Implications on the introduction of transgenics in Brazilian maize breeding programs

Transgenic maize was approved in Brazil in 2008/2009. In 2012, it occupied 73% of the country maize growing area. This high adoption rate confirms studies indicating that technology use has been the major driving force in Brazilian agriculture. Maize seed market in the world has been a concentrated sector. Although, when this sector is associated with transgenesis, this concentration increases sharply. In one side, there is the idea that companies can benefit from gains of scale and complementarities to maximize their efficiency in research and development (R&D). On the other side, this concentration may allow the exercise of “market power” by dominant companies. The objective of this study is to analyze the impacts of the adoption of transgenic technology in the arrangements of maize breeding programs and seed production sector in Brazil. A critical analysis of the situation of the breeding programs that do not have this technology is made

Eficiência de aquisição e utilização interna de fósforo em genótipos tropicais de milho

The objective of this work was to determine the relative importance of phosphorus acquisition efficiency (PAE – plant P uptake per soil available P), and phosphorus internal utilization efficiency (PUTIL – grain yield per P uptake) in the P use efficiency (PUE – grain yield per soil available P), on 28 tropical maize genotypes evaluated at three low P and two high P environments. PAE was almost two times more important than PUTIL to explain the variability observed in PUE, at low P environments, and three times more important at high P environments. These results indicate that maize breeding programs, to increase PUE in these environments, should use selection index with higher weights for PAE than for PUTIL. The correlation between these two traits showed no significance at low or at high P environments, which indicates that selection in one of these traits would not affect the other. The main component of PUTIL was P quotient of utilization (grain yield per grain P) and not the P harvest index (grain P per P uptake). Selection to reduce grain P concentration should increase the quotient of utilization and consequently increase PUTIL.O objetivo deste trabalho foi determinar a importância relativa da eficiência de aquisição (EAP – P absorvido por unidade de P no solo) e de utilização interna de fósforo (EUIP – produção de grãos por unidade de P absorvido), sobre a eficiência de uso desse nutriente (EUP – produção de grãos por unidade de P no solo), em 28 genótipos tropicais de milho, avaliados em três ambientes com baixa e dois com alta disponibilidade de P. A eficiência de aquisição de P foi quase duas vezes mais importante que a EUIP, na variabilidade observada em EUP, nos ambientes com baixa disponibilidade de P, e três vezes mais importante naqueles com alta disponibilidade. Programas de melhoramento de milho devem utilizar índices de seleção com peso maior para EAP do que para EUIP, para aumento na EUP. A correlação entre EAP e EUIP não foi significativa em nenhum dos níveis de P. A seleção numa dessas características, portanto, não deve afetar a outra. O principal componente da EUIP foi o quociente de utilização (produção de grãos por unidade de P nos grãos), e não o índice de colheita de P (P nos grãos por unidade de P absorvido). A seleção para reduzir a concentração de P nos grãos deve aumentar o quociente de utilização e conseqüentemente aumentar a EUIP

Evaluation of nine maize inbred lines in diallel cross in relation to aluminum tolerance

