Breeding strategies for recurrent selection of maize

Os objetivos deste trabalho foram analisar ganhos genéticos teóricos de milho como resultado da seleção entre famílias de irmãos completos e de meios-irmãos, obtidas pelos Delineamentos I, de Irmãos Completos e de Meios-Irmãos, e a variabilidade genotípica e perda de genes com seleção a longo prazo. Os delineamentos foram avaliados por simulação, com base nos ganhos médios estimados após dez ciclos de seleção. O processo de simulação considerou sete sistemas gênicos com dez genes (com distintos graus de dominância), três classes de populações (com diferentes freqüências gênicas), sob três condições de ambiente (valores de herdabilidade), e quatro estratégias de seleção. Cada combinação foi repetida dez vezes, totalizando 25.200 simulações. Seleção entre famílias de irmãos completos é geralmente mais eficiente do que seleção com base em progênies de meios-irmãos. Empregar famílias de irmãos completos obtidas pelo Delineamento I é geralmente mais eficiente que usar progênies derivadas do Delineamento de Irmãos Completos. O Delineamento I, com 50 machos e 200 fêmeas (tamanho efetivo de 160), não determinou população melhorada com variabilidade genotípica mínima. Nas populações melhoradas com menor tamanho efetivo (160 e 400), a perda de genes favoráveis é restrita àqueles recessivos em baixa freqüência.The objectives of this work were to analyze theoretical genetic gains of maize due to recurrent selection among full-sib and half-sib families, obtained by Design I, Full-Sib Design and Half-Sib Design, and genotypic variability and gene loss with long term selection. The designs were evaluated by simulation, based on average estimated gains after ten selection cycles. The simulation process was based on seven gene systems with ten genes (with distinct degrees of dominance), three population classes (with different gene frequencies), under three environmental conditions (heritability values), and four selection strategies. Each combination was repeated ten times, amounting to 25, 200 simulations. Full-sib selection is generally more efficient than half-sib selection, mainly with favorable dominant genes. The use of full-sib families derived by Design I is generally more efficient than using progenies obtained by Full-Sib Design. Using Design I with 50 males and 200 females (effective size of 160) did not result in improved populations with minimum genotypic variability. In the populations with lower effective size (160 and 400) the loss of favorable genes was restricted to recessive genes with reduced frequencies

Estimation of genetic parameters in the analysis of square lattice experiment group

Aiming to demonstrate how to obtain unbiased estimates of genetic parameters of base populations, unaffected by genotype x environment effects, this paper presents the variance and covariance components of the intra-block analysis of a group of square lattice experiments and the estimators of the components associated to treatment effect. Random model and mixed models with environment effect fixed and other effects random are considered. In the analysis with treatments not corrected for locks/replications/environments, the estimators of the variance and covariance components due to treatment effect are different from those of the analysis considering the complete block model. Data from two experiments of a breeding program of Eucalyptus pyrocarpa were used for genetic analysis. The analysis of variance of height and diameter indicated absence of interaction between progeny and environment. Due to this result, the prediction of the direct and indirect genetic gains was based on the mean of the two environments. The high estimates of narrow sense heritabilities and additive genetic correlation indicate that selection of the superior families will be effective in changing the means of the base population for both traits.Neste trabalho, discute-se a estimação de parâmetros genéticos de populações-base, quando as famílias amostradas foram avaliadas em dois ou mais ambientes, no delineamento em látice quadrado. Na parte teórica, são apresentados os componentes de variância e covariância da análise intrablocos de grupo de experimentos em látice quadrado e os estimadores dos componentes associados a efeito de tratamento, considerando estimação pelo método dos quadrados mínimos ordinário. Os estimadores dos componentes da variância e covariância da análise com tratamentos não ajustados diferem dos da análise segundo modelo em blocos completos. Além de modelo aleatório, consideram-se também os mistos com efeito de ambiente fixo e demais efeitos aleatórios. Dados de dois experimentos de um programa de melhoramento de Eucalyptus pyrocarpa foram usados para análise genética. Como em relação às características altura e diâmetro não houve evidência de interação progênie x ambiente, a predição de ganhos diretos e indiretos foi feita com base na média dos dois ambientes. Os valores elevados da herdabilidade em sentido restrito e da correlação genética aditiva evidenciam que a seleção das famílias superiores será eficiente em alterar as médias da população-base, para as duas características

Adaptability and stability patterns in endogamic hybrid maize families, obtained by the cryptic hybrids method

