Increasing selection gain and accuracy of harvest prediction models in Jatropha through genome-wide selection.

Genome-wide selection (GWS) has been becoming an essential tool in the genetic breeding of long-life species, as it increases the gain per time unit. This study had a hypothesis that GWS is a tool that can decrease the breeding cycle in Jatropha. Our objective was to compare GWS with phenotypic selection in terms of accuracy and efficiency over three harvests. Models were developed throughout the harvests to evaluate their applicability in predicting genetic values in later harvests. For this purpose, 386 individuals of the breeding population obtained from crossings between 42 parents were evaluated. The population was evaluated in random block design, with six replicates over three harvests. The genetic effects of markers were predicted in the population using 811 SNP's markers with call rate = 95% and minor allele frequency (MAF) > 4%. GWS enables gains of 108 to 346% over the phenotypic selection, with a 50% reduction in the selection cycle. This technique has potential for the Jatropha breeding since it allows the accurate obtaining of GEBV and higher efficiency compared to the phenotypic selection by reducing the time necessary to complete the selection cycle. In order to apply GWS in the first harvests, a large number of individuals in the breeding population are needed. In the case of few individuals in the population, it is recommended to perform a larger number of harvests.

Repeatability estimates and minimum number of evaluations for selection of elephant-grass genotypes for herbage production / Estimativas de repetibilidade e número mínimo de avaliações para seleção de genótipos de capim-elefante para produção de forragem

In forage-plants breeding, the selection of superior genotypes has been undertaken through successive harvests in previously established intervals. However, this process involves many steps, the evaluation of many traits, and a great spending with costs and labor. Thus the estimate of the repeatability is essential in improvement of perennials, it allows predicting genotypic value of the individual, the minimum number of evaluations in the selection of genotypes and minimizes resources and time in the selection of promising individuals. The objective of this study was to estimate the repeatability coefficient for morphological traits in elephant grass and determine the number of evaluations needed for phenotypic selection more efficient. The experimental randomized block design with 53 genotypes and two replications. The repeatability coefficients were estimated for variables plant height, number of tillers, stem diameter and dry matter yield, using the methods of Anova, Principal Components and Structural Analysis. We observed significant differences between genotypes (P <0.01) for all variables. The main components provide larger estimates of repeatability when compared to other methods. Estimates of the repeatability coefficients are of high magnitude average for the variables plant height (0.44) number of tillers (0.44) and stem diameter (0.63) and low magnitude for dry matter production (0.27). The Principal Components method requires five, five, two and eleven measurements for plant height, number of tillers, stem diameter and dry matter yield, respectively, with 80% reliability.

No melhoramento de plantas forrageiras, a seleção de genótipos superiores tem sido realizada mediante a realização de cortes sucessivos em intervalos previamente estabelecidos. Entretanto este processo envolve muitas etapas, avaliação de muitos caracteres e um grande dispêndio de custos e mão-de-obra. Assim, a estimativa da repetibilidade é essencial no melhoramento de plantas perenes, pois permite predizer o valor genotípico do indivíduo, o número mínimo de avaliações na seleção de genótipos e minimiza recursos e tempo na seleção de indivíduos promissores. O objetivo deste trabalho foi obter estimativas do coeficiente de repetibilidade para caracteres morfoagronômicos em capim-elefante e determinar o número de avaliações necessárias para seleção fenotípica com maior eficiência. Utilizou-se delineamento experimental de blocos casualizados com 53 genótipos e duas repetições. Foram estimados os coeficientes de repetibilidade para as variáveis altura de plantas (ALT), número de perfilhos (NP), diâmetro de colmo (DC) e produtividade de matéria seca (PMS), utilizando-se os métodos da Anova, Componentes principais e Análise estrutural. Observaram-se diferenças significativas entre os genótipos (p<0,01) para todas as variáveis avaliadas. Os componentes principais proporcionam maiores estimativas de repetibilidade em relação aos demais métodos. As estimativas dos coeficientes de repetibilidade são de média a alta magnitude, para as variáveis ALT, NP e DC e de baixa magnitude para PMS. Com base no método dos Componentes Principais são necessárias cinco, cinco, duas e onze medidas para altura da planta, número de perfilhos, diâmetro do caule e rendimento de matéria seca, respectivamente, com 80% de confiabilidade.

