Combined selection for adaptability, genotypic stability and cowpea yield from mixed models / Seleção combinada para adaptabilidade, estabilidade genotípica e produtividade de feijão-caupi a partir de modelos mistos

ABSTRACT: The potential expression of crop productivity is a constant challenge for plant breeders in the face of oscillations in environmental variables, making selection difficult and increasing the operational and methodological costs in obtaining the ideal cultivar for a determined region. The objective of the research was to investigate the effects of genotype x environment interaction in the selection of cowpea lines with high grain yield, adaptability, and genotypic stability simultaneously, in environments of the Northwest region of Rio de Janeiro State, using mixed models (Maximum Restricted Likelihood - REML/Best Linear Unbiased Prediction - BLUP). 27 cowpea genotypes were evaluated in six environments by combining location (Cambuci-RJ and Bom Jesus do Itabapoana-RJ) and year (2016, 2017 and 2018). A randomized block design with four replications was performed. The genetic parameters were estimated via the REML/BLUP procedure, and the selection was based on the harmonic mean method of the relative performance of the genetic values (HMRPGV). A meaningful difference was observed for environment and genotype x environment interaction. The residual variance and the variance of the genotype x environment interaction formed the most significant fractions of the phenotypic variance. Lines 4 (Bico-de-ouro 1-5-24), 6 (Pingo-de-Ouro 1-5-4), 5 (Pingo-de-Ouro 1-5-26), and 9 (Pingo-de-Ouro 1-5-8), stood out as superior in terms of stability and adaptability and grain yield by HMRPGV. Commercial cultivars 13 (BRS-Tumucumaque) and 26 (BRS-Itaim) had high grain yield, adaptability, and specific stability in the evaluated edaphoclimatic conditions.

RESUMO: A expressão potencial da produtividade das culturas constitui um desafio constante aos criadores de plantas frente às oscilações das variáveis ambientais, dificultando a seleção e onerando os custos operacionais e metodológicos na obtenção da cultivar ideal para determinada região. O objetivo do trabalho foi investigar os efeitos da interação genótipos x ambientes na seleção de linhagens de feijão-caupi com alta produtividade de grãos, adaptabilidade e estabilidade genotípica simultaneamente, em ambientes da região Noroeste do estado do Rio de Janeiro, usando modelos mistos (Máximo Verosimilhança Restrita - REML/Melhor Predição Linear não Viesado - BLUP). Avaliou-se 27 genótipos de feijão-caupi em seis ambientes pela combinação de local (Cambuci-RJ e Bom Jesus do Itabapoana-RJ) e ano (2016, 2017 e 2018). Foi utilizado o delineamento em blocos casualizados com quatro repetições. Os parâmetros genéticos foram estimados via procedimento REML/BLUP, e a seleção baseou-se no método da média harmônica do desempenho relativo dos valores genéticos (HMRPGV). Observou-se diferença significativa para ambiente e interação genótipo x ambiente. A variância residual e a variância da interação genótipo x ambiente formaram as maiores frações da variância fenotípica. As linhagens 4 (Bico-de-ouro 1-5-24), 6 (Pingo-de-ouro 1-5-4), 5 (Pingo-de-ouro 1-5-26) e 9 (Pingo-de-ouro 1-5-8) foram classificadas como superiores quanto a estabilidade e adaptabilidade e rendimento de grãos pelo critério da HMRPGV. As cultivares comerciais 13 (BRS-Tumucumaque) e 26 (BRS-Itaim) reuniram elevada produtividade de grãos, adaptabilidade e estabilidade específica nas condições edafoclimáticas avaliadas.

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.

Resposta à seleção de características de desempenho e morfométricas de tilápia-do-nilo ao longo do período de cultivo / Selection response for performance and morphometrics traits of Nile tilapia along the culture period

Estudou-se a resposta à seleção para características de desempenho e morfométricas de tilápia-do-nilo (Oreochromis niloticus) em diferentes períodos de cultivo. Realizaram-se análises unicaracter para todas as características estudadas e as análises bicaracter, associando-se o ganho de peso diário, mensurado em quatro biometrias, com as características morfométricas obtidas ao final do período de cultivo. As herdabilidades estimadas para peso vivo, altura e comprimento de cabeça foram mais altas em análises unicaracter do que as estimadas em análises bicaracter. Os valores de correlações genéticas, fenotípicas, Pearson e Spearman foram positivas e crescentes com o avanço da idade dos animais. As respostas à seleção indireta foram 87% mais altas que as obtidas pela resposta direta, indicando que a seleção pode ser realizada precocemente, utilizando como critério de seleção o ganho de peso diário total medido em biometrias intermediárias, sem apresentar perdas expressivas no ganho genético.

