Genetic improvement of forest tree species

Brazilian forestry sector is considered one of the most developed in the world, being the base for important industrialsegments which use wood as raw material. Tree breeding has played an important role on improving the competitiveness ofBrazilian forestry-based companies, especially for its positive reflexes on increasing adaptation, forestry productivity and woodquality. In spite of the importance of other forest trees for the economy, such as Schizolobium, Araucaria, Populus and Hevea, themain genera under genetic improvement in the country are Eucalyptus, Pinus, Acacia and Tectona. They are used by industries likepulp and paper, siderurgy, tannin, chips for exportation and lumber, constituting an important source of revenues for the Brazilian’seconomy, besides their positive social and environmental impacts. This paper presents a generic approach to genetic improvementaspects of these four major genera currently undergoing breeding in Brazil

Seleção via BLUP individual simulado baseado nos efeitos genotípicos de famílias em cana-de-açúcar

The objective of this work was to propose a new selection strategy for the initial stages of sugarcane improvement, based on the methodology 'simulated individual BLUP (BLUPIS)', which promotes a dynamic allocation of individuals selected in each full-sib family, using BLUP as a base for both the genotypic effects of the referred families and plot effects. The method proposed applies to single full-sib families or those obtained from unbalanced or balanced diallel crosses, half-sib families and self-pollinated families. BLUPIS indicates the number of individuals to be selected within each family, the total number of clones to be advanced, and the number of families to contribute with selected individuals. Correlation between BLUPIS and true BLUP was 0.96, by method validation. Additionally, BLUPIS allows the identification of which replication contains the best individuals of each family.O objetivo deste trabalho foi propor uma nova estratégia de seleção nos estádios iniciais do desenvolvimento da cana-de-açúcar, utilizando-se a metodologia BLUP individual simulado (BLUPIS) que promove a distribuição dinâmica dos indivíduos selecionados em cada família de irmãos-completos, usando BLUP como base para os efeitos genotípicos da família e para os efeitos de parcela. O método proposto se aplica a famílias de irmãos-completos simples ou obtidas de cruzamentos dialélicos desbalanceados ou balanceados, famílias de meios-irmãos e famílias de autofecundação. Por meio do BLUPIS, indica-se o número de indivíduos a ser selecionado por família, o número total de clones a ser avançado e o número de famílias a contribuir com indivíduos selecionados. A validação do método propiciou uma correlação de 0,96 entre o BLUPIS e o BLUP verdadeiro. Além disso, o BLUPIS permite identificar em qual repetição encontram-se os melhores indivíduos de cada família

Genome selection in fruit breeding: application to table grapes

Genomic selection (GS) has recently been proposed as a new selection strategy which represents an innovative paradigm in crop improvement, now widely adopted in animal breeding. Genomic selection relies on phenotyping and high-density genotyping of a sufficiently large and representative sample of the target breeding population, so that the majority of loci that regulate a quantitative trait are in linkage disequilibrium with one or more molecular markers and can thus be captured by selection. In this study we address genomic selection in a practical fruit breeding context applying it to a breeding population of table grape obtained from a cross between the hybrid genotype D8909-15 (Vitis rupestris × Vitis arizonica/girdiana), which is resistant to dagger nematode and Pierce’s disease (PD), and ‘B90-116’, a susceptible Vitis vinifera cultivar with desirable fruit characteristics. Our aim was to enhance the knowledge on the genomic variation of agronomical traits in table grape populations for future use in marker-assisted selection (MAS) and GS, by discovering a set of molecular markers associated with genomic regions involved in this variation. A number of Quantitative Trait Loci (QTL) were discovered but this method is inaccurate and the genetic architecture of the studied population was better captured by the BLasso method of genomic selection, which allowed for efficient inference about the genetic contribution of the various marker loci. The technology of genomic selection afforded greater efficiency than QTL analysis and can be very useful in speeding up the selection procedures for agronomic traits in table grapes

Increasing cassava root yield: Additive-dominant genetic models for selection of parents and clones

