Mapeamento e validação de loci de caracteres quantitativos (QTL) para resistência a Cercospora zeae-maydis em milho tropical (Zea mays L.)

Resistance to infection by Cercospora zeae-maydis (Cz) ranks among the most important objectives of breeding programs in Brazil. The objectives of this research were to map and characterize Quantitative Trait Loci (QTL) related to resistance to Cz, to validate the estimates of their effects on disease severity using Near- Isogenic Lines (NILs), and to estimate their effects on three major agronomic traits using their respective Near Isogenic Hybrids (NIHs) obtained by crossing the NILs with an inbred of complementary heterotic pool. Four QTL with LOD values > 2.5 were mapped using the Multiple Interval Mapping approach. Three of them were evaluated in this study. NILs genotype included the two QTL allele located in chromosome 1 in repulsion phase, Q1 in bin 1.05 and Q2 in bin 1.07, and one in chromosome 3, Q3 in bin 3.07. NIL evaluation showed that individually, the three QTL significantly reduced the severity of Cz. An unfavorable epistatic interaction for the reaction to Cz was detected between Q1 and Q2, in which one QTL allele effectively nullified the effect of the other. Alternatively, the interaction between Q2 and Q3 was positive, promoting the reduction of the severity to a greater extent than the sum of their individual effects. NIH evaluation revealed significant individual effects for Q1 and Q3 on Cz severity, for Q2 on stalk lodging and grain yield, and for Q3 on grain moisture and stalk lodging. Significant epistatic interactions were also detected between Q1 and Q2 for grain moisture and between Q1 and Q3 for stalk lodging. The combination of QTL impacts the effectiveness of marker-assisted selection procedures in commercial product development programs.Doutor em Genética e BioquímicaResistência à infecção por C. zeae-maydis (Cz) está entre os objetivos mais importantes dos programas de melhoramento no Brasil. Os objetivos da presente pesquisa foram mapear e caracterizar Quantitative Trati Loci (QTL) relacionados com a resistência a Cz, validar as estimativas dos seus efeitos na severidade de Cz com uso de linhagens quase isogênicas (LQIs), e estimar os seus efeitos sobre três caracteres agronômicos importantes usando os seus respectivos híbridos quase isogênicos (HQIs), obtidos pelo cruzamento das LQIs com uma linhagem de um grupo heterótico complementar. Foram mapeados quatro QTL com LOD>2.5 dos quais três foram avaliados em LQIs. Foram avaliados dois QTL mapeados no cromossomo 1 em fase de repulsão, Q1 localizado no bin 1.05 e Q2 no bin 1.07, e um no cromossomo 3, Q3 localizado no bin 3.07. A avaliação das LQIs mostraram efeitos individuais altamente significativos para os três QTL na redução da severidade de Cz. Uma interação epistática desfavorável para a reação a Cz foi detectada entre Q1 e Q2, na qual o efeito de um dos alelos foi efetivamente anulado pelo outro. Alternativamente, a interação entre Q2 e Q3 foi positiva, promovendo a redução na severidade de Cz a um nível maior do que a soma de seus efeitos individuais. A avaliação das HQIs revelou efeitos individuais significativos para Q1 e Q3 na redução da severidade de Cz, de Q2 sobre a porcentagem de plantas quebradas e produtividade de grãos, e de Q3 sobre a porcentagem de umidade dos grãos na colheita e porcentagem de plantas quebradas. Interações epistáticas significativas foram detectadas entre Q1 e Q2 para umidade dos grãos na colheita e entre Q1 e Q3 para porcentagem de plantas quebradas. A combinação de QTL impacta na efetividade de procedimentos de seleção monitorados por marcadores em programas de melhoramento para o desenvolvimento de produtos comerciais

Interaction of plant architecture and row spacing on grain yield of maize (Zea mays L.)

