O fósforo (P) é um elemento essencial para todas as formas de vida do nosso planeta e desempenha papel crucial na agricultura mundial. Porém, a sua escassez irá aumentar nas próximas décadas. A população mundial atingiu 7,3 bilhões de pessoas e está projetada para alcançar 9 bilhões até 2050. Para sustentar essa população crescente será necessário que a agricultura mundial triplique a produção de alimentos nos próximos 35 anos. A eficiência de utilização de P é definida como o aumento da quantidade de biomassa ou produto de interesse econômico (grãos, frutas, fibras ou etanol) produzido por unidade de P absorvido. O uso de plantas com alta eficiência de utilização de nutrientes pode representar o alicerce na construção de uma agricultura com alta produtividade, reduzido custo de produção e baixo impacto ambiental. A hipótese testada nesse trabalho foi de que existe variação genotípica entre as cultivares comerciais de arroz e feijão e que é possível identificar características nas plantas ligadas com maior eficiência de absorção e utilização de P. O objetivo deste trabalho foi identificar cultivares de arroz e feijão mais eficientes em absorver e utilizar P e características das plantas ligadas com a sua maior eficiência de utilização. Foi realizado um conjunto de experimentos de casa de vegetação e campo afim de verificar a variabilidade existente entre 16 e 19 cultivares de arroz e feijão, respectivamente, em alta e baixa disponibilidade de P no solo. As características anatômicas radiculares de um grupo de genótipos de feijão foram avaliadas através de experimentos realizados nos Estados Unidos. Os resultados mostraram que existe variação significativa entre as cultivares para a maioria das características analisadas. Foi observada substancial variação genotípica entre as cultivares de feijão para número de espirais de raízes basais (NERB) e número de raízes basais (NRB) (P <0.01). As cultivares de arroz com resultados similares de matéria seca da parte aérea no alto P variaram significativamente no baixo P. A eficiência de utilização do P pelas cultivares de arroz aumentou no baixo P. Os resultados das características radiculares anatômicas de feijão confirmaram que a estiolação da raiz basal melhora a capacidade das plantas de suportar o stress causado pela baixa disponibilidade de P no solo. A conclusão do trabalho foi de que realmente existe variação genética entre as cultivares de arroz e feijão para eficiência de absorção e utilização de P, e foi possível identificar materiais mais eficientes em absorver e utilizar P sob baixa disponibilidade de P no solo. / The phosphorus (P) is an essential element for all life forms on our planet and plays a crucial role in world agriculture. However, its scarcity will increase in next decades. The world population has reached 7.3 billions people and is projected for 9 billions by 2050. To support this growing population, global agriculture will have to triplicate food production in the next 35 years. The P utilization efficiency is defined as the increased amount of biomass or a product of economic interest (fruit, grains, fibers and ethanol) obtained per unit of absorbed P. The use of high nutrient efficient plants may represent the foundation in building agriculture with high productivity, reduced production costs and low environmental impact. The hypothesis tested in this study was that there is genetic variation among the commercial cultivars of rice and common beans and it is possible to identify plant traits linked with increased P uptake and utilization efficiency. The aim of this study was to identify more P efficient rice and beans cultivars and identify plant traits that may be linked with increased P use efficiency. We carried out a set of experiments (greenhouse and field) in order to check the genetic variability among 16 and 19 rice and bean cultivars, respectively, in high and low soil P availability. The root anatomical traits of a group of bean genotypes were evaluated through experiments conducted in the United States. The results from the experiments showed that there was significant variation among cultivars for most of evaluated traits. We observed substantial genotypic variation among the bean cultivar for basal root whorl number and basal root number. Rice cultivars were similar to shoot production in high P availability, however varied among them in low P availability. The rice and bean cultivars P use efficiency increased in low P. The results of bean anatomic root traits confirmed the hypothesis that basal root etiolation improves bean plants growth under P limiting conditions by increasing P acquisition. The genetic variation for P use efficiency among rice and bean cultivars was confirmed.

