Genetic parameters and selection of carioca common bean lines resistant to fusarium wilt

O objetivo deste trabalho foi estimar parâmetros genéticos e selecionar linhagens de grupo de feijão comercial carioca com alta produtividade, grande massa de 100 grãos, bom aspecto visual dos grãos e boa resistentência à murcha-de-fusário, doença causada pelo fungo Fusarium oxysporum f. sp. phaseoli que habita o solo. Um total de 114 linhagens obtidas de duas populações foram avaliadas juntamente com sete genótipos controles na safra de inverno nos anos/gerações de 2015/F5:7 e 2016/F5:8. Há variabilidade genética entre as linhagens de feijão carioca (Phaseolus vulgaris) para todos os caracteres avaliados, e as estimativas de parâmetros genéticos mostram uma possível seleção bem-sucedida para reação à murcha-de-fusário, produtividade, aparência dos grãos e massa de 100 grãos. Vinte e quatro linhagens de feijão carioca que foram selecionadas combinam alta resistência à murcha-de-fusário, produtividade, massa de 100 grãos e boa aparência. CNFC 19126, CNFC 19205 e CNFC 19131 destacaram-se porque eles apresentam um melhor desempenho que os genótipos de controle com o maior nível de resistência, portanto sua avaliação em vários ambientes é recomendada, visando a novas cultivares resistentes a Fusarium oxysporum f. sp. phaseoli.The objective of this work was to estimate genetic parameters and to select lines of carioca commercial bean group with high yield, great 100-seed weight, good grain appearance, and good resistance to fusarium wilt, disease caused by the fungus Fusarium oxysporum f. sp. phaseoli that inhabits the soil. A total of 114 lines coming from two populations were evaluated together with seven control genotypes in the winter crop season in the years/generations of 2015/F5:7 and 2016/F5:8. There is a genetic variability among the carioca common bean (Phaseolus vulgaris) lines for all the traits evaluated, and the estimates of the genetic parameters show a possible successful selection for reaction to fusarium wilt, yield, grain appearance, and 100-seed weight. Twenty-four lines of carioca common bean that were selected combine high resistance to fusarium wilt, yield, 100-seed weight, and good grain appearance. CNFC 19126, CNFC 19205, and CNFC 19131 show a better performance than the control genotypes with the highest level of resistance, so their evaluation in multiple environments is recommended, aiming at new resistant cultivars to Fusarium oxysporum f. sp. phaseoli

Genetic parameters and selection of carioca common bean lines resistant to fusarium wilt

Abstract The objective of this work was to estimate genetic parameters and to select lines of carioca commercial bean group with high yield, great 100-seed weight, good grain appearance, and good resistance to fusarium wilt, disease caused by the fungus Fusarium oxysporum f. sp. phaseoli that inhabits the soil. A total of 114 lines coming from two populations were evaluated together with seven control genotypes in the winter crop season in the years/generations of 2015/F5:7 and 2016/F5:8. There is a genetic variability among the carioca common bean (Phaseolus vulgaris) lines for all the traits evaluated, and the estimates of the genetic parameters show a possible successful selection for reaction to fusarium wilt, yield, grain appearance, and 100-seed weight. Twenty-four lines of carioca common bean that were selected combine high resistance to fusarium wilt, yield, 100-seed weight, and good grain appearance. CNFC 19126, CNFC 19205, and CNFC 19131 show a better performance than the control genotypes with the highest level of resistance, so their evaluation in multiple environments is recommended, aiming at new resistant cultivars to Fusarium oxysporum f. sp. phaseoli

Genetic parameters and selection of black bean lines for resistance to fusarium wilt and yield