Genomic selection has been promising in situations where phenotypic assessments are expensive, laborious, and/or inefficient. This work evaluated the efficiency of genomic prediction methods combined with genetic models in clone and parent selection with the goal of increasing fresh root yield, dry root yield, as well as dry matter content in cassava roots. The bias and predictive ability of the combinations of prediction methods Genomic Best Linear Unbiased Prediction (G-BLUP), Bayes B, Bayes Cπ, and Reproducing Kernel Hilbert Spaces with additive and additive-dominant genetic models were estimated. Fresh and dry root yield exhibited predominantly dominant heritability, while dry matter content exhibited predominantly additive heritability. The combination of prediction methods and genetic models did not show significant differences in the predictive ability for dry matter content. On the other hand, the prediction methods with additive-dominant genetic models had significantly higher predictive ability than the additive genetic models for fresh and dry root yield, allowing higher genetic gains in clone selection. However, higher predictive ability for genotypic values did not result in differences in breeding value predictions between additive and additive-dominant genetic models. G-BLUP with the classical additive-dominant genetic model had the best predictive ability and bias estimates for fresh and dry root yield. For dry matter content, the highest predictive ability was obtained by G-BLUP with the additive genetic model. Dry matter content exhibited the highest heritability, predictive ability, and bias estimates compared with other traits. The prediction methods showed similar selection gains with approximately 67% of the phenotypic selection gain. By shortening the breeding cycle time by 40%, genomic selection may overcome phenotypic selection by 10%, 13%, and 18% for fresh root yield, dry root yield, and dry matter content, respectively, with a selection proportion of 15%. The most suitable genetic model for each trait allows for genomic selection optimization in cassava with high selection gains, thereby accelerating the release of new varieties

Número de repetições e tamanho da parcela para seleção de progênies de milho em solos sob cerrado e fértil

The objective of this work was to obtain information on plot size and number of replicates necessary for evaluating progenies of corn (Zea mays L.) grown under cerrado and under fertile soils. Two hundred half-sib progenies of the BR 108 maize variety were used as experimental material. A method based on decreasing phenotypic variance and increasing genetic gain was applied. The increase in the number of replication was more efficient than the increase in plot size to obtain higher genetic gain; the increase in the number of replications led to similar response in genetic gain on both types of soils; the increase in the plot size led to higher response in genetic gain in the cerrado soil for ear weight. For ear weight, three replications with 20 plants per plot for the cerrado soil and three replications with 15 plants per plot for the fertile soil are indicated. For plant and ear height, three replications with three plants per plot for cerrado soil and three replications with five plants per plot for the fertile soil are indicated.O objetivo neste trabalho foi obter informações relativas a tamanho de parcela e número de repetições para avaliação de progênies de milho (Zea mays L.) em solo sob cerrado e em solo fértil. Utilizaram-se, como material experimental, 200 progênies de meios-irmãos da variedade BR 108. Aplicou-se um método que tem por base a diminuição da variância fenotípica entre médias de progênies e conseqüente aumento no ganho genético. O aumento do número de repetições mostrou-se mais eficiente que o aumento do tamanho da parcela para elevar o ganho. O aumento do número de repetições conduziu a acréscimos similares no ganho genético no cerrado e no solo fértil, e o aumento do número de plantas por parcela conduziu a um maior acréscimo no ganho genético no cerrado que no fértil, quanto ao caráter peso de espigas. Quanto ao caráter peso de espigas, indica-se a utilização de três repetições com 20 plantas por parcela no cerrado, e três repetições com 15 plantas por parcela no solo fértil. No tocante a altura da planta e da espiga, indica-se a utilização de três repetições com três plantas por parcela no cerrado, e três repetições e cinco plantas por parcela no solo fértil

Análise genética para resistência à fumagina e produção de palmito em Archontophoenix