Avaliaram-se nove linhagens endogâmicas de milho e seus cruzamentos quanto à tolerância ao alumínio (Al), em um dialelo incompleto. Foram utilizados os índices fenotípicos de comprimento relativo de raiz seminal (CRRS), comprimento líquido de raiz seminal (CLRS) e coloração por hematoxilina, determinados após sete dias de crescimento em solução nutritiva contendo 222 mmoles L-1 de Al. Os resultados dos cruzamentos dialélicos demonstraram que os efeitos aditivos foram mais importantes que os efeitos não-aditivos para os três índices avaliados. As linhagens L13, L724, L723 e L16 seriam as mais indicadas para a obtenção de híbridos visando tolerância ao Al, por apresentarem os melhores valores de capacidade geral de combinação e por participarem dos cruzamentos de melhor capacidade específica de combinação. Uma correlação de 0,76 foi observada entre os índices CLRS e a coloração por hematoxilina, de 0,63 entre CLRS e CRRS e de 0,27 entre CRRS e coloração por hematoxilina. A coloração por hematoxilina demonstrou ser uma valiosa ferramenta para programas de melhoramento de milho que visam a seleção de genótipos com maior tolerância ao alumínio.Nine maize inbred lines and their hybrid combinations were evaluated in incomplete diallel crosses to study the aluminum (Al) tolerance behavior. The phenotypic indexes used to determine Al tolerance were the relative seminal-root length (RSRL), the net seminal-root length (NSRL) and the hemathoxylin staining, determined after seven days of growth in nutrient solution with 222 mmoles L-1 of Al. The diallel crosses results showed that additive effects were more important than not additive effects, for all indexes evaluated. Maize lines L13, L724, L723, and L16 showed better behaviour for general combining ability (GCA) and specific combining ability (SCA) and are the more indicated for obtaining Al-tolerant hybrids. The correlation observed between NSRL and hematoxylin staining was 0.76, between NSRL and RSRL was 0.63 and between RSRL and hematoxylin staining equal to 0.27. Therefore, hematoxylin appears to be a suitable tool to assist Al-tolerance selection in maize breeding programs

Yield stability of maize germoplasm evaluated in several regions of Brazil

Este trabalho teve por objetivo obter informações quanto aos aspectos relacionados aos padrões de respostas apresentados por 30 diferentes genótipos de milho (híbridos, cultivares e populações), avaliados em 14 diferentes ambientes do Brasil, no ano agrícola de 1995/96. Foram obtidas as estimativas dos parâmetros de estabilidade da produção de espigas despalhadas. Os genótipos estudados apresentaram comportamento diferenciado quanto à adaptabilidade da produção. Os híbridos foram mais adaptados que as cultivares e populações. O híbrido triplo P 3041 foi o mais produtivo, porém de baixa previsibilidade e estabilidade nos ambientes estudados. As cultivares CMS 50 e BR 106 apresentaram a primeira e a quinta melhores produções, respectivamente, entre as cultivares estudadas, porém não foram muito resistentes ao baixo nível tecnológico. Foi possível identificar genótipos promissores para utilização de imediato e em programas de melhoramento.The objective of this work was the obtention of information on the response pattern of 30 maize genotypes in 14 environments of Brazil in 1995/96. The stability parameters of ear yield were estimated. All the genotypes varied for yield adaptability. The three-way cross P 3041 presented the best yield and showed low stability to a deterioration on environmental variations. The open pollinated materials cmS 50 and BR 106 were, respectively, the first and fifth best yieldings among all the studied maize genotypes, with low adaptation on unfavorable environments. The identification of promising maize genotype was possible for immediate utilization and as a source of germplasm in breeding programs

Environmental stratification based on a 28 x 28 diallel of open-pollinated maize varieties

The objective of this study was to assess the representativeness of the test environments used by the maizebreeding program of Embrapa in the first phase of genotype evaluation. Ear weight of 378 hybrids from a diallel of 28 openpollinatedvarieties (OPVs) evaluated in ten environments were used. The following environments were evaluated: twogrowing seasons (1991-92 and 1992-93), at three locations (Sete Lagoas, MG, Londrina, PR, and Goiania-GO); in twogrowing seasons (1991/92 and 1993/94) in Aracaju-SE; and in two growing seasons (1992-93 and 1993-94), in PontaGrossa-PR. The complex part of the interaction accounted for nearly 75% of the genotype by environment interaction (G x E).The environments of Londrina-91/92, Ponta Grossa-93/94 and Aracaju-93/94 differed from the others and also from eachother, as shown by stratification analysis. The phenotypic correlation between genotype means in the pairwise groupedenvironments, interpreted as coefficient of genotypic determination, indicated that non-genetic causes were responsible for64.40% of the mean phenotypic variances. The results confirmed the discrimination of three major environmental groups,representing the Northeast (Aracaju), Central Southeast (Sete Lagoas, Goiania and Londrina) and South (Ponta Grossa)regions

Estimative of gene effects for traits related to phosphorus efficiency and responsiveness in tropical maize

