Abordagem bayesiana, método tradicional e modelos mistos para experimentos multiambientes na cultura da soja

The objective of this work was to compare the Bayesian approach and the frequentist methods to estimate means and genetic parameters in soybean multienvironment trials. Fifty-one soybean lines and four controls were evaluated in a randomized complete block design, in six environments, with three replicates, and soybean grain yield was determined. The half-normal prior and uniform distributions were used in combination with parameters obtained from data of 18 genotypes collected in previous and related experiments. The genotypic values of the genotypes of high- and low-grain yield, clustered by the Bayesian approach, differed from the means obtained by the frequentist inference. Soybean assessed through the Bayesian approach showed genetic parameter values of the mixed model (REML/Blup) close to those of the following variables: mean heritability (h2mg), accuracy of genotype selection (Acgen), coefficient of genetic variation (CVgi%), and coefficient of environmental variation (CVe%). Therefore, the mixed model methodology and the Bayesian approach lead to similar results for genetic parameters in multienvironment trials.O objetivo deste trabalho foi comparar a abordagem bayesiana e os métodos frequentistas para estimar as médias e os parâmetros genéticos em experimentos multiambientes de soja. Cinquenta e uma linhagens de soja e quatro testemunhas foram avaliadas em delineamento de blocos ao acaso, em seis ambientes, com três repetições, e a produtividade de grãos foi determinada. As distribuições “half-normal” a priori e uniformes foram utilizadas em combinação com parâmetros obtidos de dados de 18 genótipos coletados em experimentos anteriores e relacionados. Os valores genotípicos de genótipos com alta e baixa produção de grãos, agrupados pela abordagem bayesiana, diferiram das médias obtidas pela inferência frequentista. A soja avaliada pela abordagem bayesiana apresentou valores de parâmetros genéticos de modelos mistos (REML/Blup) próximos daqueles das seguintes variáveis: herdabilidade média (h2mg), acurácia da seleção dos genótipos (Acgen), coeficiente de variação genético (CVgi%) e coeficiente de variação ambiental (CVe%). Portanto, em experimentos multiambientes, a metodologia de modelos mistos e a abordagem bayesiana produzem resultados similares de parâmetros genéticos.

Padrões de desequilíbrio de ligação e blocos de haplótipos em populações de milho pipoca

Linkage disequilibrium (LD) and haplotype blocks have been a preliminary and powerful knowledge for genomic investigates in humans, animals and plants. We aimed to describe the LD measures, D’ and r 2 , and to characterize haplotype block patterns in popcorn populations (synthetic and breeding population) from tropical and temperate origins (biparental population). Three populations were genotyped by genotyping-by-sequencing (GBS), 190 or 192 individual from each population. After the data quality control the final marker set remaining for analysis ranged from 75,000 to 76,055 SNPs. D’ and r 2 were assessed per chromosome, and haplotype blocks were characterized by number and size of block, and SNP number. LD and haplotype blocks were also evaluated within 12 genes containing polymorphisms related to the biosynthesis of zein, starch, cellulose and fatty acids. Our results showed that the synthetic is the population with higher LD, followed by the biparental population. The lower average D' value in the breeding population reflects its recombination history. We observed low average r 2 values in the populations. There is an initially higher LD decrease for SNPs separated by 51- 100 kb (3 to 7% for D' and 28 to 66% for r 2 , on average) and then a gradual decrease to the minimum LD value for SNPs separated by 451-500 kb. The number and length of the haplotype blocks and the number of SNPs per haplotype block were proportional to the average r 2 . However, it is not expected a significant advantage of haplotype-based association study and along generations genomic selection, due to the reduced number of SNPs in the haplotype blocks (2 to 3). The LD intragenic approach revealed that tropical populations (synthetic and breeding population) developed by breeding program, based on expansion volume, have higher LD and presence of haplotype blocks. However, we cannot infer that the higher r 2 values observed in 11 of the 12 genes are due to selection for quality in populations. Keywords: Gametic Phase Disequilibrium. Haplotypes. Biparental Population. Synthetic. Breeding Population.Desequilíbrio de ligação (DL) e blocos de haplótipos têm sido um conhecimento preliminar e poderoso para estudos genômicos em humanos, animais e plantas. Nós objetivamos descrever as medidas de DL, D' e r 2 , e caracterizar os padrões de blocos de haplótipos em populações de milho-pipoca de origem tropical (sintético e população de melhoramento) e temperada (população biparental). As três populações foram genotipadas por genotipagem por sequenciamento (GBS), 190 ou 192 indivíduos de cada população. Após o controle de qualidade dos dados, o conjunto final de marcadores remanescentes para análise variou de 75.000 a 76.055 SNPs. D' e r 2 foram avaliados por cromossomo, e os blocos de haplótipos foram caracterizados por número e tamanho de blocos, e número de SNP. DL e blocos de haplótipos foram também avaliados em 12 genes contendo polimorfismos relacionados à biossíntese de zeína, amido, celulose e ácidos graxos. Nossos resultados mostraram que o sintético é a população com maior LD, seguida pela população biparental. Observamos valores médios baixos de r 2 nas populações. Há um decréscimo de LD inicialmente mais alto para os SNPs separados por 51-100 kb (3 a 7% para D' e 28 a 66% para r 2 , em média) e então uma diminuição gradual para o valor mínimo de LD para SNPs separados por 451- 500 kb. O número e a extensão dos blocos de haplótipos e o número de SNPs por bloco de haplótipos foram proporcionais à média de r 2 . No entanto, não se espera uma vantagem significativa do estudo de associação baseado em haplótipos e na seleção genômica ao longo das gerações, devido ao número reduzido de SNPs nos blocos de haplótipos (2 a 3). A abordagem intragênica de LD revelou que as populações tropicais (sintético e população de melhoramento) desenvolvidas pelo programa de melhoramento genético, com base no volume de expansão, têm maior LD e presença de blocos de haplótipos. No entanto, não podemos inferir que os maiores valores de r 2 observados em 11 dos 12 genes são devidos a seleção para qualidade em populações. Palavras-chave: Desequilíbrio de Fase Gamética. Haplótipos. População Biparental. Sintético. População de Melhoramento