Archontophoenix palms, utilized both as ornamental species and as a source of high-quality heart of palm, are susceptible to sooty mold, a disease coupled with aphid infestation, which affects photosynthesis and causes unpleasant, darkish palm appearance. Scoring rates for sooty mold resistance and three growth traits were assessed under field conditions in 24 open-pollinated half-sibs families, 28 months after planting, aiming to identify genetic variability for sooty mold resistance; estimate genetic parameters for this trait and plant height, diameter and number of leaves; estimate genetic and phenotypic correlation for the four traits and evaluate selection methods for heart of palm production through multi-trait index selection based on growth traits. There were genetic differences among families for all traits. The low coefficient of variation for sooty mold (9.48%) indicates that the visual rating method adopted was effective and feasible for comparing aphid plus sooty mold infestation levels in Archontophoenix. Narrow sense heritability estimates were low and medium for growth traits (0.10, 0.26 and 0.26 for leaves number, plant diameter and height, respectively) and very high (0.91) for sooty mold resistance. Genetic correlation was found between sooty mold resistance and plant height. This positive relationship indicates that culling of very susceptible palms can be done possibily without interference in the follow up indirect selection for heart of palm yield. Some selection strategies were presented, showing that possible genetic gain could range from 6.23 to 11.83%, depending on the selection method adopted and on the effective restriction of the population size.Palmeiras do gênero Archontophoenix, utilizadas tanto como ornamentais quanto produtoras de palmito de qualidade, são susceptíveis à fumagina, doença associada à infestação por pulgões, que afeta a fotossíntese, o crescimento e a aparência das plantas. Foram avaliados a campo a resistência à fumagina conjuntamente com três caracteres associados ao crescimento em 24 famílias de meios-irmãos, 28 meses após o plantio, a fim de identificar a variabilidade genética para os caracteres resistência à fumagina, altura, diâmetro e número de folhas; estimar as correlações genotípicas e fenotípicas envolvendo esses quatro caracteres; e aplicar a estratégia de seleção usando o índice multiefeitos. Houve diferenças entre as famílias para os caracteres avaliados, sugerindo a possibilidade de seleção. O baixo coeficiente de variação observado para resistência à fumagina (9,48%) indica que o método de avaliação adotado, baseado em escala de notas após observação visual, foi eficiente e prático para comparar níveis de infestação do complexo fungo+pulgão em palmeiras do gênero Archontophoenix. As estimativas da herdabilidade no sentido restrito foram baixas a médias para os caracteres relacionados ao crescimento (0,10, 0,26 e 0,26 para número de folhas, diâmetro e altura da planta, respectivamente) e muito altas (0,91) para resistência à fumagina. Correlação genética positiva foi observada entre resistência à fumagina e altura da planta, indicando que a eliminação de plantas muito susceptíveis pode ser feita sem interferência na seleção indireta para produção de palmito. A estratégia de seleção pelo índice multiefeitos (com ganhos genéticos esperados variando de 6,23 a 11,83%) mostrou-se adequada para melhorar simultaneamente caracteres relacionados ao crescimento e à produção de palmito

VIGOR JUVENIL EM PROGÊNIES DE ERVA-MATE (Ilex paraguariensis A. St.-Hil.) NATIVAS DO ESTADO DE MATO GROSSO DO SUL

O presente trabalho objetivou estimar parâmetros e valores genéticos para caracteres altura, diâmetro e sobrevivência de progênies de erva-mate em fase inicial de desenvolvimento, com vistas ao estabelecimento de teste de progênie em área indígena Kaiowá e Guarani, visando à seleção de materiais genéticos adaptados ao local. As sementes foram coletadas de trinta matrizes nativas de polinização aberta no município de Caarapó, MS. As progênies de meio-irmãos foram estabelecidas no viveiro da COMFLORA Reflorestadora, em Ponta Porã, MS, sob delineamento de blocos ao acaso, com trinta tratamentos (progênies), cinco repetições e dez plantas por parcela em linhas simples. Aos 8 meses de idade, foram avaliados os caracteres: altura total das mudas, diâmetro do coleto e sobrevivência. Os valores obtidos de herdabilidades individual (0,48; 0,55 e 0,79) e para média de progênies (0,74; 0,87 e 0,90) para os caracteres altura, diâmetro e sobrevivência, respectivamente, foram expressivos, sugerindo grandes chances de progresso genético na seqüência das avaliações. Ganhos genéticos preditos de 46,26% foram obtidos para o caracter altura e 38,61% para o caracter diâmetro, com a seleção dos dez melhores indivíduos. Os coeficientes de variação genética individual (CVgi%) para os caracteres altura (25,24) e diâmetro (18,48) são considerados valores elevados, o que denota a ocorrência de uma expressão genética desejável para o programa de melhoramento genético. Os ganhos genéticos com seleção para a idade avaliada estimulam a utilização desse germoplasma e a continuidade das avaliações em idades mais avançadas