Estimates of genetic divergence in cowpea by multivariate analysis in different environments / Estimativa de divergência genética em feijão-caupi por meio de análise multivariada em diferentes ambientes

Cowpea is a legume of great importance in the Brazilian nutrition, mainly in the Northeast region. Despite the low yield of Brazilian cowpea, the species presents a genetic potential to be explored. Thus, this work aimed to characterize the genetic diversity of cowpea genotypes by agronomic traits and select genotypes for possible crosses by multivariate analysis. Four value for cultivation and use tests were carried out with cowpea genotypes in 2005 and 2006, in the municipalities of Aquidauana, Chapadão do Sul, and Dourados, in the state of Mato Grosso do Sul. The experimental design was a complete randomized block with 20 genotypes and four replications. The evaluated traits were value for cultivation, plant lodging, pod length, grain weight of five pods, number of grains per pod, pod weight, severity of powdery mildew, and grain yield. To estimate the genetic diversity among the genotypes, the optimization methods of Tocher and UPGMA were used. The generalized distance of Mahalanobis was used as a dissimilarity measure. The clustering methods revealed genetic variability among the cowpea genotypes evaluated. The methods used formed a different number of groups for each environment. Genotypes TE97-309G-24, MNC99-542F-5, BRS Paraguaçu, BRS Paraguaçu, BR 17-Gurguéia, and CNC x 409-11F-P2 can be used to obtain promising combinations and high genetic variability.

O feijão-caupi é de grande importância na nutrição brasileira, principalmente na região Nordeste. Apesar do baixo rendimento do feijão-caupi no Brasil, esta leguminosa apresenta potencial genético a ser explorado. Dessa forma, o objetivo do trabalho foi caracterizar a variabilidade genética de caracteres agronômicos e estimar a divergência genética entre genótipos de feijão-caupi por meio de análise multivariada. Quatro ensaios de valor de cultivo e uso com genótipos de feijão-caupi foram conduzidos nos anos de 2005 e 2006, nos municípios de Aquidauana, Chapadão do Sul e Dourados. Os experimentos foram conduzidos em delineamento blocos casualizados, com 20 genótipos e quatro repetições. Os caracteres avaliados foram acamamento de plantas, comprimento de vagem, peso de grãos de cinco vagens, número de grãos por vagem, peso de vagem e produtividade de grãos. Realizou-se análise de variância individual e conjunta. Para estimar a diversidade genética entre os genótipos, foram utilizados o métodos de otimização de Tocher e UPGMA. A distância generalizada de Mahalanobis foi utilizada como medida de dissimilaridade. Foi possível detectar variabilidade genética entre os genótipos de feijão-caupi avaliados por meio dos métodos de agrupamento utilizados. Os métodos utilizados formaram números de grupos distintos para cada ambiente. Os genótipos TE97-309G-24, MNC99-542F-5, BRS Paraguaçu, BRS Paraguaçu, BR 17-Gurguéia e CNC x 409-11F-P2 podem ser usados para obter combinações promissoras e elevada variabilidade genética.

Genetic divergence between sweet sorghum genotypes by the WARD-MLM procedure / Divergência genética entre genótipos de sorgo sacarino pelo procedimento WARD-MLM

Sweet sorghum has the potential for use in bioethanol production as a complement to sugarcane. This work aimed to identify sweet sorghum genotypes by mixed models, using the Ward-MLM method. Trials were carried out in the 2013/2014 and 2014/2015 crop years at the experimental area of Embrapa Agropecuária Oeste, in Dourados, Mato Grosso do Sul. The experiment consisted of a randomized blocks design, with three replications, using 16 sweet sorghum genotypes from the breeding program of Embrapa Milho e Sorgo. The genotype effect was significant for all the variables analyzed, and the genotypes x environments interaction was significant for most of these variables. Estimates of genetic parameters indicate that gains with selection can be obtained for the dry mass yield of panicles and ºBrix. The Ward-MLM procedure is useful for detecting genetic divergence and clustering genotypes by simultaneously using morphological, agronomic, and molecular descriptors. In addition, this method showed that three was the ideal number of groups, according to the pseudo-F and pseudo-t2 criteria, identifying the most divergent groups. When crossed, these groups have a higher probability of generating genotypes with high yield and variability.