Estratégias de seleção de genótipos de soja por meio de modelos mistos e abordagens multivariadas

In genetic breeding, beyond good experimental conduction, and proper data collection, the quality of statistical-genetic analysis is given by the application of methodologies that seek to enhance the selection process, through observation of the relationship between the characteristics evaluated and the achievement of values that are in accordance with reality. The aim of this study was to select soybean genotypes, in an assay in the agricultural year 2013/2014, derived from crosses between conventional and transgenic lines (Roundup Ready), using jointly the REML/BLUP approaches, analysis of factors and principal components, processed with the following characteristics: number of days to flowering (NDF), plant height at flowering (APF), number of days to maturity (NDM), plant height at maturity (APM), height of the first pod insertion (AIV ), lodging (AC), agronomic value (VA), number of branches (NB), number of nodes per plant (NN), number of pods per plant (NV), grain yield (PG) and one hundred seed weight (PCS). Three agronomic selection processes were identified to select genotypes that discriminate genotypes containing more specific properties. The process 1 (AIV, NR, NV, NN and PG) was efficient for the selection of genotypes with good yield components, earlier, smaller sizes and with lodging resistanceNo melhoramento genético, além da boa condução experimental e correta obtenção de dados, a qualidade das análises estatístico-genéticas é dada pela aplicação de metodologias que buscam potencializar o processo de seleção, através da observação das relações existentes entre as características avaliadas, bem como a obtenção de valores que estejam de acordo com a realidade. O objetivo deste estudo foi selecionar genótipos de soja, de um ensaio no ano agrícola 2013/2014, oriundos de cruzamentos entre linhagens convencionais e transgênicas (Roundup Ready), utilizando, conjuntamente, as abordagens REML/BLUP, análise de fatores e componentes principais, processadas com as características: número de dias para florescimento (NDF), altura da planta no florescimento (APF), número de dias para a maturidade (NDM), altura da planta na maturidade (APM), Altura de inserção da primeira vagem (AIV), acamamento (AC), valor agronômico (VA), número de ramos por planta (NR), número de nós por planta (NN), número de vagens por planta (NV), produção de grãos (PG) e peso de cem sementes (PCS). Foram identificados três processos agronômicos que contribuem na seleção para escolha de genótipos, que discriminaram os genótipos contendo propriedades mais específicas. O processo 1 (AIV, NR, NV, NN e PG) foi eficiente para a seleção de genótipos com bons componentes de produção, mais precoces, de menores portes e com resistência ao acamament

Definition of classes referring to pairs of leaf samples used in comparisons according to the plot from which the samples were obtained.

Definition of classes referring to pairs of leaf samples used in comparisons according to the plot from which the samples were obtained.</p

ROC curves for clone differentiation procedures based on RGB images and near-infrared (NIR) spectra.

(A) use of attributes R, G, and B (black line), NIR (green), and the combination of RGB and NIR (blue line). (B) use only the attribute R (black line), NIR (green), and the combination of R and NIR (blue line). It is essential to mention that the green and blue lines are superimposed because they present similar results. TPR: True positive rate. FPR: False positive rate.</p

Distribution of Euclidean distances (<i>D</i>) for pairs of C1 (green) and non-C1 (orange) class samples.

(A) Using R, G, and B bands as attributes obtained from leaf images. (B) Using only the R band as an attribute of these images. (C) Using of attributes corresponding to the wavelengths of the pre-treated NIR spectra of leaf samples. The boxplots inserted in the graphs are helpful for better interpreting the descriptive measures, such as the median, of the D. C1: The leaves collected represent samples from the same individual within a family.</p

Scheme of the experimental procedure for the origin of samples and data collection.

(A): Dense planting of seedlings from a given family i (i = 1 to F, the number of families evaluated) in the Simplified System; (B) the stalks of the most vigorous individuals in each family were selected and planted in new plots; in this case each, h block contains an individual selected from each family i; (C) three +1 leaves were randomly collected from each plot; (D) from each leaf, RGB and NIR data were obtained.</p

Distribution of Mahalanobis distance (<i>D</i>²) and p-values for comparing the differences between samples’ attributes.

Class C1 (orange): The leaves collected represent samples from the same individual. Class C2 (green): The collected leaves represent samples from individuals from the same family.</p

Protocol used to aid decision-making based on the Mahalanobis distance (<i>D</i>²), and the corresponding p-value.

(A) RGB images are obtained from two suspicious samples. (B) from each image, a large P-number of pixel-resampling images is obtained from the original images. (C) Attributes are taken from the original images and the resulting "fake" images. (D) we obtain the measure D2 and the associated p-value.</p