Breeding new sugarcane clones by mixed models under genotype by environmental interaction

Sugarcane (Saccharum spp.) is one of the most important crops cultivated in the tropics and subtropics and plays a significant economic and environmental role in Brazil. Twentyfour new clones were evaluated in different locations as potential models for recommendation as new varieties. The mixed model methodology, using the harmonic mean of the relative performance of genetic values (MHPRVG), facilitated the analysis of genotypic stability and adaptability, culminating in the recommendation of clones for each location. MHPRVG ranked clones RB92579, RB867515, SP81-3250, RB947520 and RB931530 as the best five, and, additionally, clones with greater genotypic potential were identified for each test in the six localities

Avaliação e seleção precoce para crescimento de Pinus taeda

The objective of this work was to evaluate the efficiency of different methods of selection in growth traits and early selection. Individual total height and stem diameter at 30 cm above the ground in close-spaced early genetic evaluation at 16 months were assessed. In a 84 month sib cohort, as a comparison, height and diameter at breast height were evaluated. Phenotypic and genetic parameters for height and diameter were estimated for 48 open-pollinated families of loblolly pine (Pinus taeda L.) planted in Southern Brazil using an individual tree model. In this retrospective study, the indirect selection was of similar effectiveness as direct selection in stem diameter (93%) and less effective in height (78%). The two-stage successive culling process was 16% (height) and 28% (diameter) more efficient than the direct selection. The combined selection enhanced the accuracy of mature selection and increased expected genetic gain for diameter. Selecting 20 parents with the highest breeding values predicted by BLUP, at 16 and 84 months, attained a genetic gain of 7.6% and 8.1% in stem diameter. The strong age-age genetic correlation indicated that diameter was highly correlated to genetic level which implies that growth at 84 months could be improved by early selection of diameter at 16 months. This will provide quicker genetic gains by offering improved seeds earlier.O objetivo deste trabalho foi avaliar a eficiência de diferentes métodos de seleção quanto aos caracteres ligados ao crescimento do fuste e o potencial da seleção precoce de genitores. Em 48 progênies de meios-irmãos de Pinus taeda L., foi medido o diâmetro do fuste a 30 cm e a 1,30 m do solo, aos 16 e 84 meses de idade, além da altura total. As progênies foram cultivadas em espaçamento tradicional e reduzido. Os componentes de variância, parâmetros e valores genéticos aditivos foram obtidos a partir de um modelo de análise individual. A seleção indireta foi de eficiência similar à direta quanto ao diâmetro (93%) e menor quanto à altura (78%). A seleção seqüencial foi 16% (altura) e 28% (diâmetro) mais eficiente que a seleção única. A eficiência da seleção combinada foi maior em relação a direta para diâmetro. Vinte genitores selecionados por valores genéticos aditivos quanto ao diâmetro, aos 16 e 84 meses, aumentaram a média em 7,6% e 8,1%, respectivamente. A alta magnitude da correlação genética no que diz respeito ao diâmetro entre idades revelou que esse caráter, avaliado aos 16 meses de idade, prediz o crescimento aos 84 meses. Isso reduz custos de avaliação de progênies, antecipa o desbaste de genitores e a oferta de sementes melhoradas