O presente trabalho teve por objetivo avaliar os efeitos da inclinação das folhas de milho (Zea mays L.), sobre a produção de grãos e o índice de espigas. Foram empregadas três populações de porte alto, de mesma base genética, porém, contrastantes quanto à orientação de suas folhas: a. população com folhas "normais", caracterizando-se por apresentar as folhas flácidas e orientadas horizontalmente; b. população com folhas "sem lígula", obtida pela introdução dos genes "liguleless-2" e "Liguleless-3", caracteriza-se por apresentar as folhas orientadas verticalmente, inseridas no colmo à um ângulo agudo; e c. população com folhas "espetadas", caracterizando-se por apresentar as folhas erectas e rígidas em todo o seu comprimento, porém, inseridas no colmo à um ângulo normal. Foram utilizados quatro espaçamentos entre linhas: 0,60, 0,80, 1,00 e 1,20 metros com 0,20 metros entre plantas em todos os espaçamentos. Duas cultivares comerciais, o Piranão e o e 5005-M, foram incluídos nos ensaios com a finalidade de se avaliar o potencial de produtividade das três populações em estudo. Os resultados relativos ao caráter índice de espigas indicaram que entre as três populações, os índices médios de espiga das populações com folhas "sem lígula" e "espetada" foram iguais (0,76), porém, significativamente maiores que a da com folhas "normais" (0,63), no espaçamento de 0,60 metros. Com o aumento do espaçamento entre linhas, entretanto, essas diferenças tornaram-se gradativamente menores. Assim, no espaçamento de 0,80 metros, os índices médios de espiga foram 0,91, 0,87 e 0,83 e no espaçamento de 1,00 metro foram de 0,94, 0,91 e 0,93 para as populações com as folhas "sem lígula", "espetada" e "normal", respectivamente. Nenhuma dessas diferenças foram significativas. Esses resultados indicam que a orientação das folhas numa posição mais vertical foi efetiva em promover uma diminuição no número de plantas estéreis com a diminuição do espaçamento entre linhas. Com relação ao caráter produção de grãos, os resultados mostraram que a população com folhas "sem lígula" foi superior à população com folhas "normais" em 17,5% e 2,0%, nos espaçamentos de 0,60 e 0,80 metros, respectivamente. Já a população com folhas "espetadas" produziu 5,8% mais e 17,7% menos grãos que a população "normal", respectivamente, nesses espaçamentos. No espaçamento de 1,00 metro, no entanto, a população com folhas "normais" produziu 17,2% e 21,1% em relação às populações com folhas "sem lígula" e "espetada", respectivamente. Não se detectou significância para nenhuma dessas diferenças. A interação das três populações com espaçamento não foi, porém, significativa. Os espaçamentos afetaram significativamente a produção de grãos. As respostas para produção de grãos das três populações à variação do espaçamento entre linhas, entre tanto, foram diferentes. A população com folhas "espetadas" respondeu linearmente ao aumento do espaçamento. A população com folhas "normais" obteve uma resposta quadrática. A população com folhas "sem lígula" não respondeu significativamente à variação no espaçamento. Esses resultados indicam a importância da inclinação vertical das folhas em promover uma maior tolerância à diminuição do espaçamento entre linhas e/ou aumento da densidade de plantio, salientando a importância dessa característica na seleção de genótipos mais tolerantes a plantio densos.The present work was conducted to evaluate the influence of leaf orientation on grain yield and prolificacy in maize (Zea mays L.). Three populations of normal (tall) plant height were used from the same genetic origin, but contrasting in relation to leaf orientation: a. population with "normal" leaves, caracterized by having flaccid leaves and horizontal leaf orientation; b. population with "liguleless" leaves obtained by introducing the "liguleless-2" and "Ligule-less-3" genes caracterized by presenting a vertical leaf orientation, and the insertion at the stalk in an acute angle; c. population with stiff leaves (espetada), caracterized by presenting erect and stiff leaves in their entire length, inserted at the stalk in a normal angle. Four row spacing were used: 0.60, 0.80, 1.00 and 1.20 m with 0.20 m between plants within all row spacings. Two commercial cultivars, Piranão and C 5005-M, were included in the trials as checks for productivity. The results showed that among the three populations the average number of ears per plant for "ligule-less" and "espetada" populations were equals (0.76) but significantly greater than for "normal" leaves (0.63) in the 0.60 m spacing. By increasing the row spacing, however the differences became smaller. So, for row spacing of 0.80 m the mean number of ears per plant were 0.91, 0.87 and 0.83 and for 1.00 m were 0.94, 0.91 and 0.93 for the "liguleless", "espetada" and "normal", populations respectively. No one of the differences were significant. These results indicate that vertically oriented leaves, were effetive by reduzing the number of barren plants as the row spacing was reduced. The results showed that the population with "liguleless" leaves produced 17.5% and 2.0% more grain than the population with "normal" leaves, in the row spacings of 0.60 m and 0.80 m, respectively. The population with stiff leaves produced 5.8% more and 17.7% less grain than the one with "normal" leaves, respectively in the same spacings. However, in the row spacing of 1.00 m the population with "normal" leaves out yield by 17.2% and 21.1% the population with "liguleless" and "espetada" leaves, respectively. No one of these differences was significant. Grain yield was significantly affected by spacing. The grain yield response of each population was different to each row spacing. The population with "espetada" leaves presented a linear response to row spacings. The population with "normal" leaves presented a quadratic response. The population with "liguleless" leaves did not present significant response to an increase in row spacings. These results show the importance of vertical leaf orientation in promoting greater tolerance to row spacing decreases and/or an increase in plant population, showing the importance of this characteristic in selecting genotipes more tolerant to heavier population rates