Informações sobre a herança de caracteres relacionados à eficiência e resposta ao P em milho, obtidas em ensaios conduzidos até a maturação em ambientes tropicais são limitadas, sendo prérequisitos para se estabelecer estratégias de seleção eficientes. O objetivo deste trabalho foi estudar a herança e as relações entre caracteres de eficiência e resposta ao P em milho tropical. Foram utilizadas seis linhagens e sete F1´s entre elas, contrastantes quanto à sua eficiência ao P. Os genitores, F1´s, F2´s, RC1P1, RC1P2, RC2P1 e RC2P2 de cada um dos sete F1´s, foram avaliados em três ambientes sob baixo P, e dois ambientes sob alto P no solo. Caracteres de eficiência avaliados foram: peso de grãos (PG), teor de P nos grãos (TPG), quantidade P total na parte aérea (FTOT), eficiência de absorção (EFABS), de utilização (EFUTIL), e de uso de P(EFUSO), índice de colheita de P (ICP) e quociente utilização (QUTIL). Caracteres de resposta avaliados foram: diferença PG entre níveis de P (DIFPG), relação PG entre baixo e alto P (RELPG), eficiência recuperação aparente (EFREC), eficiência fisiológica (EFIS) e eficiência agronômica (EFAGR). Foi também avaliado o intervalo entre florescimento masculino e feminino (ASI), que tem sido relacionado à tolerância a estresse de seca. As médias das gerações de cada cruzamento foram utilizadas para estimar o efeito médio (m), efeitos aditivos (a), efeitos de dominância (d) e efeitos epistáticos digênicos (aa, ad e dd) sob baixo e alto P no solo. Deficiência de P causou redução média na produção de 47,10%. Efeitos de dominância, seguidos de efeitos epistáticos (quando detectados) foram superiores aos efeitos aditivos para a maioria dos caracteres estudados. O ambiente afetou a herança dos diversos caracteres e estimativas de dominância para PG foram de maior magnitude nos ambientes sob alto P e efeitos epistáticos foram verificados com maior freqüência, nos ambientes sob baixo P no solo. Quanto à variabilidade observada para eficiência de uso de P, EFABS foi duas a três vezes mais importante que EFUTIL sob baixo e alto P respectivamente, indicando que, processos relacionados à absorção de P em milho, foram mais importantes que àqueles relacionados à utilização interna do P na planta, nos ambientes estudados. EFABS mostrou baixa correlação sob baixo e alto P, sugerindo que diferentes mecanismos de aquisição de P podem estar atuando nestes ambientes. EFUTIL mostrou alta correlação entre ambientes sugerindo que mecanismos de utilização interna de P semelhantes podem estar agindo sob baixo e alto P. ASI mostrou correlação média e negativa com PG sob baixo P. Critérios de seleção mais adequados para os diversos componentes de eficiência e resposta ao P seriam: PG sob baixo P no solo para determinar a EFABS nestes ambientes; baixo teor de P nos grãos obtido sob alto P no solo, para determinar a EFUTIL; DIFPG para determinar a resposta ao P; menores valores de ASI sob baixo P como critério auxiliar de seleção. Correlações entre variáveis de eficiência e resposta ao P indicaram ser viável obter genótipos eficientes e responsivos ao P nas condições deste estudo.Low information is available concerning the inheritance of phosphorus (P) efficiency and responsiveness in tropical maize, obtained from trials conducted until maturity in tropical environments. This information is the basis to establish selection strategies for these characteristics. The objective of this study was to investigate the inheritance and relationships between characteristics related to phosphorus efficiency and responsiveness in tropical maize. Six tropical maize lines with contrasting P use efficiency and seven F1´s derived from them were used. The parental lines, F1´s, F2´s, RC1P1, RC1P2, RC2P1 e RC2P2 from each of the seven crosses were evaluated at three low P and two high P environments. Efficiency traits evaluated were: grain weight (GW), grain P concentration (GPC), total P in the shoot (PTOT), P uptake efficiency (PUPE), P internal utilization efficiency (PUTIL), P use efficiency (PUE), P harvest index (PHI) and quotient of utilization (QUTIL). Responsiveness traits evaluated were: grain difference between high and low P environments (DIFGW), ratio GW of low and high P environments (RGW), P apparent recover (PAR), P physiological efficiency (PFIS) and P agronomic efficiency (PAGR). Anther silk interval (ASI), which has been related to drought tolerance, was also determined. The generation means from each cross in each group of environments (low and high soil P) were used to estimate the parameters mean effect (m), additive effects (a), dominant effects (d) and epistatic digenic effects (aa, ad, dd). A 47,10 % mean yield reduction was observed across soil P levels. Dominance effects, followed by epistatic effects (when detected) were more important than additive effects for the majority of the traits studied. Soil P level affected the inheritance of many traits. Dominance estimatives for GW were higher at high P environments than at low P environments and generally,epistatic effects were detected more frequently at low P environments. The component PUPE showed to be two to three times more important than the component PUTIL for the variability observed for P use efficiency under low and high P environments respectively, indicating that mechanisms related to P acquisition were more important than mechanisms related to P internal utilization efficiency in the environments and genotypes studied. PUPE showed low correlation under low and high P environments, suggesting that different mechanism of soil P acquisition should be acting at these environments. PUTIL showed high correlation under low and high P environments suggesting that similar plant internal mechanisms should be acting at low and high P environments. A mediun and negative correlation was observed between ASI and GW at low P environments. Selection criteria that showed to be more adequate to select for P efficiency and responsiveness were: GW under low P environments to determine PUPE under low P soils; grain P concentration under high P environments to determine PUTIL; DIFGW to determine P responsiveness and short ASI at low P environments as an additional selection criteria. Correlations between efficiency and responsiveness traits indicated that it would be possible to obtain efficient and responsive genotypes in the conditions of this study