O sorgo sacarino apresenta potencial para utilização na produção de bioetanol em complementação à cana-de-açúcar. O objetivo deste trabalho foi identificar genótipos de sorgo sacarino via modelos mistos, usando o método Ward- MLM. O experimento foi conduzido nas safras 2013/2014 e 2014/2015, na área experimental da Embrapa Agropecuária Oeste, em Dourados, MS. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos casualizados com três repetições. Foram avaliados 16 genótipos de sorgo sacarino oriundos do programa de melhoramento da Embrapa Milho e Sorgo. O efeito de genótipo foi significativo para todas as variáveis analisadas, e a interação genótipos x ambientes foi significativa para a maioria destas variáveis. As estimativas de parâmetros genéticos obtidas indicam que ganhos com a seleção podem ser obtidos para as variáveis rendimento da massa seca de panículas e ºBrix. O procedimento Ward-MLM é útil para detectar divergência genética e agrupar genótipos pelo uso simultâneo de descritores morfológicos, agronômicos e moleculares. Além disso, este método mostrou que três foi o número ideal de grupos, conforme os critérios do pseudo-F e pseudo-t2, identificando os grupos mais divergentes. Estes grupos, quando cruzados, apresentam maior probabilidade gerar genótipos com alta produtividade e variabilidade.

Jatropha half-sib family selection with high adaptability and genotypic stability.

Jatropha (Jatropha curcas) has become one of the most important species for producing biofuels. Currently, Genotype x Environment (GxE) interaction is the biggest challenge that breeders should solve to increase the section accuracy in the plant breeding. Therefore, the objectives in this study were to estimate the parameters in the 180 half-sib families in Jatropha evaluated for five production years, to verify the significance of the GxE interaction variance, to evaluate the adaptability and stability for each family based on three prediction methods, to select superior half-sib families based on the adaptability and stability analyses, and to predict the accuracy for the sixth production year. Jatropha half-sib families were classified and selected using the follow adaptability and stability methods: linear regression, bi-segmented linear regression and mixed models concepts called harmonic mean of the relative performance of genetic values (HMRPGV). The prediction accuracy was estimated by the Pearson correlation between the predicted genetic values by adaptability and stability methods and the phenotypic value in the sixth production year. In result, most half-sib families were classified as general adaptability and general stability for the evaluated traits. The selection gain obtained via HMRPGV was higher than other methods. The prediction accuracy for the sixth production year was 0.45. Therefore, HMRPGV is efficient to maximize the genetic gain, and it can be a useful strategy to select genotype with high adaptability and stability in Jatropha breeding as well as other species that should be evaluated for many years to take a suitable selection accuracy.

Selection of cowpea genotypes for Mato Grosso do Sul viaGGE Biplot and linear regression / Seleção de genótipos de feijão-caupi para Mato Grosso do Sul via GGEe Biplot e regressão linear

The aim of this study was to investigate the association between GGE Biplot and Eberhart and Russell methodologies and to select cowpea genotypes that meet both high grain yield, adaptability and stability for Mato Grosso do Sul environments. The trials were carried out from February to July of 2010, 2011 and 2012 in the municipalities of Dourados, Aquidauana and Chapadão do Sul. The trials in Chapadão do Sul were conducted only in the years 2010 and 2011, totaling eight environments. After detecting significant GE interaction, adaptability and phenotypic stability of cowpea genotypes were analyzed by GGE Biplot and linear regression methods. Eberhart and Russell and GGE biplot methodologies discriminate differently the best cowpea genotypes and it can be used in a complementary way. MNCO1-649F-2-11 and MNCO2-675-4-9 genotypes are the closest to the ideal in terms of high grain yield and phenotypic stability, being so suitable for cultivation in the state of Mato Grosso do Sul.

O objetivo deste trabalho foi verificar a associação entre as metodologias de Eberhart & Russel e GGE Biplot e selecionar genótipos de feijão-caupi que reúnam simultaneamente alta produtividade de grãos, adaptabilidade e estabilidade aos ambientes de Mato Grosso do Sul. Os experimentos foram realizados no período de fevereiro a julho de 2010, 2011 e 2012, nos municípios de Dourados, Aquidauana e Chapadão do Sul. Os experimentos em Chapadão do Sul foram realizados apenas nos anos de 2010 e 2011, totalizando oito ambientes. Após detectar interação da GE significativa, a adaptabilidade e estabilidade fenotípica dos genótipos de feijão-caupi foi analisada pelos métodos GGE Biplot e regressão linear. As metodologias de Eberhart & Russell e GGE biplot discriminam de forma distinta os melhores genótipos de feijão-caupi e podem ser usadas de forma complementar. Os genótipos MNCO1-649F-2-11 e MNCO2-675-4-9 são indicados para o cultivo no Estado de Mato Grosso do Sul, pois aliam alta produtividade de grãos e estabilidade fenotípica.