Evaluation of maize populations for the resistance to fall armyworm (Spodoptera frugiperda J.E.Smith, 1797)

A lagarta do cartucho (Spodoptera frugiperda) constitui-se na principal praga da cultura do milho no Brasil, podendo ocasionar danos elevados na produção de grãos, quando as condições ambientais são favoráveis, principalmente em plantios de safrinha. Considerando o vasto germoplasma de milho existente no mundo, principalmente na América Latina, o estudo de materiais exóticos pode ser uma alternativa para a busca de novas fontes de resistência. Nesse trabalho foram avaliadas 42 populações exóticas e semi-exóticas de milho, para resistência à lagarta do cartucho e outras características agronômicas. Para isso foram gerados três compostos (CRL-01, CRL-02 e CRL-03), a partir do cruzamento de populações exóticas e semi-exóticas com materiais adaptados (ITU, ESALQ PB1 E). De cada composto foram amostrado progênies de irmãos germanos, (180, 150 e 200 do CRL-01, CRL-02 e CRL-03, respectivamente). Além disso, as populações exóticas e semi-exóticas foram cruzadas com outras quatro populações adaptadas (G3, G4, GOFLINT e GODENT), em um esquema de cruzamentos dialélicos parciais, visando o estudo de componentes de heterose. Os danos causados pela lagarta do cartucho foram avaliados 45 dias após o plantio, sob infestação natural da praga. Detectou-se para a variável resistência a lagarta do cartucho (RL), uma dependência espacial entre parcelas experimentais próximas, resultando que os resíduos foram espacialmente correlacionados. Visando melhorar as estimativas dos parâmetros genéticos (avaliando as consequências da suposição dos efeitos dos tratamentos serem fixos ou aleatórios, no resultado final da seleção) e de corrigir os efeitos da autocorrelação espacial para a variável RL, os dados experimentais foram submetidos a dois modelos de análises estatística. Um modelo fixo, assumindo que os resíduos são independentes (análise clássica), via Quadrados Mínimos Ordinários (QMO). E um modelo misto, que para a variável RL, a matriz dos resíduos foi modelada conforme a estruturação da dependência espacial observada entre as parcelas experimentais (modelo misto espacial). Sendo que para as demais variáveis (peso de espigas em t/ha, altura de plantas e da inserção da espiga em cm e posição relativa da espiga), os resíduos foram modelados como independentes. A recuperação da informação intergenotípica, aliada com a correção para os efeitos de posição, para a variável RL, possibilitadas pela abordagem dos modelos mistos, resultou sobretudo na melhoria da precisão das estimativas dos efeitos genotípicos, sendo portanto, mais eficiente na discriminação dos tratamentos. As progênies selecionadas a partir dos dois modelos de análise estatística, diferiram entre si para as variáveis resistência a lagarta do cartucho (RL) e peso de espigas em t/ha (PE), enquanto para as variáveis AP, AE e PR, a suposição dos efeitos genotípicos serem fixos ou aleatórios, não alterou o resultado final da seleção. As variáveis RL e PE, mostraram-se não correlacionadas, indicando a presença da tolerância, como mecanismo de resistência. Quanto aos componentes de heterose, foi possível detectar a importância, tanto dos efeitos aditivos, quanto dos efeitos de dominância, para a expressão do caráter RL. Os compostos mais promissores, como populações-base, para futuros ciclos de seleção recorrente, visando resistência a lagarta do cartucho, foram o CRL-01 e o CRL-02.Fall armyworm (Spodoptera frugiperda) is the main insect pest of the maize crop in Brazil and may cause high losses in grain production under favorable conditions of the environment, which occur frequently in off-season ("safrinha") crops. When considering the vast array of the maize germplasm in the world, including Latin America, the use of exotic germplasm can be seen as a feasible alternative in the search of new sources of genetic resistance. ln this work 42 exotic and semi-exotic maize populations were evaluated for the resistance to earworm and other agronomic traits. ln sequence, three composites (CRL-01, CRL-02 and CRL-03) were synthesized from crosses between exotic and semi-exotic populations with local and adapted materials (ITU, ITA and ESALQ-PB1 E). From each composite, a sample of full-sib families (180, 150 and 200 from CRL-01, CRL-02 and CRL-03, respectively) was taken for evaluation. The parental populations were also crossed with other four adapted populations (GN-03, GN-04, GO-FLINT and GO-DENT) following the partial diallel (intergroup) crossing scheme for evaluation of heterosis and its components. Damage caused by fall armyworm was evaluated 45 days after planting, under natural infestation. For the variable symbolized as RL (resistance to fall armyworm), a spatial dependence between closed plots was detected, thus resulting in a correlation of residuals between closed plots. For a better estimation of genetic parameters (on the supposition of the treatment effects be fixed or random and the consequences on the final result of selection), and also aiming at to correct the effects of spatial autocorrelation of the variable RL, the experimental data were analyzed under two statistical models. One fixed model, assuming that the residuals are independent (classical analysis), via Ordinary Least Squares. And a mixed model in which, for the variable RL, the matrix of residuals was modeled according to the structure of the spatial dependence observed between experimental plots (spatial mixed model). For the other variables (PE: ear weight in t/ha, AP: plant height and AE: ear height in cm, and PR: ear placement) residuais were modeled as independents. Recovering of the intergenotypic information for the variable RL, together with the correction for the position effects, led to a higher precision of the genotypic effects estimates, resulting in a more efficiency in the discrimination of the treatment means. Progenies selected on the basis of the two models of statistical analysis showed differences for RL and PE, while for AP, AE and PR the supposition of the genotypic effects be fixed or random did not change the final results of selection. No correlation was found between the variables RL and PE, indicating the phenomenon of tolerance as the mechanism of resistance. ln the study of the heterosis components, additive as well as dominant effects were detected in the expression of the variable RL. Among the three synthesized composites, CRL-01 and CRL-02 showed to be the most promising for recurrent selection toward higher levels of resistance to fall armyworm