Eficiência de índices fenotípicos de comprimento de raiz seminal na avaliação de plantas individuais de milho quanto a tolerância ao alumínio

The objective of this work was to verify the efficiency of the relative seminal root length (RSRL) and net seminal root length (NSRL) as phenotypic indexes for aluminum tolerance in individual maize plants. Seedlings of Al tolerant and susceptible genotypes were grown in nutrient solution containing toxic level of Al for a period of seven days, after which the values of RSRL and NSRL were determined. The results obtained when mean values of RSRL and NSRL were utilized showed that both indexes were able to discriminate tolerant from susceptible maize genotypes. However, when individual values of RSRL and NSRL were utilized, some tolerant plants scored as susceptible ones were observed, showing that the phenotypic evaluation of individual plants by both indexes is subjected to significant errors, mainly in the characterization of susceptible plants. Therefore, in studies for quantitative traits loci (QTLs) mapping for Al tolerance in maize, where these indexes are used, the most appropriate is to use F3 families, where it is possible to obtain mean values for RSRL and NSRL and then utilize these means to represent the phenotypic values of the respective F2 plants.O objetivo deste trabalho foi testar a eficiência do comprimento relativo de raiz seminal (CRRS) e do comprimento líquido de raiz seminal (CLRS) como indicadores fenotípicos quanto à tolerância ao alumínio na avaliação de plantas individuais de milho. Plântulas de genótipos tolerantes e suscetíveis ao Al foram submetidas a solução nutritiva contendo nível tóxico deste elemento, por um período de sete dias, após o qual, determinaram-se os valores de CRRS e CLRS. Os resultados obtidos quando se utilizaram valores médios para CRRS e CLRS mostraram que ambos os índices foram capazes de discriminar com eficiência os materiais tolerantes dos suscetíveis. Entretanto, quando foram utilizados os valores de CRRS e CLRS obtidos a partir de plantas individuais, observou-se a existência de plantas tolerantes com valores típicos de plantas suscetíveis, o que indica que a avaliação fenotípica de plantas individuais pelos dois índices está sujeita a erros significativos, principalmente na caracterização de plantas suscetíveis. Portanto, em estudos para mapeamento de "quantitative trait loci" (QTLs) ligados à tolerância ao Al, nos quais utilizam-se estes índices fenotípicos, o mais apropriado é avaliar famílias F3, onde é possível obter valores médios para CRRS e CLRS e utilizar estas médias para representar os valores fenotípicos das respectivas plantas F2

