Breeding Jatropha curcas by genomic selection: A pilot assessment of the accuracy of predictive models

Genomic wide selection is a promising approach for improving the selection accuracy in plant breeding, particularly in species with long life cycles, such as Jatropha. Therefore, the objectives of this study were to estimate the genetic parameters for grain yield (GY) and the weight of 100 seeds (W100S) using restricted maximum likelihood (REML); to compare the performance of GWS methods to predict GY and W100S; and to estimate how many markers are needed to train the GWS model to obtain the maximum accuracy. Eight GWS models were compared in terms of predictive ability. The impact that the marker density had on the predictive ability was investigated using a varying number of markers, from 2 to 1,248. Because the genetic variance between evaluated genotypes was significant, it was possible to obtain selection gain. All of the GWS methods tested in this study can be used to predict GY and W100S in Jatropha. A training model fitted using 1,000 and 800 markers is sufficient to capture the maximum genetic variance and, consequently, maximum prediction ability of GY and W100S, respectively. This study demonstrated the applicability of genome-wide prediction to identify useful genetic sources of GY and W100S for Jatropha breeding. Further research is needed to confirm the applicability of the proposed approach to other complex traits

Simultaneous selection of eucalyptus clones based on yield, stability and adaptability

O objetivo deste trabalho foi estimar os parâmetros genéticos e determinar a eficiência da seleção simultânea de clones de eucalipto baseada em produtividade, estabilidade e adaptabilidade. Foram utilizados 21 clones, com 36 meses de idade, pertencentes ao programa de melhoramento genético da empresa Cenibra. O experimento foi instalado em delineamento de blocos ao acaso, em quatro ambientes, com 21 repetições de uma planta por parcela. Os clones foram avaliados quanto às variáveis: diâmetro à altura do peito, altura da planta e volume total com casca. Os parâmetros genéticos foram estimados pela metodologia de modelos mistos (REML/BLUP), e a seleção baseou-se no método da média harmônica do desempenho relativo dos valores genéticos (MHPRVG), em três estratégias: seleção com base no valor genético predito, tendo-se considerado o desempenho médio dos genótipos em todos os ambientes (sem efeito de interação) ou o desempenho em cada ambiente (com efeito da interação); e seleção simultânea quanto à produção, estabilidade e adaptabilidade. As particularidades dos ambientes influenciaram a expressão fenotípica dos clones. As estimativas de herdabilidade indicaram boas perspectivas para a seleção de clones com alta produtividade, estabilidade e adaptabilidade. A seleção simultânea otimiza a seleção de clones e pode ser usada na construção de populações de melhoramento e na recomendação de materiais genéticos para plantios comerciais.The objective of this work was to estimate genetic parameters and to determine the efficiency of the simultaneous selection of eucalyptus clones based on yield, stability, and adaptability. Twenty‑one clones, with 36 months of age, from the genetic breeding program of the company Cenibra were used. The experiment was done in a randomized complete block design, in four environments, with 21 replicates of one plant per plot. The clones were evaluated as to the variables: diameter at breast height, plant height, and total volume with bark. The genetic parameters were estimated using the mixed model procedure (REML/BLUP), and selection was based on the harmonic mean of the relative performance of the genetic values (HMRPGV), with three strategies: selection based on the predicted genetic gain, considering the average performance of genotypes in all environments (without interaction effect) or the performance on each environment (with interaction effect); and simultaneous selection based on productivity, stability, and adaptability. Environment particularities influenced the phenotypic expression of the clones. The heritability estimates indicated good perspectives for selecting clones with high yield, stability, and adaptability. Simultaneous selection optimizes clone selection and can be used in the construction of breeding populations and in the recommendation of genetic materials for commercial plantations

Predicted genetic gains by various selection methods in Eucalyptus urophylla progenies

