Métodos uni e multivariados aplicados ao estudo de adaptabilidade e estabilidade em aveia-branca

The objective of this work was to compare uni- and multivariate biometric methods to evaluate the adaptability and stability of an important group of white oat (Avena sativa) cultivars grown in Southern Brazil. The used experimental design was a randomized complete block, in a factorial arrangement of 12 environments x 7 cultivars, with three replicates. The analysis of variance and the methods of Eberhart & Russel, Annicchiarico, and the harmonic mean of the relative performance of predicted genetic values (MHPRVG) were assessed. In the general comparison of the methods, the 'UPFA Gaudéria' and 'URS Guapa' genotypes were more stable regarding grain yield. The 'UPFA Gaudéria' and 'URS-21' genotypes stood out for hectoliter weight, presenting the best performances by the methods of Annicchiarico and the MHPRVG. For thousand-grain weight, all methods showed similar results, indicating that the 'UPFA Gaudéria' genotype presented the best results. The 'URS Guapa' genotype was superior when using the methods of Eberhart & Russel, Annicchiarico, and the MHPRVG. The uni- and multivariate methods evaluated are suitable to estimate with high confidence the adaptability and stability of cultivars for each targeted grain production, yield, and quality.O objetivo deste trabalho foi comparar o uso de métodos biométricos uni e multivariados na avaliação da adaptabilidade e da estabilidade de um importante grupo de cultivares de aveia-branca (Avena sativa), cultivadas no Sul do Brasil. Utilizou-se o delineamento experimental de blocos ao acaso, em arranjo fatorial 12 ambientes x 7 cultivares, com três repetições. A análise de variância e os métodos de Eberhart & Russel, de Annicchiarico e da média harmônica do desempenho relativo dos valores genéticos preditos (MHPRVG) foram avaliados. Na comparação geral dos métodos, os genótipos 'UPFA Gaudéria' e 'URS Guapa' foram os mais estáveis em relação à produtividade de grãos. Os genótipos 'UPFA Gaudéria' e 'URS-21' destacaram-se em peso do hectolitro, tendo apresentado as melhores respostas pelo método de Annicchiarico e da MHPRVG. Para a massa de mil grãos, todos os métodos apresentaram resultados semelhantes, o que indica que o genótipo 'UPFA Gaudéria' apresentou os melhores resultados. O genótipo 'URS Guapa' foi superior quando foram utilizados os métodos de Eberhart & Russel, de Annicchiarico e da MHPRVG. Os métodos uni e multivariados avaliados são adequados para estimar com confiança a adaptabilidade e a estabilidade das cultivares para cada objetivo de produção, rendimento e qualidade de grãos

Quantitative trait loci (QTL) Mapping for grain quality in oats

To meet the growing demand for food in the world, agriculture needs to be increasingly efficient, sustainable and technological. The production of food with nutrition quality is among the sector's priorities. In this sense, white oat, as a functional food, has an even greater importance in this context. To maximize the yield potential and to improve even more the nutritional quality of white oat cultivars, current research and genetic improvement strongly focus on the study and identification of locus associated with nutritional traits, genetic resistance against diseases and abiotic stresses. QTL mapping (Quantitative Trait Loci) and GWAS (Genome Wide Association Studies) are important tools to identify genetic regions associated with these characters. Thus, the first part of this thesis composes a bibliographic review entitled: “Advances in the identification of locus of agronomic interest in white oats”. Some traits, because they are difficult to measure and their multigenic origin, represent a big challenge for genetic improvement. Therefore, the use of tools such as QTL mapping and GWAS are important to the identification of gene regions of interest. Several works with RIL, Double Haploid and backcross populations were reviewed. Disease resistance showed a large influence of genetic variations and genetic control. Constant attention to the genetic regions associated with resistance is required due to the constant breakdown of resistance that occurs in the field. The studies aiming to identify regions associated with nutritional quality show that there is a large influence of the environment on these traits, but advances in increasing nutritional quality in the crop are still possible and necessary. The phenotypic associations allow the research to act in the indirect selection