo e mão de obra. Sendo assim, a diminuição do número de medições avaliadas por indivíduo é de suma importância durante as fases de pré-melhoramento e melhoramento. O objetivo deste trabalho foi obter estimativas dos coeficientes de repetibilidade e de determinação, predizer o número adequado de medições capaz de proporcionar níveis de certeza da predição do valor real dos indivíduos para cada uma das seis características analisadas de Euterpe edulis, e comparar diferentes métodos de estimação da repetibilidade. Foram mensuradas seis características nos frutos de juçara e posteriormente estimou-se a deviance, o coeficiente de repetibilidade, o coeficiente de determinação e o número de medições necessárias para uma predição adequada do valor real dos indivíduos. As metodologias utilizadas não diferem quanto à estimativa do coeficiente de repetibilidade para as características diâmetro longitudinal do fruto, diâmetro equatorial da semente, massa do fruto e massa da semente. Com 95% de confiabilidade é possível utilizar quatro (4) medições para massa do fruto e cinco (5) medições para diâmetro longitudinal do fruto, diâmetro equatorial do fruto, diâmetro longitudinal da semente, diâmetro equatorial da semente e massa da semente.

Variabilidade genética para caracteres morfométricos de matrizes de castanha-do-brasil da Amazônia Mato-grossense / Genetic variability for morphometric characteristics in Brazilian nut parent trees from northern Mato Grosso, Amazon rain forest

O presente estudo objetivou estudar a variabilidade genética de matrizes de Bertholletia excelsa através da estimação de parâmetros e ganhos genéticos para os caracteres peso/ouriço (g), peso de sementes/ouriço (g) e número de sementes/ouriço no pré-melhoramento da espécie. Foram utilizadas 90 matrizes de polinização aberta, sendo 30 matrizes de cada tipo, denominadas localmente de rajada, mirim e rosa, no município de Cotriguaçu, noroeste de Mato Grosso, região amazônica. O experimento foi estabelecido sob delineamento inteiramente ao acaso, com 90 tratamentos (matrizes) e seis ouriços por matriz, com suas respectivas sementes. As variáveis foram analisadas usando-se a metodologia de modelo linear misto do software SELEGEN-REML/BLUP. Os coeficientes de herdabilidades individuais no sentido amplo dos efeitos genotípicos totais (0,21, 0,14 e 0,34) para os caracteres peso/ouriço (g), peso de sementes/ouriço (g) e número de sementes/ouriço, respectivamente, são considerados moderados para os dois primeiros caracteres e alto para o caráter número de sementes/ouriço, sugerindo expressivo controle genético. A seleção das 10 melhores matrizes revelou predominância da procedência do tipo rosa, proporcionando ganhos genéticos expressivos de pelo menos 24,16% para peso/ouriço (g), 27,44% para peso de sementes/ouriço e 16,92% para o caráter número de sementes por ouriço. Os valores expressivos das matrizes do tipo rosa estimulam a utilização desses germoplasmas em programas de melhoramento genético da espécie, na seqüência das avaliações, bem como apontando para a possibilidade de obtenção de híbridos intraespecíficos para caracteres desejáveis.

The goal of the study was to detect genetic variability in Brazilian nuts parent trees through parameters estimation and genetic gains for the following indexes: fruit weight (g) seed weight per fruit (g) and number of seeds per fruit at species pre-improvement. Ninety (90) open pollination parent trees were used, 30 of which being of each type, locally called "rajada", "mirim" and "rosa" at the Cotriguacu municipality, Northeastern of Mato Grosso State. A completely randomized design was used, with 90 treatments (parent trees) and six fruits per parcel with their respective seeds. Variables were analyzed using the method of mixed univariate additive linear model from the software SELEGEN-REML/BLUP. Individual heritability coefficients in the broad sense for total genotypic effects (0,21, 0,14 e 0,34) for fruit weight (g) seed weight per fruit (g) and number of seeds per fruit (g) respectively, are considered moderate for the two first indexes and high for number of seeds per fruit, suggesting substantial genetic control. Selection of the 10 best provenances and parent trees showed predominance of the "rosa" type, allowing substantial genetic gains of at least 24,16% for fruit weight (g), 27,44% for seed weight per fruit and 16,92% for the number of seeds per fruit. The remarkable values for the "rosa" type suggest utilization of such germoplasms in genetic improvement programs of this species in the following evaluations. The results also point out the possibility of obtaining intraspecific hybrids for desirable characteristics.

Genetic control of Eucalyptus urophylla and E. grandis resistance to canker caused by Chrysoporthe cubensis

Chrysophorte cubensis induced canker occurs in nearly all tropical and subtropical regions where eucalypts are planted, causing losses in both wood quality and volume productivity, especially so in the warmer and more humid regions of Brazil. The wide inter and intra-specific genetic variability of resistance to canker among Eucalyptus species facilitates the selection of resistant plants. In this study, we evaluated resistance to this pathogen in five Eucalyptus grandis (G) and 15 E. urophylla (U) trees, as well as in 495 individuals from 27 progenies derived from crosses between the trees. In the field, six-months-old test seedlings were inoculated with C. cubensis. Lesion length in the xylem and bark was measured eight months later. The results demonstrated that xylem lesions could preferentially be used for the selection of resistant clones. Eight trees (7 U and 1 G) were susceptible, and the remainder (8 U and 4 G) resistant. Individual narrow and broad sense heritability estimates were 17 and 81 percent, respectively, thereby suggesting that canker resistance is quantitative and highly dependent on dominance and epistasis.