Eficiência de índices fenotípicos de comprimento de raiz seminal na avaliação de plantas individuais de milho quanto a tolerância ao alumínio

The objective of this work was to verify the efficiency of the relative seminal root length (RSRL) and net seminal root length (NSRL) as phenotypic indexes for aluminum tolerance in individual maize plants. Seedlings of Al tolerant and susceptible genotypes were grown in nutrient solution containing toxic level of Al for a period of seven days, after which the values of RSRL and NSRL were determined. The results obtained when mean values of RSRL and NSRL were utilized showed that both indexes were able to discriminate tolerant from susceptible maize genotypes. However, when individual values of RSRL and NSRL were utilized, some tolerant plants scored as susceptible ones were observed, showing that the phenotypic evaluation of individual plants by both indexes is subjected to significant errors, mainly in the characterization of susceptible plants. Therefore, in studies for quantitative traits loci (QTLs) mapping for Al tolerance in maize, where these indexes are used, the most appropriate is to use F3 families, where it is possible to obtain mean values for RSRL and NSRL and then utilize these means to represent the phenotypic values of the respective F2 plants.O objetivo deste trabalho foi testar a eficiência do comprimento relativo de raiz seminal (CRRS) e do comprimento líquido de raiz seminal (CLRS) como indicadores fenotípicos quanto à tolerância ao alumínio na avaliação de plantas individuais de milho. Plântulas de genótipos tolerantes e suscetíveis ao Al foram submetidas a solução nutritiva contendo nível tóxico deste elemento, por um período de sete dias, após o qual, determinaram-se os valores de CRRS e CLRS. Os resultados obtidos quando se utilizaram valores médios para CRRS e CLRS mostraram que ambos os índices foram capazes de discriminar com eficiência os materiais tolerantes dos suscetíveis. Entretanto, quando foram utilizados os valores de CRRS e CLRS obtidos a partir de plantas individuais, observou-se a existência de plantas tolerantes com valores típicos de plantas suscetíveis, o que indica que a avaliação fenotípica de plantas individuais pelos dois índices está sujeita a erros significativos, principalmente na caracterização de plantas suscetíveis. Portanto, em estudos para mapeamento de "quantitative trait loci" (QTLs) ligados à tolerância ao Al, nos quais utilizam-se estes índices fenotípicos, o mais apropriado é avaliar famílias F3, onde é possível obter valores médios para CRRS e CLRS e utilizar estas médias para representar os valores fenotípicos das respectivas plantas F2

RECOVERY OF RECURRENT GENOTYPE IN MAIZE USING SSR MARKERASSISTED BACKCROSS

This work was carried out to evaluate the use of microsatellite markers to accelerate the recovery of recurrent genome in maize backcross breeding programs. An inbred line with high general combining ability for grain yield and high ear insertion (L11) was used as recurrent parent, and a maize inbred line with low ear height and low grain yield in crosses (L3) was used as the donor parent. Phenotypic selection for low ear insertion was performed in two backcross cycles, and the recover of the recurrent genotype of selected plants was monitored using SSR markers. The objective of this work was to compare the recovery of recurrent parent genotype in backcross progenies selected for low ear insertion, with and without marker-assisted selection. For this purpose, grain yield of these progenies were evaluated in topcross hybrids with a tester line (L161) in three locations. Results indicated that SSR markers were efficient in identifying individuals with a high proportion of the recurrent genome after the first two BC generations, allowing a gain of up to three generations compared to the theoretical recovery predicted in conventional backcross. Phenotypic selection for low ear insertion was efficient, although there was an incomplete recovery of the donor phenotype (L13) after two backcross generations. We obtained topcross hybrids from the progenies derived from markerassisted backcross showing higher yield and lower ear insertion than the recurrent topcross hybrid. However, our experimental conditions did not allow further conclusions about using the grain yield of topcross hybrids to evaluate the recovery of recurrent parent genome in backcross programs in maize