O objetivo deste trabalho foi estimar parâmetros genéticos e fenotípicos em linhagens de feijão-preto (Phaseolus vulgaris) para reação à murcha-de-fusário (RMF), produtividade e massa de 100 grãos (M100), em condições de campo naturalmente infestado por Fusarium oxysporum f. sp. phaseoli, bem como selecionar linhagens que combinem os fenótipos desejáveis para as três características simultaneamente. Para tanto, 116 linhagens obtidas de duas populações segregantes e cinco cultivares-testemunha foram avaliadas em delineamento experimental látice triplo 11×11, nas safras de inverno de 2015 e 2016, com semeadura em maio. As estimativas de herdabilidade obtidas foram altas: 91, 75 e 92% para RMF, produtividade e M100, respectivamente. Correlações genéticas significativas de -0,93 foram detectadas entre RMF e produtividade e de -0,28 entre RMF e M100, o que indica que linhagens mais resistentes apresentam maior produtividade e maior tamanho de grão. A seleção direta para cada uma das características levou a aumentos de 34% na resistência à MF, 11% na produtividade e 9,0% na M100. A seleção simultânea para as três características também levou a altos ganhos de 22,1% para RMF, 6,6% para produtividade e 7,7% para M100. Assim, há variabilidade genética e alta possibilidade de sucesso com a seleção. Cinco linhagens – CNFP 19237, CNFP 19346, CNFP 19320, CNFP 19291, and CNFP 19306 – apresentam maior potencial genético.The objective of this work was to estimate genetic and phenotypic parameters of black bean (Phaseolus vulgaris) lines for reaction to fusarium wilt (RFW), yield, and 100-seed weight (100SW) under conditions of a field naturally infested by Fusarium oxysporum f. sp. phaseoli, as well as to select lines that combine the desirable phenotypes for the three traits simultaneously. For this, 116 lines obtained from two segregating populations and five check cultivars were evaluated using an 11×11 triple lattice experimental design, in the winter crop seasons of 2015 and 2016, with sowing in May. The obtained heritability estimates were high: 91, 75, and 92% for RFW, yield, and 100SW, respectively. Significant genetic correlations of -0.93 were detected between RFW and yield and of -0.28 between RFW and 100SW, indicating that more resistant lines have a higher yield and a larger grain size. Direct selection for each trait led to increases of 34% in resistance to FW, 11% in yield, and 9.0% in 100SW. Simultaneous selection for the three traits led to high gains of 22.1% for RFW, 6.6% for yield, and 7.7% for 100SW. Therefore, there is genetic variability and a high possibility of success from selection. Five lines – CNFP 19237, CNFP 19346, CNFP 19320, CNFP 19291, and CNFP 19306 – show a higher genetic potential

Genetic parameters and validation of microsatellite markers associated with iron and zinc in common bean

O objetivo deste trabalho foi estimar os parâmetros genéticos, avaliar o desempenho agronômico e validar os marcadores moleculares microssatélites (SSRs) ligados a loci de caracteres quantitativos (QTLs) para concentrações de Fe e Zn em grãos de feijão comum, para a seleção de linhagens superiores. Cento e dezesseis linhagens oriundas de duas populações ('BRS Requinte' × 'Porto Real' e 'BRS Requinte' × G2358) e cinco genótipos testemunhas foram avaliadas em três ambientes. Os genitores e as linhagens foram genotipados com 20 SSRs. Na seleção simultânea das linhagens para os quatro caracteres avaliados, os ganhos com a seleção foram de 4,7% para concentração de Fe, 2,8% para concentração de Zn, 3,9% para produtividade e 0,9% para massa de 100 grãos. Desta forma, há possibilidade de seleção de linhagens que reúnam fenótipos desejáveis para os caracteres de interesse. O único marcador polimórfico é o BM 154 na população 'BRS Requinte' x 'Porto Real', o que indica que os QTLs ligados aos marcadores já podem estar fixados ou que os marcadores não estão associados nas populações utilizadas. A análise de mapeamento de QTL por marca simples mostra associação entre BM 154 e concentração de Fe em apenas um ambiente, a qual explica 14,5% da variação fenotípica, o que indica a presença de interação de QTLs com ambientes.The objective of this work was to estimate the genetic parameters, evaluate the agronomic performance, and validate the microsatellite molecular markers (SSRs) linked with quantitative trait loci (QTLs) for Fe and Zn concentrations in grains of common bean, in order to select superior lines. One hundred and sixteen lines from two populations ('BRS Requinte' × 'Porto Real' and 'BRS Requinte' × G2358) and five check genotypes were evaluated in three environments. The parents and lines were genotyped with 20 SSRs. In the simultaneous selection of the lines for the four evaluated traits, the gains from selection were 4.7% for Fe concentration, 2.8% for Zn concentration, 3.9% for yield, and 0.9% for 100-seed weight. Therefore, there is the possibility of selection of lines that combine desirable phenotypes for the traits of interest. The only polymorphic marker is BM 154 in the 'BRS Requinte' × 'Porto Real' population, indicating that the QTLs linked with the markers may already be fixed or that the markers are not associated in the used populations. The single-marker analysis of QTL mapping shows an association between BM 154 and Fe concentration in only one environment, explaining 14.5% of phenotypic variation, which indicates the occurrence of the interaction of QTLs with environments