of the traits. So also, the correlation between phenotypic and genotypic data. “Phenotypic and genotypic associations in a RIL (Recombinant Inbreed Line) population of white oats” is the subject of the second chapter of this thesis. To measure the morphological characteristics, the population was cultivated in the experimental area of the Genomics and Phyto-improvement Center, located in the Centro Agropecuário da Palma, belonging to the Federal University of Pelotas and located in the municipality of Capão do Leão/RS. Sowing in the field was done on 06/20/2019. Each family was cultivated in rows of 1.5 meters, with three plants randomly harvested and evaluated. Yield related traits presented a strong correlation with each other, in most cases. Strong correlations between yield and nutritional traits were not observed. Path analysis showed a significant correlation of the Beta Glucans with other nutritional traits. On the other hand, starch content presented negative correlations with the other nutritional characters. The principal components analysis allowed a better understanding of the behavior of the characters in isolation and also in two large groups. When performing the hierarchical grouping of phenotypic traits, it was observed that a large part of the population is concentrated in one of the seven groups formed, with a large group that concentrated 56% of the individuals. Both parents were found in the same group. The grouping through SNPs markers had the formation of eight groups, with the two parents again being in the same group. This time there was no formation of a large group, and the largest group concentrated 19% of individuals, including both parents. The third chapter of this thesis presents a “Mapping of QTLs associated with nutritional quality and yield in white oats”. Two methods were used toidentify the QTLs. The first approach was through single marker analysis (SMA). By this methodology, five QTLs (CPP, Proteins, Beta Glucans, Fat and Fibers) were identified. Another method used to identify QTLs was through interval mapping (IM). Using this methodology, three QTLs (Protein, Fat and Fiber) were identified, confirming some of the QTLs before identified. The three QTLs confirmed by the two methodologies were found in very close regions in both situations. The SNPs associated with QTLs in that work were blasted into a database (Avenagenome). The results show a great similarity with the reference genome. It was not possible, however, to associate the SNPs with genes reported in other studies, since there is no annotation of genes in the database. However, once the annotation is carried out, the present work can provide valuable information for the identification of genes in white oats.Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqPara atender a demanda crescente por alimentos no mundo, a agricultura precisa ser cada vez mais eficiente, sustentável e tecnológica. A produção de alimentos de qualidade está entre as prioridades do setor. Nesse sentido a aveia branca, por se tratar de um alimento funcional, possui uma grande importância nesse contexto. Para maximizar o potencial produtivo e melhorar ainda mais a qualidade nutricional das cultivares de aveia branca, a pesquisa e o melhoramento genético atual focam fortemente no estudo e identificação de locus associados com caracteres nutricionais, resistência genética contra doenças e estresses abióticos. O mapeamento de QTLs (loci de característica quantitativa) e GWAS (estudos de associação genômica ampla) são importantes ferramentas para identificar regiões genéticas associadas a esses caracteres. Dessa forma, a primeira parte desta tese é composta de uma revisão bibliográfica intitulada: “Avanços na identificação de locus de interesse agronômico em aveia branca”. Alguns caracteres por serem de difícil mensuração e de origem multigênica representam um desafio grande para o melhoramento genético. Por isso a utilização de ferramentas como o mapeamento de QTLs e GWAS são importantes na identificação de regiões gênicas de interesse. Diversos trabalhos com populações RIL (linhagem endogâmica recombinante), Duplo Haplóides e retrocruzamentos foram revisados. A resistência a doenças mostrou uma grande variação e dependência genética. É necessária uma constante atenção nas regiões gênicas associadas a resistência devido a constante superação de resistência que ocorre no campo. Os trabalhos visando identificar regiões associadas à qualidade nutricional indicaram que há uma grande influência do