O objetivo deste trabalho foi avaliar parâmetros genéticos e comparar os ganhos preditos por meio de diferentes métodos de seleção em famílias de meios-irmãos de Eucalyptus urophylla. Foi utilizada seleção entre e dentro, seleção combinada e seleção com base em modelos mistos (REML/BLUP) para os caracteres diâmetro à altura do peito, altura total e volume total com casca. Foi utilizado o teste de progênie constituído de 100 famílias de meios-irmãos com 55 meses de idade, em espaçamento de 3x2 m, em delineamento de blocos ao acaso, com cinco repetições. As progênies apresentaram variabilidade genética significativa e elevada magnitude de herdabilidade para os caracteres estudados, o que evidencia alto controle genético e condições favoráveis para seleção. Todos os métodos avaliados foram eficientes para aplicação no melhoramento de eucalipto. No entanto, a seleção combinada e a seleção por modelos mistos (BLUP) proporcionam estimativas de ganhos significativamente maiores às obtidas com a seleção entre e dentro, e maior eficiência na escolha dos melhores indivíduos dentro da população.The objective of this work was to evaluate genetic parameters and to compare predicted gains using different selection methods in half-sib families of Eucalyptus urophylla. Within and between selection, combined selection and selection based on mixed model equations (REML/BLUP) were used for the traits diameter at breast height, total height and total volume with bark. The progeny test used consisted of 100 55-month-old half-sib families distributed in a 3x2-m spacing, in randomized complete block design with five replicates. The progenies showed significant genetic variability and high heritability for the studied traits, which indicates high genetic control and favorable conditions for selection. All the methods tested were efficient in eucalyptus breeding. However, the combined selection and the selection based on mixed models (BLUP) provided gains significantly larger than those obtained with within and between selections, and were more efficient in the selection of the best individuals in the population

Efficiency of the multilocus analysis for the construction of genetic maps

The use of genetic maps is a useful tool in genetic research. The association between map distance andrecombination frequency is expressed by a genetic mapping function. However, several of these functions do not presupposethe joint recombination percentage. In other words, they are not multilocus probabilities. This work aimed to compare,through simulations, the efficiency in the use of different mapping functions with and without multilocus analysis as a tool inthe construction of genetic maps. A genome constituted of three linkage groups (50, 100 and 200 cM) was simulated for acomparative study. Four mapping populations were simulated, F2, with 50, 100, 200 and 400 individuals, with 10 replicaseach. It was verified, after the analyses, that the multilocus analysis was not efficient to rescue the size of the connectiongroups, concluding that the non use of the multilocus analysis would be viable

Parâmetros genéticos e variabilidade em acessos de pinhão-manso no estágio inicial de desenvolvimento

The objective of this work was to estimate the genetic parameters and variability among accessions (half-sib families) of physic nut (Jatropha curcas) during the early stages of development. For this study, 110 accessions in the first year of development of the physic nut germplasm bank, maintained at Embrapa Cerrados, DF, Brazil, were evaluated in situ. The experiment was established in a randomized complete block design, with two replicates and five plants per plot arranged in rows at 4x2 m spacing. Grain yield, total number of branches per plant, plant height, stem diameter, canopy projection on the row, canopy projection between rows, canopy volume, number of days until first flowering and height of the first inflorescence were evaluated. Estimates of vegetative genetic parameters showed the existence of genetic variability in the physic nut germplasm bank. Physic nut accessions of the germplasm bank were grouped into five similarity groups based on character divergence. Although preliminary, the obtained results are promising for showing potential for Jatropha improvement with selective efficiency.O objetivo deste trabalho foi estimar os parâmetros genéticos e a variabilidade entre acessos (famílias de meios-irmãos) de pinhão-manso (Jatropha curcas) no estágio inicial de desenvolvimento. Para este estudo, foram avaliados in situ 110 acessos, no primeiro ano de desenvolvimento, do banco de germoplasma mantido na Embrapa Cerrados. O experimento foi implantado em delineamento de blocos completos ao acaso, com duas repetições e cinco plantas por parcela, dispostas em linha no espaçamento de 4x2 m. Foram avaliados os caracteres: produção de grãos, número total de ramos por planta, altura de plantas, diâmetro de caule, projeção da copa na linha, projeção da copa na entrelinha, volume da copa, numero de dias para o primeiro florescimento e altura da primeira inflorescência. As estimativas dos parâmetros genéticos de caracteres vegetativos mostraram a existência de variabilidade genética no banco de germoplasma de pinhão-manso. Os acessos do banco de germoplasma de pinhão-manso foram agrupados em cinco grupos de similaridade, com base na divergência dos caracteres avaliados. Embora preliminares, os resultados obtidos são promissores por mostrar o potencial para o melhoramento de Jatropha com eficiência seletiva

Agronomic performance and genetic gain by selection of physic nut in three Brazilian regions