Prediction of genotypic values and estimation of genetic parameters in common bean

Eighteen common bean (Phaseolus vulgaris L.) genotypes were evaluated in 25 environments of the state of São Paulo in 2001 and 2002. The estimation of genetic parameters by the Restricted Maximum Likelihood (REML) and the prediction of genotypic values via Best Linear Unbiased Prediction (BLUP) were obtained by software Selegen-REML/BLUP. The estimate of the broad-sense heritability was low for the grain yield (0.03), since it took individual plots into consideration and was free of the effects of interaction with years, cultivation periods and site. Nevertheless, the heritability at the level of line means across the various environments was high (0.75), allowing a high accuracy (0.87) in the selection of lines for planting in the environment mean. Among the 18 genotypes, the predicted genotypic values of nine were higher than the general mean. The genetic gain predicted with the selection of the best line, in this case line Gen 96A31 of the IAC, was 16.25 percent.

Dezoito genótipos de feijoeiro (Phaseolus vulgaris L.) foram avaliados em 25 ambientes do estado de São Paulo durante os anos de 2001 e 2002. As estimativas de parâmetros genéticos por REML e a predição de valores genotípicos via BLUP foram obtidas por meio do aplicativo computacional Selegen REML/BLUP, seguindo o modelo misto para linhagens. A estimativa da herdabilidade no sentido amplo para produção de grãos foi baixa (0,03), por ser em nível de parcelas individuais e livre dos efeitos da interação com anos, épocas e locais. No entanto, a herdabilidade ao nível de médias de linhagens ao longo dos vários ambientes foi alta (0,75), permitindo alta acurácia (0,87) na seleção de linhagens para plantio no ambiente médio. Dentre os 18 genótipos, nove apresentaram valores genotípicos preditos superiores à média geral. O ganho genético predito com a seleção da melhor linhagem, no caso, a linhagem Gen 96A31 do IAC, foi de 16,25 por cento.

Combining ability of elite clones of Eucalyptus grandis and Eucalyptus urophylla with Eucalyptus globulus

In Brazil, eucalyptus breeding programs for cellulose production has used two species, Eucalyptus grandis and Eucalyptus urophylla. Nevertheless, it would be useful to introgress alleles from other species to improve wood quality and volume. The objective of this research was to evaluate the hybrid potential of elite clones of E. grandis and E. urophylla from the Aracruz Celulose Company S. A. with Eucalyptus globulus clones. To do so, six elite clones were crossed with ten E. globulus clones in a half-diallel mating design. The resulting hybrid combinations as well as the four check clones were evaluated in randomized complete block experiments with single plant plots and 40 replicates from September to October 2001 at three Brazilian sites, Aracruz and São Mateus in the Espírito Santo state and Caravelas in Bahia State. Two years later the circumference at breast height (CBH) and the wood density (WD) were measured. The means were submitted to diallel analysis according to the Griffing method (1956), adapted by Geraldi and Miranda Filho (1988). Although the number of clones involved was small, the crossings of elite clones of E. grandis and E. urophylla with clones of E. globulus were promising, especially for wood quality gains.

Estimation of variance components and prediction of breeding values in rubber tree breeding using the REML/BLUP procedure

The present paper deals with estimation of variance components, prediction of breeding values and selection in a population of rubber tree [Hevea brasiliensis (Willd. ex Adr. de Juss.) Müell.-Arg.] from Rio Branco, State of Acre, Brazil. The REML/BLUP (restricted maximum likelihood/best linear unbiased prediction) procedure was applied. For this purpose, 37 rubber tree families were obtained and assessed in a randomized complete block design, with three unbalanced replications. The field trial was carried out at the Experimental Station of UNESP, located in Selvíria, State of Mato Grosso do Sul, Brazil. The quantitative traits evaluated were: girth (G), bark thickness (BT), number of latex vessel rings (NR), and plant height (PH). Given the unbalanced condition of the progeny test, the REML/BLUP procedure was used for estimation. The narrow-sense individual heritability estimates were 0.43 for G, 0.18 for BT, 0.01 for NR, and 0.51 for PH. Two selection strategies were adopted: one short-term (ST - selection intensity of 8.85 percent) and the other long-term (LT - selection intensity of 26.56 percent). For G, the estimated genetic gains in relation to the population average were 26.80 percent and 17.94 percent, respectively, according to the ST and LT strategies. The effective population sizes were 22.35 and 46.03, respectively. The LT and ST strategies maintained 45.80 percent and 28.24 percent, respectively, of the original genetic diversity represented in the progeny test. So, it can be inferred that this population has potential for both breeding and ex situ genetic conservation as a supplier of genetic material for advanced rubber tree breeding programs.