ambiente nesses caracteres, porém avanços no aumento da qualidade nutricional na cultura ainda são possíveis e necessários. As associações fenotípicas permitem à pesquisa atuar na seleção indireta dos caracteres de interesse, assim como a correlação entre os dados fenotípicos e genotípicos. “Associações fenotípicas e genotípicas em população RIL de aveia branca” é o tema do segundo capítulo desta tese. Para a mensuração das características morfológicas, a população foi cultivada na área experimental do Centro de Genômica e Fitomelhoramento, localizado no Centro Agropecuário da Palma, pertencente à Universidade Federal de Pelotas e localizado no município de Capão do Leão/RS. A semeadura no campo foi feita no dia 20/06/2019. Cada família foi cultivada em linhas de 1,5 metros, sendo três plantas colhidas aleatoriamente e avaliadas. Quando analisados os componentes de rendimento apresentaram forte correlação entre si, na maioria dos casos. Não são observadas fortes correlações entre os componentes de rendimento e caracteres nutricionais. A análise de trilha mostrou uma correlação significativa do caráter beta glucanas com outros caracteres nutricionais. De forma oposta, o caráter Amido apresentou correlações negativas com os demais caracteres nutricionais. A análise de componentes principais possibilitou o melhor entendimento do comportamento dos caracteres de forma isolada e também em dois grandes grupos. Quando realizado o agrupamento hierárquico dos caracteres fenotípicos, foi observado que uma grande parte da população se concentra em um dos sete grupos formados, sendo que um grande grupo concentrou 56% dos indivíduos. Ambos os genitores se encontraram no mesmo grupo. O agrupamento através de marcadores SNPs teve a formação de oitogrupos, com os dois genitores, novamente se encontrando no mesmo grupo. Dessa vez não houve a formação de um grande grupo, sendo que o maior grupo concentrou 19% dos indivíduos, inclusive os dois genitores. O terceiro capítulo desta tese apresenta um “Mapeamento de QTLs associados com qualidade nutricional e rendimento em aveia branca”. Foram utilizados dois métodos para a identificação dos QTLs. A primeira abordagem foi através de marcas individuais (SMA). Por essa metodologia foram identificados cinco QTLs (CPP, Proteínas, Beta Glucanas, Gordura e Fibras). Outro método utilizado para identificação de QTLs foi através do mapeamento por intervalo (IM). Por essa metodologia foram identificados três QTLs (Proteínas, Gordura e Fibra), confirmando alguns dos QTLs já identificados por SMA. Os três QTLs confirmados pelas duas metodologias se encontraram em regiões muito próximas em ambas as situações. Os SNPs associados com QTLs nesse trabalho foram blastados numa base de dados (Avenagenome). Os resultados mostram uma grande semelhança com o genoma de referência. Não foi possível, no entanto, associar os SNPs com genes reportados em outros trabalhos, uma vez que não há uma anotação de genes no banco de dados. Porém, uma vez que a anotação for realizada o presente trabalho pode fornecer informações valiosas para identificação de genes na cultura da aveia

Selection strategies in white oats (Avena sativa L.) for yield components

The white oat is a cereal of great importance for Brazilian agriculture, with emphasis in some regions where the culture is the fundamental part of productive sistems. Among the inumerable uses of the cereal has been emphasized in the human food. Due to the nutritional characteristics the cereal is qualified as functional food, aiding in the prevention of diseases and its consumption is indicated by several health organs. The genetic breeding programs have the challenge of providing genotypes to the producers and the processing industry with good productive characteristics, together with good nutritional characteristics. In this way each program must define and establish selection strategies that meet its objectives at a low cost and in a short period of time. Among the methods Among the methods of conducting segregating populations, SSD stands out, which among its advantages enables the breeder to maintain the total population variability in advanced generations and the possibility of advancement of more than one generation per year. Like other methods the SSD is run by some programs with changes. These aim to increase the genetic variability of the segregating population by conducting more seeds from an F2 plant. The objective of this work was to evaluate F6 families from two white oat crosses (Albasul x UPF 15 and