O objetivo deste trabalho foi avaliar o desempenho agronômico e o ganho genético pela seleção de famílias de meio-irmãos de pinhão-manso, cultivado em três regiões do Brasil. A partir de seleção fenotípica prévia, foram instalados três testes de progênies, em 2008, nos municípios de Planaltina, DF, Nova Porteirinha, MG, e Pelotas, RS. Utilizou-se o delineamento de blocos ao acaso, com três repetições e cinco plantas por parcela. Como testemunha, foram utilizadas sementes, colhidas ao acaso, de uma população sem seleção. Houve interação significativa entre os efeitos de genótipos por ambientes. As estimativas dos componentes de variância e dos parâmetros genéticos indicaram que é possível obter ganhos com a seleção das melhores famílias, nos ambientes avaliados. Em cada ambiente, ao menos uma família foi selecionada com desempenho superior ao tratamento-controle. O ganho genético médio, obtido pela seleção massal nos três ambientes, foi de 72%. Observou-se alto coeficiente de correlação entre os ambientes de Planaltina e Nova Porteirinha, quanto ao desempenho agronômico, o que não se repetiu no Município de Pelotas. A interação genótipo x ambiente deve ser considerada na recomendação de materiais genéticos de pinhão-manso para ambientes distintos.The objective of this study was to evaluate the agronomic performance and genetic gain by the selection of half-sib families of physic nut grown in three Brazilian regions. Based on previous phenotypic selection, three progeny tests were performed, in 2008, in the municipalities of Planaltina, DF, Nova Porteirinha, MG, and Pelotas, RS. A randomized complete block design was used, with three replicates, and five plants per plot. Randomly collected seeds from a population without selection were used as control. There was a significant interaction between the effects of genotypes and environments. Estimates of variance components and genetic parameters indicated that it is possible to obtain genetic gains from selection of the best families in the evaluated environments. In each environment, at least one family was selected with a higher performance than the control treatment. Mass selection in the three environments provided 72% of genetic gains. The agronomic performance had a high correlation coefficient between the environments of Planaltina and Nova Porteirinha, which did not occur in Pelotas. Genotype x environment interaction should be considered in the recommendations of physic nut genetic material for different environments

Desempenho agronômico e ganho genético pela seleção de pinhão‑manso em três regiões do Brasil

The objective of this study was to evaluate the agronomic performance and genetic gain by the selection of half‑sib families of physic nut grown in three Brazilian regions. Based on previous phenotypic selection, three progeny tests were performed, in 2008, in the municipalities of Planaltina, DF, Nova Porteirinha, MG, and Pelotas, RS. A randomized complete block design was used, with three replicates, and five plants per plot. Randomly collected seeds from a population without selection were used as control. There was a significant interaction between the effects of genotypes and environments. Estimates of variance components and genetic parameters indicated that it is possible to obtain genetic gains from selection of the best families in the evaluated environments. In each environment, at least one family was selected with a higher performance than the control treatment. Mass selection in the three environments provided 72% of genetic gains. The agronomic performance had a high correlation coefficient between the environments of Planaltina and Nova Porteirinha, which did not occur in Pelotas. Genotype x environment interaction should be considered in the recommendations of physic nut genetic material for different environments.O objetivo deste trabalho foi avaliar o desempenho agronômico e o ganho genético pela seleção de famílias de meio‑irmãos de pinhão‑manso, cultivado em três regiões do Brasil. A partir de seleção fenotípica prévia, foram instalados três testes de progênies, em 2008, nos municípios de Planaltina, DF, Nova Porteirinha, MG, e Pelotas, RS. Utilizou-se o delineamento de blocos ao acaso, com três repetições e cinco plantas por parcela. Como testemunha, foram utilizadas sementes, colhidas ao acaso, de uma população sem seleção. Houve interação significativa entre os efeitos de genótipos por ambientes. As estimativas dos componentes de variância e dos parâmetros genéticos indicaram que é possível obter ganhos com a seleção das melhores famílias, nos ambientes avaliados. Em cada ambiente, ao menos uma família foi selecionada com desempenho superior ao tratamento‑controle. O ganho genético médio, obtido pela seleção massal nos três ambientes, foi de 72%. Observou-se alto coeficiente de correlação entre os ambientes de Planaltina e Nova Porteirinha, quanto ao desempenho agronômico, o que não se repetiu no Município de Pelotas. A interação genótipo x ambiente deve ser considerada na recomendação de materiais genéticos de pinhão‑manso para ambientes distintos