AUTOCORRELAÇÃO ESPACIAL NA AVALIAÇÃO DE COMPOSTOS DE MILHO PARA RESISTÊNCIA À LAGARTA DO CARTUCHO (Spodoptera frugiperda) SPATIAL AUTOCORRELATION IN THE EVALUATION OF MAIZE COMPOSITES FOR RESISTANCE TO FALL ARMYWORM (Spodoptera frugiperda)

&lt;!-- @page { margin: 2cm } --&gt; &lt;p class="western" align="justify"&gt;Foram gerados três compostos de milho (CRL-01, CRL-02 e CRL-03) entre materiais adaptados e materiais exóticos, com históricos de resistência à lagarta do cartucho (&lt;em&gt;Spodoptera&lt;/em&gt; &lt;em&gt;frugiperda&lt;/em&gt;). Famílias de irmãos germanos dos três compostos foram avaliadas para resistência à lagarta, usando uma escala de notas variando de 0 (sem danos) a 5 (cartucho destruído). O delineamento experimental usado foi o de blocos completos casualizados com duas repetições. Dois modelos foram considerados: um modelo com erros independentes e outro assumindo erros espacialmente correlacionados (análise espacial). Na análise espacial a matriz de covariâncias de resíduos (R) foi construída conforme a autocorrelação espacial detectada em cada experimento. O teste de Durbin-Watson foi usado para verificar presença da autocorrelação espacial entre parcelas, a qual foi altamente significativa. O alcance prático da autocorrelação espacial foi de cerca 1,5 m. A adoção da análise espacial permitiu uma melhoria no controle da variação local, resultando numa redução das estimativas das variâncias residuais e, conseqüentemente, num aumento dos coeficientes de herdabilidade estimados, com melhorias nos ganhos esperados com a seleção. O ordenamento das progênies foi alterado dependendo da escolha do modelo de análise. A analise espacial, nessas circunstâncias, foi mais apropriada que a análise com erros independentes.&lt;/p&gt; &lt;p class="western" align="justify"&gt;PALAVRAS-CHAVE: Germoplasma exótico; autocorrelação espacial; modelos mistos; BLUP.&lt;/p&gt;<br>&lt;!-- @page { margin: 2cm } --&gt; &lt;p class="western" align="justify"&gt;Composites of maize (CRL-01, CRL-02 and CRL-03) were synthesized from crosses of adapted materials with exotic materials that have shown resistance to fall armyworm (&lt;em&gt;Spodoptera frugiperda&lt;/em&gt;). Full-sib progenies from the three composites were evaluated for resistance to fall armyworm using a scale varying from 0 (no damage) to 5 (destroyed whorl). The experimental design was randomized complete blocks with two replications. Two models were considered: using the classical analysis with independent errors, and a model with spatially correlated errors. In the spatial model, the residual covariance matrix (R) followed a model built according to the spatial autocorrelation detected in the experiment. The test of Durbin-Watson was used to detect the presence of the spatial autocorrelation between plots, which showed to be highly significant. The distance range of the spatial autocorrelation was about 1.5 m. The use of the spatial model allowed a better local control, resulting a reduction in the estimates of residual variances and an increase of heritability coefficient estimates and expected progress with the selection. The ranking of progenies was changed when using different models of analysis. The use of mixed model was more appropriate than classical analysis in such circumstances.&lt;/p&gt; &lt;p class="western"&gt;KEY-WORDS: Exotic germplasm; spatial autocorrelation; mixed model; BLUP.&lt;/p&gt