IAC 7 x UFRGS 19) conducted under the conduction methods: Classic SSD and Modified SSD. The experiment was conducted in the county of Capão do Leão – RS, in the year of 2016. Was evaluated 30 families of each crosses conducted in the classic SSD method and 120 families in each cross conducted in the modified SSD method. It was possible to observed that the modified SSD method provides a greater range between minimum and maximum values for most of the evaluated characters. The Modified SSD method has a greater non-additive effect acting between and within families, negatively affecting heritability in the narrow sense. In the families from the Albasul x UPF 15 cross the selection gains were higher in the families conducted in the SSD method. At the IAC 7 x UFRGS 19 cross the SSD method also obtained superior performance in the selection gains with exception in the characters plant height and grain mass of the main panicle. When the means of the families selected at the selection pressure of 10% and 20% are analyzed, there is a similarity between the two methods of conduction. We highlight the Modified SSD method that encompasses a larger number of genotypes with good agronomic performance and aggregate highlighted performance to various characters of interest. In this way the modifications made in the SSD method were beneficial to the breeding program and allowed the identification of a greater number of transgressive genotypes with the same crosses.Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqA aveia branca é um cereal de grande importância para a agricultura brasileira, com destaque em algumas regiões onde a cultura é parte fundamental dos sistemas produtivos. Dentre as inúmeras utilizações do cereal, vem ganhando destaque o seu uso na alimentação humana. Devido as suas características nutricionais o cereal é qualificado como alimento funcional, auxiliando na prevenção de doenças e o seu consumo é indicado por vários órgãos de saúde. Os programas de melhoramento genético de plantas possuem o desafio de fornecer aos produtores e indústria beneficiadora genótipos que tenham bom desempenho produtivo aliado a boas características nutricionais. Dessa forma, cada programa deve definir e estabelecer estratégias de seleção que atendam os seus objetivos a um custo baixo e num curto período de tempo. Dentre os métodos de condução de populações segregantes se destaca o SSD (Single Seed Descent) que, entre suas vantagens, possibilita ao melhorista a manutenção da variabilidade total da população em gerações avançadas e a possibilidade de avanço de mais de uma geração por ano. Assim como em outros métodos, o SSD é executado por alguns programas com alterações. Estas visam aumentar a variabilidade genética da população segregante por meio da condução de mais sementes a partir de uma planta F2. Este trabalho teve por objetivo avaliar famílias F6 oriundas de dois cruzamentos de aveia branca (Albasul x UPF 15 e IAC 7 x UFRGS 19) conduzidas sob os métodos de condução: SSD Clássico e SSD Modificado. O experimento foi conduzido no município de Capão do Leão – RS, no ano de 2016. Foram avaliadas 30 famílias de cada cruzamento conduzidas no método SSD clássico e 120 famílias de cada cruzamento conduzidas no método SSD modificado. Foi possível observar que o método SSD Modificado proporciona uma maior amplitude entre os valores mínimos e máximos para a maioria dos caracteres avaliados. A elevação do teto produtivo não resultou, no entanto, em um aumento expressivo nas médias das famílias. O método SSD Modificado apresenta um maior efeito não aditivo atuando entre e dentro das famílias, afetando negativamente a herdabilidade no sentido restrito. Nas famílias oriundas do cruzamento Albasul x UPF 15 os ganhos de seleção foram superiores naquelas conduzidas no método SSD. No cruzamento IAC 7 x UFRGS 19 o método SSD também obteve desempenho superior nos ganhos de seleção com exceção nos caracteres estatura de planta e massa de grãos da panícula principal. Quando são analisadas as médias das famílias selecionadas na pressão de seleção de 10% e 20% há uma semelhança entre os dois métodos de condução. Destaca-se o método SSD Modificado que engloba um número maior de genótipos com bom desempenho agronômico e que agregam desempenho destacado para vários caracteres de interesse. Dessa forma as modificações efetuadas no método SSD foram benéficas para o programa de melhoramento e 8 possibilitaram a identificação de um maior número de genótipos transgressivos com o mesmo número de plantas F2