Neste trabalho avaliou-se o comportamento de híbridos de famílias endogâmicas de milho obtidos pelo método dos híbridos crípticos, produzidos pelo programa de melhoramento de milho do Departamento de Biologia da UFV. A caracterização dos híbridos foi feita com base em 22 ambientes, usando-se os métodos de Eberhart & Russell e de Carneiro. Pelo método de Eberhart & Russell, foram identificados 15 híbridos com produção acima da média geral. Entre eles, 53,3% tiveram bom desempenho em qualquer ambiente, e alta estabilidade (84-6, 86-1, 86-19, 86-11, 86-15, 86-21, 86-27 e 86-10), e 20% são mais responsivos à melhoria ambiental e possuem alta estabilidade (86-22, 85-2 e 84-5). Os híbridos 85-1, 85-3 e 86-2 apresentaram bom desempenho em qualquer ambiente e baixa estabilidade, correspondem também a 20% dos mais produtivos. O último (86-8), correspondendo a 6,7%, apresentou adaptação específica a ambientes favoráveis, e baixa estabilidade. Pela análise, considerando o método de Carneiro, foram identificados os híbridos 86-22, 86-8, 84-5, 85-2 e 86-19 como os mais responsivos à melhoria do ambiente. Os híbridos 86-11, 85-3, 86-27 e 86-2 apresentaram adaptação a ambientes desfavoráveis.The behavior of endogamic hybrid maize families was assessed using the cryptic hybrids method. This work was conduced by the maize breeding program at Departamento de Biologia of the Universidade Federal de Viçosa in Brazil. Twenty-two environments were used to characterize the hybrids using Eberhart & Russel and Carneiro methods. Using the first method, 15 hybrids were identified with yield higher than the general mean. Among them, 53.3% had general adaptability and high stability (84-6, 86-1, 86-19, 86-11, 86-15, 86-21, 86-27 and 86-10), and 20% had specific adaptation to favorable environments and high stability (86-22, 85-2 and 84-5). The hybrids 85-1, 85-3 and 86-2 had general adaptability associated with low stability, and also corresponding to a fraction 20% of the most productive hybrids. The last hybrid (86-8) corresponded to 6.7% and had specific adaptation to favorable environments and low stability. From the analysis using Carneiro's method, the hybrids 86-22, 86-8, 84-5, 85-2 and 86-19 were identified as the most adapted to favorable environments. The hybrids 86-11, 85-3, 86-27 and 86-2 were adaptable to unfavorable environments

Análise de experimentos em látice quadrado com ênfase em componentes de variância. II. Análise conjunta

This paper focused on four alternatives of experiment group analysis in square lattice as far as the estimation of variance components and some genetic parameters are concerned: 1) intra-block analysis with adjusted treatment and blocks within unadjusted repetitions; 2) lattice analysis as complete randomized blocks; 3) intrablock analysis with unadjusted treatment and blocks within adjusted repetitions; 4) lattice analysis as complete randomized blocks, by utilizing the adjusted means of treatments, obtained from the analysis with recovery of interblock information, having as mean square of the error the mean of the errors (mean effective variance) of the individual analyses, of this same analysis with recovery of interblock information. For the four alternatives of analysis, the estimators and estimates were obtained for the variance components and heritability coefficients. The classification of material was also studied. The present study suggests that for each experiment and depending on the objectives of the analysis, one should observe which alternative of analysis is preferable, mainly in cases where a negative estimate is obtained for the variance component due to effects of blocks within adjusted repetitions in the individual analyses.Este trabalho teve como objetivo avaliar as seguintes alternativas de análise de grupo de experimentos em látice quadrado ("Square Lattice"), quanto à estimação de componentes de variância e alguns parâmetros genéticos: 1) análise intrablocos com tratamentos ajustados e blocos dentro de repetições não-ajustados; 2) análise do látice com blocos casualizados completos; 3) análise intrablocos com tratamentos não-ajustados e blocos dentro de repetições ajustados; 4) análise do látice como blocos casualizados completos, utilizando-se as médias ajustadas dos tratamentos, obtidas a partir da análise com recuperação da informação interblocos, tendo como quadrado médio do resíduo, a média dos resíduos (variância efetiva média), das análises individuais, desta mesma análise com recuperação da informação interblocos. Para as quatro alternativas de análise, obtiveram-se os estimadores e as estimativas para os componentes de variância e coeficientes de herdabilidade. Houve grande concordância entre as quatro alternativas de análise estudadas, quanto à classificação dos materiais avaliados. Para um particular conjunto de dados e dependendo dos objetivos da análise, convém pesquisar qual das alternativas de análise é preferível, principalmente nos casos em que se obtém uma estimativa negativa para o componente de variância devido a efeitos de blocos dentro de repetições ajustados, para várias das análises individuais