Reaction of common bean genotypes to Heterodera glycines

The soybean cyst nematode (Heterodera glycines) may result in a significant economic impact on bean cultivation. This study aimed to evaluate the reaction of 55 common bean genotypes from the Embrapa Arroz e Feijão core collection to the race 3/HG type 0 of H. glycines. Among the genotypes evaluated, 34 were considered resistant to the cyst nematode, and, in addition to showing a lower population of females in the roots, also reduced the fecundity of H. glycines

BRS Ártico - Common bean cultivar with export-standard white grain

BRS Ártico is a common bean cultivar with white grains with international standard size (62 g per 100 seeds), appropriate for cultivation in the Central region of Brazil and the state of Paraná. The cycle is semi-early, the yield potential 2677 kg ha-1 and BRS Ártico has moderate resistance to rust and curtobacterium wilt

SNP discovery, reaction of the common bean to soybean rust, and pyramiding of resistance genes to Uromyces appendiculatus

Este trabalho apresenta resultados de pesquisas desenvolvidas no âmbito do Programa de Melhoramento do Feijoeiro conduzido na Universidade Federal de Viçosa (UFV), sendo este composto por seções ou subprojetos distintos. Desta forma, optou-se por redigi-lo na forma de artigos científicos, sendo um de revisão e quatro de resultados originais, os quais já foram ou serão submetidos para publicação em periódicos internacionais. Por esse motivo, decidiu-se por escrevê-los no idioma inglês, em congruência com as Normas de Redação de Teses e Dissertações da UFV. Os resumos de tais artigos contendo suas justificativas, seus objetivos e principais resultados são apresentados a seguir: 1) Identificação de SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms) no feijoeiro SNPs, diferenças de um único nucleotídeo ou pequenas inserções/deleções (indels) entre fragmentos homólogos de DNA, foram identificados no feijoeiro (Phaseolus vulgaris L.) por meio do re-sequenciamento de STSs (Sequence-Tagged Sites) gerados por primers desenhados para amplificar sequências shotgun e BAC-end de soja e regiões gênicas e microssatélites de feijão. Os fragmentos de DNA contendo SNPs foram identificados em produtos de PCR (bandas únicas de DNA) obtidos a partir de seis linhagens de feijão, três de origem Andina ( Jalo EEP558 , G19833 e AND 277 ) e três de origem Mesoamericana ( BAT93 , DOR 364 e Rudá ). O tamanho final do alinhamento das sequências de DNA obtidas foi de 134.653 pb, onde foram identificados 677 SNPs, incluindo 555 mudanças de base (295 transições e 260 transversões) e 122 indels. Verificou-se uma frequência de 5,16 SNPs/kb. A diversidade nucleotídica média expressa pelo coeficiente teta de Halushka foi de 0,00226. Este trabalho representa um esforço pioneiro para a identificação de SNPs no feijoeiro. 2) Resistência à ferrugem asiática da soja no feijoeiro A incidência da ferrugem asiática da soja (FAS), incitada pelo fungo Phakopsora pachyrhizi, tem sido constatada em cultivares de feijão. Neste trabalho, 44 acessos de feijoeiro foram testados para resistência ao P. pachyrhizi. Entre estes estavam incluídas fontes de resistência a diferentes doenças do feijoeiro, cultivares comerciais dos grupos carioca, preto e vermelho, e linhagens avançadas desenvolvidas pelo programa de melhoramento do BIOAGRO/UFV. Foram identificadas 14 fontes de resistência. PI181996 , Pérola e Redlands Pioneer apresentaram os menores graus médios de reação ao patógeno. A herança da resistência à FAS no acesso PI181996 foi estudada e os resultados indicam que esta característica é monogênica e dominante. 