O fósforo (P) é um elemento essencial para todas as formas de vida do nosso planeta e desempenha papel crucial na agricultura mundial. Porém, a sua escassez irá aumentar nas próximas décadas. A população mundial atingiu 7,3 bilhões de pessoas e está projetada para alcançar 9 bilhões até 2050. Para sustentar essa população crescente será necessário que a agricultura mundial triplique a produção de alimentos nos próximos 35 anos. A eficiência de utilização de P é definida como o aumento da quantidade de biomassa ou produto de interesse econômico (grãos, frutas, fibras ou etanol) produzido por unidade de P absorvido. O uso de plantas com alta eficiência de utilização de nutrientes pode representar o alicerce na construção de uma agricultura com alta produtividade, reduzido custo de produção e baixo impacto ambiental. A hipótese testada nesse trabalho foi de que existe variação genotípica entre as cultivares comerciais de arroz e feijão e que é possível identificar características nas plantas ligadas com maior eficiência de absorção e utilização de P. O objetivo deste trabalho foi identificar cultivares de arroz e feijão mais eficientes em absorver e utilizar P e características das plantas ligadas com a sua maior eficiência de utilização. Foi realizado um conjunto de experimentos de casa de vegetação e campo afim de verificar a variabilidade existente entre 16 e 19 cultivares de arroz e feijão, respectivamente, em alta e baixa disponibilidade de P no solo. As características anatômicas radiculares de um grupo de genótipos de feijão foram avaliadas através de experimentos realizados nos Estados Unidos. Os resultados mostraram que existe variação significativa entre as cultivares para a maioria das características analisadas. Foi observada substancial variação genotípica entre as cultivares de feijão para número de espirais de raízes basais (NERB) e número de raízes basais (NRB) (P <0.01). As cultivares de arroz com resultados similares de matéria seca da parte aérea no alto P variaram significativamente no baixo P. A eficiência de utilização do P pelas cultivares de arroz aumentou no baixo P. Os resultados das características radiculares anatômicas de feijão confirmaram que a estiolação da raiz basal melhora a capacidade das plantas de suportar o stress causado pela baixa disponibilidade de P no solo. A conclusão do trabalho foi de que realmente existe variação genética entre as cultivares de arroz e feijão para eficiência de absorção e utilização de P, e foi possível identificar materiais mais eficientes em absorver e utilizar P sob baixa disponibilidade de P no solo. / The phosphorus (P) is an essential element for all life forms on our planet and plays a crucial role in world agriculture. However, its scarcity will increase in next decades. The world population has reached 7.3 billions people and is projected for 9 billions by 2050. To support this growing population, global agriculture will have to triplicate food production in the next 35 years. The P utilization efficiency is defined as the increased amount of biomass or a product of economic interest (fruit, grains, fibers and ethanol) obtained per unit of absorbed P. The use of high nutrient efficient plants may represent the foundation in building agriculture with high productivity, reduced production costs and low environmental impact. The hypothesis tested in this study was that there is genetic variation among the commercial cultivars of rice and common beans and it is possible to identify plant traits linked with increased P uptake and utilization efficiency. The aim of this study was to identify more P efficient rice and beans cultivars and identify plant traits that may be linked with increased P use efficiency. We carried out a set of experiments (greenhouse and field) in order to check the genetic variability among 16 and 19 rice and bean cultivars, respectively, in high and low soil P availability. The root anatomical traits of a group of bean genotypes were evaluated through experiments conducted in the United States. The results from the experiments showed that there was significant variation among cultivars for most of evaluated traits. We observed substantial genotypic variation among the bean cultivar for basal root whorl number and basal root number. Rice cultivars were similar to shoot production in high P availability, however varied among them in low P availability. The rice and bean cultivars P use efficiency increased in low P. The results of bean anatomic root traits confirmed the hypothesis that basal root etiolation improves bean plants growth under P limiting conditions by increasing P acquisition. The genetic variation for P use efficiency among rice and bean cultivars was confirmed.

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O genitor 6 foi o que apresentou a maior estimativa do efeito da CGC, com alelos favoráveis ao incremento de peso de espiga e peso de grão. Para estas mesmas características, levando em consideração a CEC, a hibridação envolvendo os genitores 1x2 promoveu aumento no ambiente 1, e a hibridação envolvendo os genitores 4x8 promoveu redução considerável destas características. A ação do ambiente interferiu na expressão da maioria dos caracteres, indicando a necessidade de conhecer os fatores genéticos e ambientais na composição de novos híbridos de milho. Para mapeamento de QTLs foi utilizado 73 linhas de introgressão provenientes do cruzamento entre B73 e Gaspé Flint seguido de retrocruzamento, esta população foi avaliada em duas condições hídricas de campo principalmente para arquitetura do sistema radicular, bem como, caracteres morfológicos e componentes do rendimento em Ravenna, Itália. Com a genotipagem das linhas pôde-se confeccionar um mapa no qual representa 80% do genoma do Gaspé Flint introgredido em B73 contendo 329 bins independentes. A utilização do software REST para quantificar as variáveis do sistema radicular em raízes de milho em condições de campo foi eficaz, rápida e precisa. A análise de QTLs indica 35 possíveis regiões principalmente nos cromossomos 1, 2 e 4 para as características de raiz, levando em consideração todas as 31 características, foram encontrados 132 possíveis QTLs distribuídos por todos os cromossomos. Para a condição de estresse hídrico observa- se que raízes que apresentam ângulo aberto, grandes áreas e peso seco sendo superficiais, reduzem o rendimento de grãos. / The understanding about general-GCA and specific-SCC combining ability are key to identify the best combinations in an elite lineage group of a maize breeding program. In order to identify these relationships, a group comprising 10 lineages crossed with each other in a diallel design, including the reciprocal crosses, totalling 90 hybrids, were used. The hybrids were tested in three different environments, Pato Branco-PR, Campos Novos-SC and Frederico Westphalen-RS, representing the Southern Region of Brazil in the agricultural harvest of 2012/2013. For hybrid variance, additive were more important than non-additive effects. Parent 6 showed the highest estimated effect of GCA, with favorable alleles for increments of ear and grain weight. For these same traits, taking into account the SCC, the hybridization involving 1x2 parents promotes an increase in the environment 1. On the other hand, the hybridization involving 4x8 parents promotes a pronounced reduction of these traits. The expression of most traits analyzed were affected by environmental action and it indicates that the understanding of genetic and environmental factors is necessary for the development of new maize hybrids. For QTL mapping, 73 introgressed lines from the crossing between B73 and Gaspé Flint followed by backcross were used and evaluated under two field water regimes. The major traits analyzed were root architecture, plant morphological traits and yield components. Based in the genotyping analysis of the lines, it was possible to obtain a map in which 80% of the Gaspé Flint genome is introgressed in B73 comprising 329 independent bins. The software REST was employed to quantify the variables of the maize root system under field conditions and it was effective, fast and accurate. The QTL analyses indicate 25 probable regions mainly in the chromossomes 1, 2 and 4 for the root traits. Taking into account all of the 31 traits, 90 probable QTLs, distributed in all chromossomes, were found. For watering stress condition, it was possible to observe that roots with open angle, bigger area and dry mass, as well as superficial, reduces grain yield.