The objective of this work was to study the selection response for performance and morphometrics traits in Nile tilapias (Oreochromis niloticus) in different measurements of farming. The one-trait analysis was performed for all traits studied and the two-traits analysis, were associated with the daily total weight gain in four measurement among performance and morphometrics traits in the fourth measurement. The heritabilities estimated for live weight, height and head length were higher in one-trait analysis than two-traits analysis. The genetic correlations, phenotypic, Pearson and Spearman among weight gain and all other measurements were higher along the farming. The indirect response was estimated at over 87% of direct response, which indicates that the selection may be performed early, using the daily total weight gain as selection criteria in intermediate measurement, without significant losses in genetic gain and contributing to reduction of cost production.

Seleção de progênies de meios-irmãos do composto Isanão VF-1 de milho na safra e safrinha / Selection of half sib progenies of Isanão VF-1 composite of maize in normal and late season crops

O aumento significativo da produção de milho na segunda safra no Brasil, principalmente no centro-sul do país, têm estimulado os programas de melhoramento da cultura a selecionar genótipos que sejam adaptáveis às condições climáticas das diferentes épocas de semeadura. Nesse sentido, o objetivo do presente trabalho foi quantificar a interação progênies x épocas de semeadura e verificar seus reflexos no progresso genético com o uso de índice de seleção multivariado para seleção de progênies do Composto Isanão VF-1 de milho. As semeaduras foram realizadas na segunda safra em 2004 e na primeira safra do ano agrícola 2004/05. Foram utilizadas 71 progênies de meios irmãos avaliadas em blocos ao acaso, com três repetições. Os caracteres avaliados foram: altura de plantas, altura de espigas, tombamento, prolificidade e rendimento de grãos. Realizaram-se a decomposição da interação progênies x épocas e foram estimados os ganhos pelo índice de seleção descrito por Mulamba e Mock. Houve predomínio da interação do tipo simples para maioria dos caracteres, exceto para prolificidade, que revelou 86 por cento de interação do tipo complexa. Pelo índice de Mulamba e Mock, os ganhos proporcionais mais adequados para o conjunto de caracteres avaliados foi obtido pelos pesos econômicos atribuídos por tentativas. Os ganhos preditos foram de 1,41, 0,86, -13,03, 9,54 e 16,12 por cento para altura de planta, altura de espiga, tombamento, prolificidade e rendimento de grãos, respectivamente.

The significant increase in maize production in the second season crop in Brazil, mainly in central-south of the country have stimulated breeding programs to select genotypes adapted to the climatic conditions of different sowing times. The objective of this study was to quantify the progenies x sowing times interaction and check its reflexes on the genetic progress with the use of multivariate selection for selection progenies of the maize Composite Isanão VF-1. Sowings were done in the second growing season, in 2004 and in first growing season of the 2004/05 crop year. A total of 71 half-sib progenies were evaluated in a randomized block design with three replications. The traits evaluated were: plant height, ear height, lodged and broken plants, prolificacy and grain yield. There was decomposition of progenies x sowing times interaction and gains from selection index Mulamba and Mock were estimated. There was a predominance of the simple interaction for most traits, except prolificacy, which revealed 86 percent of complex type interaction. For the index Mulamba and Mock, proportional gains most appropriate for the traits set was obtained by the economic weights assigned by attempts. The predicted gains were 1.41, 0.86, -13.03, 9.54 and 16.12 percent for plant height, ear height, lodged and broken plants, prolificacy and grain yield, respectively.

Implicações da interação genótipos x ambientes sobre ganhos com a seleção em meloeiro / Implications of genotype x environment interaction on the gain with melon selection

O objetivo do presente trabalho foi estudar o efeito da interação genótipos por ambientes sobre a avaliação de famílias de meloeiro. Foram avaliadas 144 famílias na geração S6, em quatro municípios, Mossoró, Baraúna, Assu e Alto do Rodrigues, em um látice simples 12x12. As características avaliadas foram: produtividade, peso médio do fruto, proporção da cavidade interna, espessura da polpa, firmeza da polpa e teor de sólidos solúveis. Constatou-se efeito significativo de famílias nos quatro ambientes de avaliação e na análise conjunta para todas as características. A interação famílias x locais foi acentuada, sendo a estimativa do componente de variância da interação superior àquele da variância genética entre famílias. Ocorreu superioridade na contribuição da parte complexa em relação à simples da interação para todas as características. A interação famílias x ambientes teve reflexo na seleção, pois a resposta correlacionada pela seleção em um ambiente e ganho em outro sempre foi inferior ao ganho da seleção direta. As estimativas de coeficiente de variação genética e variância genética entre famílias foram superestimadas pelo componente da interação famílias x locais, sendo necessárias avaliações em ambientes diferentes. A seleção com base no comportamento médio das famílias foi eficiente, pois proporcionou maiores ganhos de seleção do que aqueles obtidos com base na seleção no ambiente individual.

The objective of this research was to study the genotype x environment effect on the selection of melon families. It was evaluated 144 melon families at four sites of Rio Grande do Norte State, Brazil. The experiments were carried out in a design of simple lattice 12x12 in Mossoró, Baraúna, Assu and Alto do Rodrigues sites. The traits assessing were yield, average of weight fruit, intern cavity proportion, pulp thickness, pulp firmness and content solids soluble. It was observed effect of families in all sites and the join analysis for all traits. The family x site interaction was high and the estimation of the interaction variance component was higher than the genetic variance among families. The complex interaction was higher than the simple one. The family x site interaction reflected in the selection, as the correlated response to selection in one environment observed in another was always lower than the gain of direct selection. The estimates of the genetic variation coefficient and genetic variance were overestimated by family x site interaction, consequently, the evaluation should be carried out in different sites. The selection based on the mean over sites was effectiveness because the genetic expected that gains were more expressive than gains based in the individual environment.

Qualidade de sabor de tomates dos tipos salada e cereja e sua relação com caracteres morfoagronômicos dos frutos / Taste quality of salad and cherry tomatoes and their relationship with the morphoagronomic characteristics of the fruits

Frutos no estádio vermelho maduro de trinta e três acessos de tomate do banco de germoplasma do CCA-UFES, sendo 15 do "tipo Cereja" e 18 do "tipo Salada", foram caracterizados com base nos seguintes descritores morfoagronômicos: peso médio do fruto; comprimento médio do fruto; diâmetro médio do fruto; diâmetro da cicatriz peduncular; espessura do mesocarpo do fruto; teor de sólidos solúveis e pH do fruto. Com base nas variáveis teor de sólidos solúveis (TSS) e pH do fruto, calculou-se a variável sabor, por meio da relação TSS/pH². Foram realizadas análises de variâncias e análises de correlações simples e parciais, determinando a distribuição dos acessos quanto às classes de sabor. Com base nas distribuições de frequências, formaram-se quatro classes para essa variável, sendo que, a maior parcela (33 por cento) dos acessos "tipo Salada" alocaram-se na classe mais baixa (0,05-0,12 ºBrix.pH-2), correspondendo a frutos de sabor menos desejável, enquanto a maior parcela (30 por cento) dos acessos "tipo Cereja", alocaram-se em classe imediatamente superior (0,13-0,20 ºBrix.pH-2). Os dados demonstram a possibilidade de se obter ganhos genéticos para sabor concomitantemente ao peso, comprimento e espessura do mesocarpo dos frutos.

Fruits in the ripe red stage of thirty three tomato (Lycopersicon esculentum Mill.) accessions from CCA-UFES germplasm collection, being 15 "Cherry type" and 18 "Salad type", were characterized based on the following morphooagronomic descriptors: average fruit weight; average fruit length; average fruit diameter; peduncle scar diameter; fruit mesocarp thickness; soluble solids and fruit pH. Based on the data from the soluble solids and fruit pH, the flavor variable was calculated by the ratio TSS/pH². Variance analysis and simple and partial correlations were calculated, and the accessions were clustered in flavor classes. Based on the statistical model of distribution of frequencies, four classes were formed for flavor variable. The largest portion (33 percent) of the accessions of salad type were located in the lowest class (0.05-0.12 ºBrix.pH-2), corresponding to the accessions with not so desirable a flavor, while the largest portion (30 percent) of the accessions of the "cherry" type were clustered in the next class above (0.13-0.20 ºBrix.pH-2). The possibility of concomitantly obtaining genetic gains for flavor, weight, length and mesocarp thickness of the fruits was demonstrated.

Eficiência da seleção recorrente para redução da estatura de plantas em mamoneira (Ricinus communis L.) / Recurrent selection efficiency for stature reduction of castor bean (Ricinus communis L.) plants

Realizou-se, o presente trabalho, com o objetivo de avaliar a eficiência da seleção recorrente para a redução da estatura de plantas de mamona da cultivar Guarani (Ricinus communis L.), tornando-a com porte adequado para facilitar a colheita manual e/ou mecânica. Foram realizados quatro ciclos de seleção recorrente com a utilização de progênies autofecundadas na cultivar Guarani para redução da estatura das plantas, nas condições edafoclimáticas dos municípios de São Manuel - SP, Botucatu - SP e Penápolis - SP. As avaliações de estatura das plantas e de produtividade de grãos (kg.ha-1), dos quatro ciclos de seleção e do ciclo original foram realizadas nos municípios de São Manuel - SP, Botucatu - SP e Penápolis - SP na safra 2005/2006, sob um delineamento de blocos casualizados com cinco repetições e parcela útil de 30 m². A análise de variância para as características avaliadas foi feita separadamente para cada local e conjuntamente para os três locais e, posteriormente, realizada a comparação das médias pelo teste de Tukey, a 5 por cento. Foram estimados, para as três localidades, por análise de regressão, os ganhos genéticos dos quatros ciclos de seleção para estatura de plantas. A partir dos resultados obtidos pôde-se concluir que a seleção recorrente foi eficiente para a redução da estatura de plantas e que a cultivar de mamona Guarani apresenta variabilidade genética para essa característica e que a produtividade não foi influenciada pela redução da estatura de plantas.

The aim of this work was to evaluate the recurrent selection efficiency for reduction of stature of the castor bean plants of the Guarani cultivar (Ricinus communis L.), turning it with appropriate strucuture to facilitate the manual and/or mechanic harvest. Four cycles of recurrent selection were accomplished through the utilization of self-pollinated progenies in the Guarani cultivar for reduction of plants stature, in edaphclimatic conditions of São Manuel-SP, Botucatu-SP and Penápolis-SP towns. The evaluations of plants stature and yield (kg.ha-1) of the four selection cycles and the original cycle (cycle 0) were accomplished in São Manuel-SP, Botucatu-SP and Penápolis-SP, under a randomized block design with five repetitions and useful parcels of 30 m². The analysis of variance for the characteristics plant stature and yield was made apart to each environment and together for the three environment and, afterwards one performed the average comparison by the Tukey test using 5 percent of probability. One estimated for the three environments, by the regression analysis, the genetic gains of the four selection cycles for plant stature. One concluded that the recurrent selection was efficient to the reduction of plant stature and that Guarani castor bean cultivar could create genetic variability for this characteristic and the yield was not influenced by the reduction of plants stature.

Eficiência da seleção combinada no melhoramento genético do Taxi-branco (Sclerolobium paniculatum Vogel)

The efficiency of combined family/within family selection was evaluated in half-sib progenies of taxi-branco (Sclerolobium paniculatum Vogel) at the Cerrado Experiment Station, Embrapa Amapá, Amapá, Brazil, in a four-year-old 21 half-sib progeny trial in a randomized block design. Highly significant differences (p 1%) were found for three traits likely to show high genetic gain due to selection: diameter (DBH), biomass and height. Combined selection provided estimates of 30%, 42% and 51% gains, respectively, confirming that combined selection is a promising strategy in forest tree improvement. Effective population size must be estimated to assure genetic gain and preserve genetic variability.

São apresentados resultados da eficiência da seleção combinada em progênies de meios-irmãos de taxi-branco, com quatro anos de idade, relativamente ao esquema de seleção entre e dentro de famílias de meios-irmãos, As 21 progênies foram estudadas em um delineamento de blocos casualisados no Campo Experimental do Cerrado pertencente ao Centro de Pesquisa Agroflorcstal do Amapá - Embrapa Amapá, no Estado do Amapá, Brasil. As análises de variâncias apontaram diferenças significativas ao nível de 1% de probabilidade para os três caracteres avaliados, indicando serem grandes as chances de obtenção de sucesso com o processo seletivo. Ficou evidenciada a superioridade da seleção combinada sobre a seleção entre e dentro, visto que apresentou ganhos relativos superiores de 30%, 42% e 51% para DAP, biomassa e altura, respectivamente, indicando ser uma estratégia promissora no melhoramento genético de espécies florestais.