3) Melhoramento do feijoeiro para resistência à ferrugem no BIOAGRO/UFV, Brasil O feijoeiro é uma cultura de reconhecida importância social, nutricional e econômica. No entanto, quando comparada a outras espécies leguminosas de interesse agronômico, sua produtividade média ainda é considerada baixa. Um dos fatores que explicam esta situação é o grande número de doenças que acometem o feijoeiro e causam danos severos. Entre elas destaca-se a ferrugem, incitada pelo fungo Uromyces appendiculatus, o qual apresenta alta variabilidade. O controle da ferrugem por meio do uso de cultivares resistentes é uma estratégia viável, econômica e de fácil adoção, a ser usada de forma integrada às outras práticas. Neste trabalho são apresentadas importantes informações sobre a doença, além de relevantes iniciativas de melhoramento visando o desenvolvimento de cultivares resistentes à ferrugem no BIOAGRO/UFV. 4) Caracterização do gene de resistência à ferrugem presente na cultivar de feijoeiro Ouro Negro , a principal fonte de resistência usada no Brasil A identificação e caracterização de novas fontes de resistência (R) constituem etapas fundamentais para os programas de melhoramento que visam ao desenvolvimento de cultivares com resistência efetiva a patógenos. A cultivar Ouro Negro , de origem Mesoamericana, é a principal fonte de resistência à ferrugem utilizada no Brasil. No entanto, seu gene R (Ur-ON) ainda não foi completamente caracterizado em relação a outros já identificados. Neste trabalho, inicialmente, Ouro Negro e linhagens portadoras de genes R já caracterizados foram inoculadas com nove raças de U. appendiculatus. Além disso, o DNA de todas as linhagens de feijão foi analisado com marcadores moleculares ligados a Ur-ON, visando identificar evidências adicionais para a presença de alelos para esse lócus nas fontes R. Finalmente, foi testada a relação alélica entre Ur-ON e os genes de resistência à ferrugem presentes nas linhagens que foram resistentes a pelo menos uma das raças do patógeno. Testes de alelismo entre Ouro Negro e importantes fontes de resistência à ferrugem no Brasil, as quais possuem genes R não caracterizados, foram também realizados. Os resultados indicam que o gene de efeito principal que condiciona resistência ao U. appendiculatus na cultivar Ouro Negro é distinto daqueles com os quais ele foi comparado. 5) Melhoramento do feijoeiro assistido por marcadores moleculares visando à piramidação de genes de resistência à ferrugem A piramidação de genes R assistida por marcadores moleculares foi usada pelo programa de melhoramento do feijoeiro conduzido no BIOAGRO/UFV como uma estratégia para acelerar o desenvolvimento de linhagens com resistência durável e de amplo espectro à ferrugem. Os genes Ur-5 ( Mexico 309 ), Ur-11 ( BelMiDak RR-3 ) e Ur-ON ( Vi-4899 , linhagem do tipo carioca derivada do cruzamento Rudá × Ouro Negro ) foram combinados na cultivar Rudá , a qual possui grãos do tipo carioca. Foram obtidas linhagens apresentando todas as marcas moleculares associadas aos genes R, as quais confirmaram-se resistentes quando inoculadas com raças específicas de U. appendiculatus. Estas linhagens também foram resistentes em avaliações realizadas em condições de campo. Ensaios de rendimento demonstraram que as linhagens obtidas são tão produtivas quanto seu genitor recorrente ( Rudá ) e outras cultivares com grãos do tipo carioca atualmente plantadas no Brasil.The present work reports results from researches developed at the Common Bean Breeding Program of the Federal University of Viçosa (UFV). It is composed by distinct sectors or sub-projects. We have decided to write it in the format of scientific papers; one of them is a paper review and the other four articles are original reports. They either have been submitted or will be submitted for publication in international refereed journals. For this reason, we have decided to write them in English, according to the Thesis and Dissertations Writing Standards from UFV. Abstracts of these articles containing their justifications, objectives, and main results are presented below: 1) Single nucleotide polymorphisms (SNPs) discovery in the common bean - SNPs were discovered in common bean (Phaseolus vulgaris L.) via resequencing of sequence-tagged sites (STSs) developed by PCR primers designed to soybean shotgun and BAC-end sequences, and to common bean genes and microsatellite flanking regions. DNA fragments harboring SNPs were identified in single amplicons from six contrasting P. vulgaris genotypes of the Andean ('Jalo EEP558', 'G19833', and 'AND277') and Mesoamerican ('BAT 93', 'DOR 364', and 'Rudá') gene pools. In the 131,120 bp of aligned sequence, a total of 677 SNPs were identified, including 555 single-base changes (295 transitions and 260 transversions) and 122 small nucleotide insertions/deletions (indels). The frequency of SNPs was 5.16 SNPs/Kb and the mean nucleotide diversity expressed as Halushka's theta was 0.00226. This work represents one of the pioneer efforts aiming to detect SNPs in P. vulgaris. 