Análise de experimentos em látice quadrado com ênfase em componentes de variância. I. Análises individuais

This paper focused on four alternatives of analysis of experiments in square lattice as far as the estimation of variance components and some genetic parameters are concerned: 1) intra-block analysis with adjusted treatment and blocks within unadjusted repetitions; 2) lattice analysis as complete randomized blocks; 3) intrablock analysis with unadjusted treatment and blocks within adjusted repetitions; 4) lattice analysis as complete randomized blocks, by utilizing the adjusted means of treatments, obtained from the analysis with recovery of interblock information, having as mean square of the error the mean effective variance of this same analysis with recovery of inter-block information. For the four alternatives of analysis, the estimators and estimates were obtained for the variance components and heritability coefficients. The classification of material was also studied. The present study suggests that for each experiment and depending of the objectives of the analysis, one should observe which alternative of analysis is preferable, mainly in cases where a negative estimate is obtained for the variance component due to effects of blocks within adjusted repetitions.Este trabalho teve como objetivo avaliar as seguintes alternativas de análise de experimentos em látice quadrado ("Square Lattice"), quanto à estimação de componentes de variância e alguns parâmetros genéticos: i) análise intrablocos com tratamentos ajustados, e blocos dentro de repetições não-ajustados; ii) análise do látice como blocos casualizados completos; iii) análise intrablocos com tratamentos não-ajustados e blocos dentro de repetições ajustados; iv) análise do látice como blocos casualizados completos, utilizando-se as médias ajustadas dos tratamentos, obtidas a partir da análise com recuperação da informação interblocos, tendo como quadrado médio do resíduo a variância efetiva média desta mesma análise com recuperação da informação interblocos. Para as quatro alternativas de análise, obtiveram-se os estimadores e as estimativas para os componentes de variância e coeficientes de herdabilidade. Houve uma grande concordância entre as quatro alternativas de análise estudadas, quanto à classificação dos materiais avaliados. Para um particular conjunto de dados e dependendo dos objetivos da análise, convém pesquisar qual das alternativas de análise é preferível, principalmente nos casos em que se obtém uma estimativa negativa para o componente de variância devido a efeitos de blocos dentro de repetições ajustados

Variance component estimation with longitudinal data: a simulation study with alternative methods

A pedigree structure distributed in three different places was generated. For each offspring, phenotypicinformation was generated for five different ages (12, 30, 48, 66 and 84 months). The data file was simulated allowing someinformation to be lost (10, 20, 30 and 40%) by a random process and by selecting the ones with lower phenotypic values,representing the selection effect. Three alternative analysis were used, the repeatability model, random regression model andmultiple-trait model. Random regression showed to be more adequate to continually describe the covariance structure ofgrowth over time than single-trait and repeatability models, when the assumption of a correlation between successivemeasurements in the same individual was different from one another. Without selection, random regression and multiple-traitmodels were very similar

Reciprocal recurrent selection to obtain interpopulation hybrids of popcorn

O objetivo deste trabalho foi avaliar a eficiência da seleção recorrente recíproca em produzir híbridos de milho-pipoca (Zea mays) de progênies endógamas superiores, com famílias de irmãos-completos. O programa de seleção recorrente recíproca envolveu as populações de milho-pipoca 'Viçosa' e 'Beija-Flor'. Os testes dos híbridos S0xS0 e S1xS1 foram conduzidos em delineamento látice, nos anos agrícolas de 2002/2003 e 2004/2005. Os dois ensaios incluíram testemunhas comerciais comuns, que permitiram a comparação do desempenho dos híbridos. Analisaram-se a produtividade e a capacidade de expansão. Foram preditos ganhos direto e indireto com a seleção em capacidade de expansão, avaliada em pipoqueira de ar quente e na pipocadora "Metric Weight Volume Tester". Os ganhos observados foram calculados para avaliar a eficiência da seleção recorrente recíproca. As análises de covariância mostraram variabilidade genotípica nas populações. Em relação às testemunhas comerciais, os híbridos S0xS0 foram inferiores em qualidade e equivalentes em produtividade, e os híbridos S1xS1 foram equivalentes nas duas características. O ganho observado na capacidade de expansão foi substancial, cerca de 4 mL g-1, superior ao ganho predito (2,8 mL g-1). A redução observada na produtividade não foi relevante. Verificou-se redução na variabilidade genotípica quanto à capacidade de expansão. O método de seleção recorrente recíproca foi eficiente em produzir híbridos S1xS1 superiores aos S0xS0.The objective of this work was to evaluate the efficiency of reciprocal recurrent selection in producing hybrids of popcorn (Zea mays) from superior endogamous progenies, with full-sibling families. The reciprocal recurrent selection program involved the 'Viçosa' and 'Beija-Flor' popcorn populations. Tests of the hybrids S0xS0 and S1xS1 were carried out in lattice design, in the agricultural years 2002/2003 and 2004/2005. The two assays included common commercial controls, allowing for the comparison of the hybrids performance. Productivity and expansion capacity were evaluated. Direct and indirect gains with selection were predicted on expansion capacity assessed in hot air and Metric Weight Volume Tester popcorn makers. The gains observed were calculated to evaluate the efficiency of the reciprocal recurrent selection. The covariance analyses showed genotypic variability in the populations. When compared to the commercial controls, the S0xS0 hybrids were inferior in quality and equivalent in productivity; and the S1xS1 hybrids were equivalent in both traits. The observed gain in expansion capacity was substantial (around 4 mL g-1) and higher than the predicted gain (2.8 mL g-1). The reduction observed in productivity was not relevant. Reduction in the genotypic variability was verified for expansion capacity. The reciprocal recurrent selection method was efficient in producing S1xS1 hybrids superior to S0xS0 hybrids

Eficiência da seleção de progênies S1 e S2 de milho-pipoca, visando à produção de linhagens

Cem progênies S1 e duzentas e vinte e cinco progênies S2, obtidas da população de milho-pipoca Beija-Flor, foram testadas com relação à produção e capacidade de expansão. Os ensaios foram conduzidos em campo experimental da Universidade Federal de Viçosa, em Coimbra, MG, no ano agrícola 1998/99. Parâmetros genéticos foram estimados e os ganhos preditos com seleção foram calculados de acordo com vários critérios de seleção. Variabilidade genotípica significativa foi observada para os caracteres produção e capacidade de expansão (CE). Embora tenha sido observada correlação genotípica negativa entre os caracteres, os índices de seleção foram eficientes em identificar famílias que possibilitaram ganhos preditos simultâneos em produção e CE. As famílias S2 e S3 oriundas, respectivamente, das famílias S1 e S2 testadas, foram avaliadas no ano agrícola 1999/2000. Com base nos resultados dessa avaliação, os ganhos realizados foram calculados, para cada critério de seleção, e a eficiência da seleção foi avaliada. Houve boa concordância entre os ganhos preditos e realizados, quanto às progênies S1. Os quatro critérios que produziram as maiores estimativas de ganhos são os mesmos que deram os quatro maiores ganhos realizados, embora não na mesma ordem. Da mesma forma, os dois que deram as menores estimativas de ganhos são também os que deram os dois menores ganhos realizados, quando considerada a variável CE. Em relação às progênies S2, houve concordância em relação ao sentido das mudanças previstas em cinco critérios, quando considerada a variável produção, e em seis, quando CE foi considerada.One hundred S1 progenies and two hundred and twenty-five S2 progenies from the popcorn population 'Beija-flor' were assessed for grain yield and volume expansion. The experiments were carried out in a Universidade Federal de Viçosa experimental field, Coimbra, MG, in the growing season of 1998/99. Genetic and phenotypic parameters were estimated and the predicted gains were calculated according to several selection criteria. A significant genotypic variability was observed for yield and the volume expansion. Although a negative genotypic correlation has been observed among the characters, the selection indices were efficient in identification of the progenies that allowed for predicted simultaneous gains in grain yield and volume expansion. The families S2 and S3 from families S1 and S2, respectively, were evaluated in the growing season of 1999/2000. Based on the results from this evaluation, the obtained gains were calculated for each selection criteria, and the selection efficiency was evaluated. A satisfactory concordance occurred between the predicted and actual gains for the S1 progenies. The four criteria providing the highest predicted gains are the same ones that provided the four highest gains, although not in the same order. Also, those two criteria providing the lowest estimates of the gains are the ones that provided the two lowest gains, when considering popping expansion. In relation to S2 progenies, a concordance occurred concerning the direction of the changes predicted in five criteria, when the grain yield was considered, as well as in six criteria when considering CE