2) Resistance to soybean rust in the common bean - Soybean rust (SBR) incited by Phakopsora pachyrhizi has been reported in common bean cultivars. In this work a set of 44 P. vulgaris genotypes were tested for resistance to P. pachyrhizi including resistance sources to several fungal common bean diseases, carioca-type, black-type and red-type Brazilian commercial cultivars, and advanced lines developed by the BIOAGRO/UFV breeding program. Fourteen resistance sources to P. pachyrhizi were identified. 'PI 181996', 'Pérola', and 'Redlands Pioneer' presented the lowest mean scores of disease reaction. The inheritance of SBR resistance in 'PI181996' was studied and the results support the hypothesis that this resistance is monogenic and dominant. 3) Breeding for common bean rust resistance in the BIOAGRO/UFV, Brazil - Common bean is an economically, nutritionally, and socially important crop. Unfortunately, compared to other important grain legumes common bean yields are quite low. One of the several factors contributing to this situation is the high number of destructive diseases that attack P. vulgaris and cause serious damage to the crop. Among them is bean rust, incited by the highly variable fungus Uromyces appendiculatus. Bean rust control by plant resistance isan easy and economical strategy to be used in association to other rust management practices. This review presents an overview about the bean rust and reports some breeding initiatives aiming at the development of rust resistant cultivars in the BIOAGRO/UFV. 4) Characterization of the rust resistance gene present in the common bean cultivar 'Ouro Negro', the main rust resistance source used in Brazil - Identification and characterization of new resistance sources are basic steps for plant breeding programs aiming to develop modern cultivars with effective resistance to pathogens. The Mesoamerican black seeded common bean cultivar 'Ouro Negro' is the main rust resistance (RR) source used in Brazil, but its resistance gene (Ur-ON) has not been fully characterized yet. Here we have compared the RR spectrum presented by Ouro Negro with those of other bean lines harboring known RR genes when inoculated with nine races of U. appendiculatus. In addition, all bean lines were screened with molecular markers linked to Ur-ON aiming to identify additional evidence for the presence of alleles for this locus in the screened RR sources. Finally, we tested the allelic relationships of Ur-ON with already characterized RR genes from lines resistant to at least one race of the pathogen. We also accomplished allelism tests between 'Ouro Negro' and important RR sources in Brazil harboring unnamed RR genes. The results showed that the major dominant gene conditioning RR in 'Ouro Negro' is positioned at a locus distinct from those with which it was compared. 5) DNA marker-assisted breeding aiming rust resistance gene pyramiding in the common bean - In our common bean breeding program we used a gene pyramiding approach assisted by DNA markers aiming to develop bean lines with durable and ample resistance spectrum to rust. The RR genes Ur-5 (from 'Mexico 309'), Ur-11 (from 'BelMiDak RR-3'), and Ur-ON (from 'Vi-4899', a carioca seeded line derived from the cross 'Rudá' × 'Ouro Negro') were combined in the carioca-type bean cultivar 'Rudá'. Carioca seeded beans are the most consumed in the Brazilian market. We were able to select lines presenting all the DNA markers associated to the genes of interest and resistant to all of the specific isolates of U. appendiculatus which were tested. They were also resistant under field conditions. Yield evaluations show that these selected lines are as productive as the recurrent parent 'Rudá' and other high performance cultivars currently grown in Brazil.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológic