Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Biologia Celular, 2008. / Submitted by Kathryn Cardim Araujo (kathryn.cardim@gmail.com) on 2009-09-22T18:53:56Z No. of bitstreams: 1 Dissert_Carolina Paola Sansaloni.pdf: 1344496 bytes, checksum: a9eae5d22eaec31835f3534662d4075c (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2009-12-12T14:56:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissert_Carolina Paola Sansaloni.pdf: 1344496 bytes, checksum: a9eae5d22eaec31835f3534662d4075c (MD5) / Made available in DSpace on 2009-12-12T14:56:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissert_Carolina Paola Sansaloni.pdf: 1344496 bytes, checksum: a9eae5d22eaec31835f3534662d4075c (MD5) Previous issue date: 2008-02 / Marcadores microssatélites permitem o gerenciamento de variabilidade genética, proteção varietal e identificação individual em populações de melhoramento e produção de Eucalyptus. A análise de locos microssatélites em sistemas “multiplex” (i.e. vários locos analisados simultaneamente) vem sendo realizada tradicionalmente com microssatélites dinucleotídeos cujos alelos diferem em apenas dois pares de bases. Entretanto o padrão de qualidade recomendado internacionalmente para a investigação genética forense estabeleceu a utilização exclusiva de microssatélites baseados em repetições de tetra ou pentanucleotídeos. A maior diferença de tamanho entre os alelos e a minimização de artefatos de amplificação permitem uma interpretação significativamente mais robusta de genótipos em comparação a dinucleotídeos e conseqüentemente uma fácil e confiável comparação de perfis genotípicos entre laboratórios. O objetivo deste trabalho foi, portanto, o desenvolvimento, caracterização e mapeamento genético de uma nova categoria de microssatélites para espécies de Eucalyptus, baseados em repetições de tetra e pentanucleotídeos. Um banco de dados de 18.510 mil seqüências genômicas derivadas de clones de cromossomos artificiais de bactérias (BAC) de E. grandis totalizando 9,6 mega pares de bases foram mineradas para repetições de tetra e pentanucleotídeos e pares de iniciadores desenhados automaticamente para flanquear repetições totalizando dez ou mais pb. Dos 304 e 196 pares de iniciadores desenhados para a amplificação de locos tetra e pentanucleotídeos perfeitos, respectivamente, foram selecionados 80 locos de tetra e 30 de pentanucleotídeos para estudos detalhados. Após uma triagem em eletroforese de alta resolução foram selecionados 22 locos tetra e 10 pentanucleotídeos os quais foram geneticamente mapeados e caracterizados para número de alelos, heterozigosidade esperada (He) e observada (Ho), probabilidade de identidade (PI), probabilidade de exclusão de paternidade (PE) e conteúdo de informação polimórfica (PIC) em amostras populacionais de seis procedências das três principais espécies plantadas de Eucalyptus no mundo (E. grandis, E. globulus e E. urophylla). Os locos tetra e pentanucleotídeos selecionados revelaram um conteúdo informativo inferior àquele de dinucleotídeos, embora adequado para discriminar indivíduos e determinar parentesco com elevada precisão. Ao avaliar a capacidade efetiva de discriminação individual em um grupo de 46 clones elite plantados comercialmente 5 locos tetra ou pentanucleotídeos foram suficientes para identificar unicamente todos os clones. A herança mendeliana de todos os 32 locos selecionados foi confirmada. Destes, 23 locos apresentaram uma configuração de segregação que permitiu o seu mapeamento genético em 8 dos 11 grupos de ligação com base em mapas de referência de duas famílias de E. grandis x E. urophylla. Dois sistemas multiplex, cada um com 7 locos selecionados foram testados com sucesso disponibilizando assim os primeiros sistemas de análise genética de alta precisão para espécies de Eucalyptus, passíveis de adoção em escala internacional para a análise genética de clones e populações. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Microsatellite markers allow the management of genetic variation, varietal protection and individual identification in breeding and production populations of Eucalyptus. The analysis of microsatellite markers in multiplexed systems has been traditionally accomplished using dinucleotide repeat based loci whose alleles differ by only two base pairs. However the golden standard recommended for individual identification in forensic genetics requires the exclusive use of microsatellites based on equal or higher than tetranucleotide repeats. The larger difference in allele size and the reduction in amplification stuttering artifacts allows a significantly more robust genotype calling and thus an easier and more reliable comparison of multilocus genotypes across laboratories. The objective of this work was, therefore, the development, characterization and mapping of a novel category of microsatellites for Eucalyptus species, based on tetra and pentanucleotide repeats. A database of 18,510 sequences derived from Bacterial Artificial Chromosomes (BAC) clones of E. grandis totalling 9.6 mega basepairs of high quality sequence was mined for tetra and pentanucleotide repeats and primers designed automatically to flank repeats equal or larger than 10 bp. Out of the 304 and 196 primer pairs designed for perfect tetra and pentanucleotide repeats respectively, 80 tetranucleotide and 30 pentanucleotide based loci were selected for detailed studies Following a screening step for polymorphism in high resolution PAGE, 22 tetra and 10 pentanucleotide repeat based loci were selected and genetically mapped and characterized for numbers of alleles, observed and expected heterozigosity, probability of identity (PI), probability of paternity exclusion (PE) and polymorphism information content in population samples of six provenances of the three most widely planted species of the genus (E. grandis, E. globulus e E. urophylla). The tetra and pentanucleotide repeat loci showed a lower information content when compared to dinucleotide repeat markers however fully adequate to discriminate individuals and determine parentage with confidence. When assessing the actual discrimination power on a gruoup of 46 commercially planted Eucalyptus clones, five tetra or pentanucleotide markers were sufficient to uniquely identify all the clones. The mendelian inheritance of all 32 selected loci was confirmed. Twenty three displayed a segregation configuration that allowed genetically mapping them on 8 of the 11 linkage groups using two reference maps of E. grandis x E. urophylla. Two multiplex systems, with 7 loci each were successfully tested introducing the first high precision systems of genetic analysis for species of Eucalyptus, likely to be internationally adopted for the genetic analysis of clones and populations.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Departamento de Biologia Celular, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2017. / Submitted by Patrícia Nunes da Silva (patricia@bce.unb.br) on 2018-05-04T16:36:40Z No. of bitstreams: 1 2017_BárbaraMüllerSalomãodeFaria.pdf: 7857359 bytes, checksum: 1add6e6244a6621a34c2191694ccfd8b (MD5) / Approved for entry into archive by Patrícia Nunes da Silva (patricia@bce.unb.br) on 2018-05-04T16:43:45Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_BárbaraMüllerSalomãodeFaria.pdf: 7857359 bytes, checksum: 1add6e6244a6621a34c2191694ccfd8b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-04T16:43:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_BárbaraMüllerSalomãodeFaria.pdf: 7857359 bytes, checksum: 1add6e6244a6621a34c2191694ccfd8b (MD5) / Esta tese de doutorado apresenta resultados de pesquisa em seleção genômica ampla (GS) e estudos de associação genômica ampla (GWAS) em seis populações de melhoramento de Eucalyptus, com o objetivo de avaliar o potencial destas abordagens em explicar a herdabilidade, detectar associações significativas e predizer fenótipos de características de crescimento. No primeiro capítulo foram comparadas as abordagens de predição genômica e associação genômica ampla para características de crescimento em populações de melhoramento de Eucalyptus benthamii ( = 505) e Eucalyptus pellita ( = 732). Ambas as espécies são de crescente interesse comercial para o desenvolvimento de germoplasma adaptado a estresses ambientais. A capacidade preditiva atingiu 0,16 em E. benthamii e 0,44 em E. pellita para crescimento em diâmetro. As capacidades preditivas usando BLUP genômico ou diferentes métodos Bayesianos atingiram resultados semelhantes, indicando que as características de crescimento se ajustam adequadamente ao modelo infinitesimal. Nenhuma diferença foi detectada na capacidade preditiva quando diferentes conjuntos de SNPs foram utilizados, com base na posição (equidistantes no genoma, dentro de genes, podados considerando o desequilíbrio de ligação ou em cromossomos individuais), desde que o número total de SNPs utilizados fosse superior a 5.000. As capacidades preditivas obtidas pela remoção de parentesco entre as populações de treinamento e validação caíram para quase zero em E. benthamii e foram reduzidas pela metade em E. pellita. Esses resultados corroboram a visão atual de que o parentesco é o principal motor da predição genômica, embora algum desequilíbrio de ligação histórico provavelmente tenha sido capturado para E. pellita. Um estudo de associação genômica identificou apenas uma associação significativa para volume em E. pellita, ilustrando o fato de que, embora a predição genômica seja capaz de explicar grandes proporções da herdabilidade, muito pouco ou quase nada é capturado em associações significativas usando a abordagem de GWAS nas populações de melhoramento do tamanho avaliado neste estudo. Este estudo forneceu dados experimentais adicionais que indicam perspectivas positivas de usar dados genômicos para capturar grandes proporções de herdabilidade e predizer características de crescimento em espécies florestais com acurácias iguais ou melhores do que aquelas capturadas pela seleção fenotípica convencional. Adicionalmente, esses resultados documentaram a superioridade da abordagem de GS na capacidade de capturar grandes proporções da variância genética para crescimento, em comparação com o valor limitado da abordagem de GWAS ao se considerar aplicações no melhoramento operacional. A maioria dos estudos de GWAS em plantas, no entanto, assim como este descrito acima, tem sofrido com um poder estatístico limitado, especialmente para características complexas. Tamanhos amostrais maiores são necessários no sentido de aumentar a capacidade de detecção de variantes, especialmente aquelas de baixa frequência e de pequeno efeito. Devido aos desafios logísticos e altos custos para aumentar o tamanho das populações em estudos de associação, uma alternativa tem sido a implementação de Joint-GWAS, utilizando informações combinadas de populações independentes. Joint-GWAS utiliza diferentes abordagens estatísticas para combinar os resultados de múltiplos estudos em um esforço para aumentar o poder de detecção em relação a estudos individuais, melhorar as estimativas do tamanho dos efeitos e/ou resolver a incerteza quando resultados dos estudos individuais não concordam. No segundo capítulo desta tese de doutorado foi realizado um estudo de associação genômica ampla utilizando dados de quatro populações independentes para características de crescimento, montando assim uma população de associação consideravelmente maior do que estudos anteriores em espécies florestais. Dados de um total de 3.373 árvores de quatro populações híbridas de Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla não relacionadas, cada uma delas com 758 a 979 indivíduos, foram utilizados. Estas populações haviam sido genotipadas com uma plataforma de SNP comum desenvolvida para Eucalyptus permitindo assim a implementação de Joint-GWAS. O impacto da correção para estrutura de população e/ou parentesco sobre a capacidade de detecção de associações significativas foi explorado utilizando seis modelos estatísticos com base na análise de SNPs individuais. Uma redução drástica no número de associações significativas foi observada ao se adotar correções mais rigorosas. Foi avaliado ainda o desempenho de diferentes abordagens de mapeamento de associação utilizando segmentos genômicos contendo vários SNPs em contrates com SNPs individuais. A abordagem de mapeamento de herdabilidades regionais, nas quatro populações analisadas de forma independente, identificou regiões genômicas que explicaram individualmente 3-13% da herdabilidade genômica. Variantes raras foram detectadas usando abordagens de Joint-GWAS baseadas em conjuntos de SNPs dentro de genes e em segmentos específicos. Associações foram detectadas em genes relacionados à biossíntese da parede celular e resistência à doença, sugerindo potenciais efeitos pleiotrópicos no crescimento da árvore. De maneira geral, o aumento do tamanho amostral e a aplicação de diferentes abordagens de análise combinada de populações ainda revelaram um número limitado de associações, corroborando a complexidade de características de crescimento e a provável participação de um grande número de variantes de pequeno efeito de difícil detecção no controle de crescimento. Entretanto, estes resultados indicam ainda que à medida que mais programas de melhoramento de Eucalyptus adotarem genômica para predizer fenótipos com base em uma plataforma SNP comum, conjuntos de dados cada vez maiores ficarão disponíveis e Joint-GWAS como descrito neste estudo de forma inédita em espécies florestais, será capaz de contribuir para a identificação de SNPs ou segmentos genômicos que controlam proporções relevantes da herdabilidade. / This doctoral thesis presents results of research in genomic selection (GS) and genome-wide associations studies (GWAS) in six Eucalyptus breeding populations, with the objective of evaluating the potential of these approaches in explaining heritability, detecting significant associations and predicting phenotypes of growth traits. In the first chapter, genomic prediction approaches and association studies for growth traits in Eucalyptus benthamii ( = 505) and Eucalyptus pellita ( = 732) breeding populations were compared. Both species are of increasing commercial interest for the development of germplasm adapted to environmental stresses. Predictive ability reached 0.16 in E. benthamii and 0.44 in E. pellita for diameter growth. Predictive abilities using either Genomic BLUP or different Bayesian methods reached similar results, indicating that growth adequately fits the infinitesimal model. No difference was detected in predictive ability when different sets of SNPs were utilized, based on position (equidistantly genome-wide, inside genes, linkage disequilibrium pruned or on single chromosomes), as long as the total number of SNPs used was above ~5,000. Predictive abilities obtained by removing relatedness between training and validation sets fell near zero for E. benthamii and were halved for E. pellita. These results corroborate the current view that relatedness is the main driver of genomic prediction, although some historical linkage disequilibrium was likely captured for E. pellita. A genome-wide association study identified only one significant association for volume growth in E. pellita, illustrating the fact that while genome-wide regression is able to account for large proportions of the heritability, very little or none is captured into significant associations using GWAS in breeding populations of the size evaluated in this study. This study provided further experimental data supporting positive prospects of using genome-wide information to capture large proportions of trait heritability and predict growth traits in trees with accuracies equal or better than those attainable by phenotypic selection. Additionally, our results documented the superiority of the wholegenome regression approach in accounting for large proportions of the heritability of complex traits, such as growth, in contrast to the limited value of the local GWAS approach toward breeding applications. Most GWAS in plants, like the one described above, have suffered from limited statistical power especially for complex traits. Larger sample sizes are needed to enhance the ability to identify variants, especially those of low-frequency and small effect. Due to the challenges and high costs of increasing sample size in GWAS, an alternative has been to implement Joint-GWAS, using the combined information from independent populations. Joint-GWAS use different statistical approaches to combine the results from multiple studies in an effort to increase detection power over individual studies, improve estimates of the size of the effect and/or to resolve uncertainty when reports from individual studies disagree. In the second chapter of this doctoral thesis, a GWAS for growth traits was performed by assembling a considerably larger association population than any previous GWAS in forest trees. Data for a total of 3,373 trees across four unrelated Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla hybrid breeding populations, with samples sizes varying between 758 and 979 individuals, were used. These populations had been genotyped with a common SNP platform for Eucalyptus species, thus allowing a Joint-GWAS implementation. The impact of correcting for population structure and/or relatedness on the detection of significant associations was explored using six single-SNP GWAS models. A drastic reduction in the number of significant associations detected was observed when more stringent correction was adopted. We also evaluated the performance of different segment-based GWAS approaches involving several SNPs simultaneously in comparison to single-SNP analyses. Regional heritability mapping, in these four populations independently, pinpointed genomic regions that individually explained 3-13% of the genomic heritability. Rare variants were detected using gene and region-based Joint-GWAS approaches. Associations were detected into genes related to cell wall biosynthesis and disease resistance, suggesting potential pleiotropic effects on tree growth. In general, the increase in sample size and the application of different approaches of Joint-GWAS still revealed a limited number of associations, corroborating the complexity of growth traits and the likely participation of a large number of variants of small effect of difficult detection in the control of growth traits. However, these results further indicate that as more Eucalyptus breeding programs adopt genomics to predict phenotypes based on a common SNP platform, increasing datasets will be available and Joint-GWAS as described in this study for the first time in forest trees, will be able to contribute to the identification of SNPs or genomic segments controlling relevant portions of trait heritability.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Departamento de Biologia Celular, 2012. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2013-06-24T14:51:11Z No. of bitstreams: 1 2012_CarolinaPaolaSansaloni.pdf: 5318992 bytes, checksum: dde47187b1abc046f14521cb2bd0972f (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2013-06-24T15:28:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_CarolinaPaolaSansaloni.pdf: 5318992 bytes, checksum: dde47187b1abc046f14521cb2bd0972f (MD5) / Made available in DSpace on 2013-06-24T15:28:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_CarolinaPaolaSansaloni.pdf: 5318992 bytes, checksum: dde47187b1abc046f14521cb2bd0972f (MD5) / Espécies de Eucalyptus tem sido utilizadas com sucesso para plantios florestais devido ao seu rápido crescimento, sua capacidade de adaptação às diversas condições edafo-climáticas e pelo seu potencial econômico na produção de energia, fibra e madeira sólida, reduzindo assim a pressão sobre as florestas tropicais e a biodiversidade associada. Marcadores moleculares tais como RAPD, AFLP, microssatélites, e mais recentemente SFP e SNPs têm contribuído para a caracterização e conservação dos recursos genéticos do gênero Eucalyptus, auxiliando também na compreensão da evolução do gênero, além de permitir a construção de mapas de ligação e identificação de QTLs (Quantitative trait loci). Entretanto, estas técnicas são lentas, laboriosas, apresentam limitações de cobertura genômica e envolvem custos elevados para a análise de muitos indivíduos. Diversity Arrays Technology (DArT) é um método baseado em hibridização que permite genotipar centenas a milhares de marcadores num simples ensaio. Esta tecnologia gera um perfil genômico com um alto rendimento e um grande poder de transferibilidade entre espécies. Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento da primeira plataforma de genotipagem de alto desempenho de marcadores DArTs em microarranjo para o gênero Eucalyptus, e demonstrada sua eficiência em estudos de diversidade genética, filogenia e mapeamento genético. Foram desenvolvidas 18 bibliotecas genômicas de complexidade reduzida a partir de 64 espécies diferentes do gênero. Um total de 23.808 fragmentos de DNA foram avaliados para revelação de polimorfismos DArT, e 13.300 (56%) destes declarados polimórficos entre um painel de triagem composto por 284 indivíduos. Destes, 7.680 marcadores foram selecionados para a construção de um microarranjo de genotipagem para uso em rotina. Em um estudo de diversidade intra-específica, 4.752 marcadores foram polimórficos e 5.013 mostraram segregação mendeliana em seis populações segregantes não relacionadas, com uma média de 2.211 marcadores polimórficos por população. Na etapa seguinte do trabalho, foi otimizada a tecnologia de genotipagem por sequenciamento DArT-seq para a construção de um mapa genético de alta densidade para uma população segregante do cruzamento entre árvores elite de E. grandis (BRASUZ1 x M4D31). A população foi genotipada com o microarranjo DArT e com a técnica DArTseq. Enquanto o microarranjo DArT forneceu 1.088 marcadores, a genotipagem DArT-seq forneceu 2.449. No total, um mapa de ligação integrado por 564 marcadores DArT, 1.930 marcadores DArTseq e 29 microssatélites foi construído. Além destes marcadores, mais de 1.500 SNPs derivados da metodologia DArT-seq foram obtidos proporcionando uma vantagem adicional pela inclusão de marcadores co-dominantes no mapa. O desenvolvimento de metodologias de genotipagem por sequenciamento (GbS) via enzimas de restrição como DArT-seq ou captura com sondas, representa uma aplicação adicional das tecnologias de "next generation sequencing" além do sequenciamento, 2 potencializando a análise genética com marcadores moleculares. A combinação do elevado número de marcadores, baixo custo, metodologia relativamente accessível e uso de reagentes universais, aponta para um uso crescente de GbS nos próximos anos nas mais diversas aplicações em estudos de genética de populações, investigações evolutivas e em apoio ao melhoramento acelerando e aumentando a precisão da seleção direcional de características multifatoriais complexas. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Species of Eucalyptus have been successfully used for forest plantations due to its rapid growth, its ability to adapt to various soil and climatic conditions and its economic use in energy, fiber and solid wood, reducing pressure on tropical forests and associated biodiversity. Molecular markers such as RAPD, AFLP, microsatellites, and more recently SFP and SNPs have contributed to the characterization and conservation of genetic resources of the genus, to the understanding of the evolution of the genus, and allowing the construction of linkage and QTLs maps. However, these techniques are slow, laborious, provide limited genome coverage and are costly for the analysis of large sample sizes. Diversity Arrays Technology (DArT) is a hybridization-based method that allows genotyping hundreds to thousands of markers in a single assay. This technology generates a genomic profile with high throughput and transferability between species. This study presents the development of the first high throughput genotyping platform for species of Eucalyptus based on a DArT microarray and demonstrates its use for diversity, phylogeny and mapping studies. A total of 18 reduced representation genomic libraries from 64 different species of the genus were developed. A total of 23,808 DNA fragments were screened for polymorphism and 13,300 (56%) of them declared polymorphic in a panel of 284 individuals. Out of these, 7,680 markers were selected to populate a routine DArT genotyping microarray. In an inter-specific diversity study, 4,752 were deemed polymorphic while 5,013 showed Mendelian segregation when assessed in six inter-specific mapping pedigrees, with an average of 2,211 polymorphic markers per pedigree. The subsequent step of the study, involved the optimization of the genotyping-by-sequencing technology called DArT-seq to construct a high density genetic map for a segregating population derived from the E. grandis elite trees (BRASUZ1 x M4D31). The population was genotyped both with the DArT microarray and with DArT-seq. While the DArT microarray yielded 1,088 markers, the DArT-seq method supplied 2,449 markers. In total, an integrated linkage map with 564 DArT markers, 1,930 DArT-NGS markers and 29 microsatellites was built. Besides these mapped markers, an additional set of over 1,500 SNPs derived from DArT-seq were scored providing an additional advantage by the inclusion of co-dominant markers on the map. The development of genotyping by sequencing (GBS) 3 methods via restriction enzymes as DART-seq or capture probes, represents a further application of the technologies of "next generation sequencing" beyond sequencing, empowering the genetic analysis with molecular markers. The combination of the large number of markers, low cost, relatively accessible methodology and use of universal reagents, points to an increased use of GBS in the coming years in several applications in studies of population genetics, evolutionary investigations and in support to plant breeding accelerating and increasing accuracy of directional selection for complex multi-factorial traits.

Orientador: Evandro Vagner Tambarussi / Coorientador: Cristiano Bueno de Moraes / Banca: Mario Luiz Teixeira de Moraes / Banca: Bruno Cesar Rossini / Banca: Paulo Henrique Muller da Silva / Banca: Odair Bison / Resumo: No Brasil, em 2016, havia 7,84 milhões de hectares plantados com árvores, sendo 14% desta relativa ao segmento de carvão vegetal e siderurgia. O país está entre os maiores produtores de carvão vegetal do mundo. Existem mais de 120 indústrias que utilizam carvão vegetal no processo de produção de ferro-gusa, de ferro-ligas e de aço, os principais polos de consumo de carvão estão localizados nos estados de Minas Gerais, Mato Grosso do Sul, Espírito Santo, Maranhão e Pará. A cultura do eucalipto nos estados do norte e nordeste do Brasil, como Tocantins, Pará, Maranhão e Piauí, é relativamente nova e tem como limitação a pouca seleção de materiais adaptados as altas temperaturas e ao severo e prolongado período de déficit hídrico. Desta forma, o objetivo desta pesquisa foi estudar os parâmetros e variabilidade genética para a tolerância à seca, determinar a interação genótipos x ambientes e selecionar clones para a tolerância à seca, em testes clonais plantados em dois ambientes no município de Grajaú, estado do Maranhão. Os testes foram plantados em janeiro de 2011, em solos argiloso e arenoso, com 130 clones, sendo 112 provenientes de seleção massal em talhões comerciais plantados com sementes e posteriormente identificadas como E. urophylla, híbrido E. grandis x E. urophylla, E. pellita, E. camaldulensis e E. tereticornis e 18 clones comerciais. Os testes clonais foram implantados no delineamento de blocos casualizados, com uma planta por parcela e 20 repetições. A partir do s... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In Brazil in 2016 there were 7.84 million hectares planted with trees, and 14% were related to the segment of charcoal and steel. The country is among the largest producers of charcoal in the world. There are more than 120 industries that use charcoal in the production process of pig iron, ferro-alloys and steel, the main coal consumption centers are located in the states of Minas Gerais, Mato Grosso do Sul, Espírito Santo, Maranhão and Pará. Eucalyptus cultivation in the northern and northeastern states of Brazil, such as Tocantins, Pará, Maranhão and Piauí, is relatively new and has as great limitation the low selection of materials adapted to high temperatures and the severe and prolonged period of water deficit. The objective of this research is study the parameters and genetic variability for drought tolerance, to determine the interaction genotypes x environments and to select clones for drought tolerance, in clonal tests planted in two environments in the municipality of Grajaú, Maranhão state. The tests were planted in January 2011, in sandy and clay soil, with 130 clones, 112 of them from mass selection in commercial stands planted with seedsand subsequently identified as E. urophylla, hybrid E. grandis x E. urophylla, E. pellita, E. camaldulensis and E. tereticornis and 18 commercial clones. The tests were implanted in a randomized block design with one plant per plot and 20 replicates. From the second year onwards, the diameter of the breast (1.30 m), total height and estimated volume of wood per tree were measured annually. The genetic parameters were estimated based on the REML/BLUP procedure. The results showed that the eucalyptus clones studied showed high ... / Doutor

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2017-09-01T16:11:09Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 398074 bytes, checksum: 931fa11c0d194026a72b5369cc6e39a1 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-01T16:11:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 398074 bytes, checksum: 931fa11c0d194026a72b5369cc6e39a1 (MD5) Previous issue date: 2016-10-13 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / O gênero Eucalyptus compreende espécies de angiospermas lenhosas mais amplamente cultivadas no mundo. No Brasil, espécies cultivadas de eucalipto têm sido alvo de programas de melhoramento principalmente em virtude do seu alto valor como fonte de matéria-prima para produção de madeira, celulose, papel, óleos essenciais e energia. Para suprir novas demandas de plantas com valor a ser agregado dentro do setor da silvicultura, a poliploidia tem sido uma estratégia biotecnológica alternativa com grande potencial da geração de plantas mais robustas dentro de programas de melhoramento. Além do efeito “giga” característicos de poliploides, incrementos em biomassa, taxa de crescimento e tolerância a estresses bióticos e abióticos, são efeitos conhecidos advindos da poliploidia. Considerando a ausência de poliploides naturais, o objetivo desse estudo foi desenvolver protocolos para indução de poliploidização in vitro em plântulas de Eucalyptus grandis, visando a obtenção de plantas tetraploides. Após estabelecimento da cultura in vitro, plântulas de 1,0 e 1,5 cm foram submetidas a diferentes concentrações de colchicina e tempos de exposição. Decorridos 40 dias após os tratamentos, foi realizada a análise de sobrevivência dos materiais e coleta de amostras para análise da ploidia de DNA via citometria de fluxo. Os resultados demonstram 73,8 % e 77,7 % de sobrevivência para explantes de 1,0 e 1,5 cm, respectivamente. Para explantes de 1,0 cm, obteve-se 38 % de tetraploides na concentração de 0,5 mM por 96 horas, e em explante de 1,5 cm, 68 % de tetraploides na concentração de 1,5 mM por 120 horas. Embora seja possível obter 68 % de tetraploides com concentração de 1,5 mM por 120 horas, os resultados sugerem que o sucesso da poliploidização pode não estar relacionado a doses elevadas de colchicina, mas a tempos ótimos de exposição ao antitubulínico. A citometria de fluxo possibilitou o diagnóstico precoce da ploidia de DNA em plântulas. A metodologia estabelecida nesse estudo tem potencial para ser empregada na obtenção de poliploides sintéticos em larga escala em campos experimentais e em programas de melhoramento de eucalipto. / Eucalyptus genus comprises woody angiosperms species most cultivated in the world. In Brazil, cultivated species of eucalyptus have been the subject of breeding programs mainly because of their high value as a source of raw material for production of wood, pulp, paper, essential oils and energy. To suply new demands of plants with value to be added in the forestry sector, polyploidy has been an alternative biotechnological strategy with great potential of generating more robust plants in breeding programs. Besides the "giga" effect characteristic of polyploid, increases in biomass, growth rate and tolerance to biotic and abiotic stresses are known effects from polyploidy. Considering the absence of natural polyploids, the aim of this study was to develop protocols to induce in vitro polyploidy in Eucalyptus grandis seedlings, in order to obtain tetraploid plants. After in vitro culture establishment, plantlets with 1.0 and 1.5 cm were submitted to different concentrations of colchicine and exposure times. Forty days after treatment, the survival analysis was performed of materials and collection of samples for analysis of DNA ploidy via flow cytometry. The results showed 73, 8 and 77.7% of survival for explants with 1.0 and 1.5 cm, respectively. For explants 1.0 cm, 38% of tetraploid were obtained at a concentration of 0.5 mM for 96 hours, and the explant 1.5 cm, 68% of tetraploid in a concentration of 1.5 mM for 120 hours. Although it is possible to obtain 68% of tetraploid with a concentration of 1.5 mM for 120 hours, the results suggest that the success of polyploidy may not be related to high doses of colchicine, but the optimal time of exposure to antimicrotubular. Flow cytometry enabled the early diagnosis of DNA ploidy in seedlings. The established methodology in this study has the potential to be used in large-scale to obtain synthetic polyploid in experimental fields and eucalyptus breeding programs.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-12-20Bitstream added on 2014-06-13T19:21:40Z : No. of bitstreams: 1 bortoloto_tm_dr_botib.pdf: 469241 bytes, checksum: e1829e099d000d878f042860cfafcb9c (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O grupo CAGEN em parceria com a empresa Suzano de Papel e Celulose vem desenvolvendo projetos de identificação de características relacionadas ao estresse abiótico em eucalipto. A presença de lignotuber é uma característica que confere a essas espécies maior tolerância a níveis de estresse. Em 2006 foi realizado um experimento que demonstrou uma correlação entre o aumento dos níveis de estresse e o aumento da formação de lignotuber em eucalipto, até atingir a proporção de 3:1, indicando a ação de um gene com efeito principal na formação do lignotuber. Através da técnica de BSA (Bulked Segregant Analyses) em conjunto com marcadores RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA) foi possível detectar um marcador molecular que permitiu a identificação de indivíduos não portadores do lignotuber em eucalipto. Esse marcador foi convertido em SCAR e passou a ser chamado de ELig (Eucalyptus – Lignotuber). Diante do exposto, esse trabalho teve como objetivo a caracterização dessa região genômica relacionada à presença de lignotuber em eucalipto. O marcador ELig foi eficiente em identificar indivíduos de espécies de eucalipto sem lignotuber, podendo ser incorporado a programas de seleção assistida por marcadores moleculares. As espécies Eucalyptus grandis e E. urophylla apresentaram uma única cópia da sequência ELig em seus genomas. Essa sequência mostrou identidade a um contig de EST de eucalipto de 1918 nucleotídeos do banco de dados FORESTs-FAPESP, que apresenta o domínio de proteínas DnaJ, uma grande família de proteínas com membros relacionados à resposta da planta contra estresse abiótico, incluindo proteínas heat shock e chaperonas. A identidade do ELig ao contig restringe-se... / CAGEN group in association with Suzano Pulp and Paper has developed projects to identify characteristics related to abiotic stress in Eucalyptus. Lignotuber presence is a resource which gives to these species higher levels of stress tolerance. An experiment was performed in 2006 which showed a correlation between increased stress levels and the increment of lignotuber formation, until 3:1 proportion, indicating the gene action with major effect on the lignotuber formation. Using BSA (Bulked Segregant Analyses) technique with RAPD markers (Random Amplified Polymorphic DNA) was detected a molecular marker that allowed the identification of individuals without lignotuber in Eucalyptus. This marker was converted into a SCAR (Sequenced Characterized Amplified Region) marker and was named Elig (Eucalyptus - Lignotuber). The purpose of this study is characterize this genomic region related to the lignotuber presence in Eucalyptus. The Elig marker was effective in identifying Eucalyptus without lignotuber, and it can be incorporated into marker-assisted selection programs. Eucalyptus grandis and E. urophylla presented a single copy sequence ELig in their genomes. This sequence showed identity with a eucalypt EST contig with1918 nucleotides on the FORESTs-FAPESP database, the contig displays the protein domain DnaJ, a large proteins family with members related to plant response against abiotic stress, this domain includes heat shock proteins and chaperones. The ELig identity with the contig was restricted in the 5 'ELig region, in which was not possible to identify the polymorphism in the primers pairing site, indicating that this polymorphism is found in the 3' ELig region sequence. Through the RACE 3' (Rapid Amplification of cDNA Ends)... (Complete abstract click electronic access below)

Orientador: Ivan de Godoy Maia / Banca: Luis Eduardo Aranha Camargo / Banca: Adriane Pinto Wasko / Banca: Edson Seizo Mori / Banca: Esteban Roberto González / Resumo: Os cassetes de expressão empregados atualmente para a produção de plantas geneticamente modificadas são baseados, na sua maioria, em promotores constitutivos que determinam a expressão generalizada do transgene na planta, o que muitas vezes não é necessário nem desejado. A alternativa mais viável para substituição de tais promotores é investir na identificação e caracterização de promotores órgão/tecidoespecíficos ou estímulo-dependentes nas espécies de interesse. O presente projeto teve como objetivos identificar e caracterizar genes com padrão de expressão órgãoespecífico em eucalipto e, a partir dessas informações, isolar e caracterizar as seqüências promotoras adjacentes. Predições in silico no banco de dados do projeto de seqüências expressas do eucalipto (FORESTs), e informações disponíveis na literatura a respeito de genes com padrão de expressão órgão-específico, foram utilizadas na seleção. Assim, 59 genes preditos como possuindo expressão exclusiva em dado órgão foram selecionados para a validação via RT-PCR. Dos candidatos validados, 2 eram de raiz, 1 de folha, 1 de botão floral e 1 de botão floral e fruto, concomitantemente. Três candidatos ubíquos também foram selecionados. Dois desses candidatos tiveram seus perfis de expressão em diferentes órgãos de eucalipto avaliados por PCR quantitativa, indicando que o primeiro é preferencialmente expresso em folhas, e o segundo expresso especificamente em raiz. A partir de estratégias de "genome walking" foram isolados diferentes promotores putativos, sendo que o promotor do candidato com expressão preferencial em folha (1.2 kb) foi selecionado para a caracterização funcional em plantas usando o gene uidA, que codifica a -glucuronidase (GUS), como repórter. Em plântulas transgênicas de tabaco da geração T1, a expressão de GUS foi detectada majoritariamente... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Many plant genetic engineering applications require spatial expression of transgenes, which in turn depends upon the availability of tissue- and organ-specific promoters. In the present work, the identification of genes with organ-specific expression in Eucalyptus grandis was performed aiming the subsequent isolation and characterization of contiguous promoter sequences. Candidates genes were selected by in silico predictions in the Eucalyptus EST project (FORESTs) database or by searching the available literature for genes with specific expression patterns. Fifty-nine genes with predicted organ-specific expression were selected for further RT-PCR validation. Among the validated candidate genes, 2 were root-specific, 1 was leaf-specific, 1 was flower-bud-specific and 1 was flower-bud and fruit specific. Three genes ubiquitously expressed were also selected. The relative expression levels of two of them (one leafspecific and one root-specific) over a broad range of eucalyptus organ/tissues were determined using real time PCR. The 5' putative regulatory sequences of the validated genes were isolated using genome walking strategies, and the activity of the leafspecific promoter (1.2 kb) was further investigated in transgenic tobacco plants using a GUS reporter system. In transgenic seedlings from the T1 generation, GUS expression driven by this promoter was detected preferentially in cotyledons. In adult plants, however, GUS expression was detected in both stem and root, but in lower intensity if compared to the expression observed in leaves. This promoter was also able to modulate the transient expression of GUS in seedlings of Eucalyptus grandis. / Doutor

Orientador: Mário Luiz Teixeira de Moraes / Banca: Paulo Henrique Muller da Silva / Banca: Celso Luis Marino / Banca: Rinaldo Cesar de Paula / Banca: Alexandre Magno Sebbenn / Resumo: Testes de Progênies de polinização aberta ou controlada são técnicas que permitem ao melhorista orientar o seu programa de melhoramento com base no potencial genético do material de que dispõe. Na atualidade são empregados programas computacionais avançados com base em modelos matemáticos de genética quantitativa. A partir dos dados dos parâmetros genéticos quantitativos, parâmetros moleculares calculados com dados de DNA, avaliações aos 2, 5 e 7 anos de idade dos caracteres altura das plantas (ALT) (m), diâmetro à altura do peito (DAP) (cm), volume individual das árvores (VOL) (m), genotipagem de 33 genitores femininos e 41 masculinos, quando foram analisados 14 locos microssatélites SSR, pode-se traçar a linha de trabalho de melhoramento com segurança nos resultados almejados. O objetivo deste estudo foi (i) formar um pomar de recombinação, (ii) formar um pomar de hibridação com as melhores progênies das famílias, (iii) identificar as famílias excepcionais para propagação seminal e clonal, (iv) selecionar as 10 melhores progênies para clonagem e (v) formar um Pomar de Semente Testada com as populações genitoras feminina e masculina. O delineamento experimental do teste foi de blocos casualisados com 286 tratamentos (cruzamentos), em 8 repetições de parcelas lineares de 6 plantas. O teste da razão de verossimilhança (LTR) revelou diferenças de alta significância, ao nível de 1% de probabilidade (p<0,001), entre todos os caracteres avaliados e em todas as idades de avaliação.... / Abstract: Progeny tests of open or controlled pollination are techniques that allow the breeder to guide its improvement program based on the genetic material of the available material. At the present time advanced computer programs based on mathematical models of quantitative genetics are used. From data of the quantitative genetic parameters, molecular parameters calculated with DNA data, evaluations at 2, 5 and 7 years of age of characters, height of plants (HGT) (m), diameter at breast height (DBH) (cm), individual volume of trees (VOL) (m) and genotyping of 33 female and 41 male parents, when fourteen SSR microsatellite loci were analyzed, it is possible to draw the working line for safely improving the desired results. The objective of this study is (i) forming a recombination orchard, (ii) forming a hybridization orchard with the best progenies of the families, (iii) identifying exceptional families to seed and clonal propagation, (iv) selecting the 10 best progenies for cloning and (v) creating an Orchard of Tested Seeds with female progenitor population. The experimental design of the test was the one of randomized blocks with 286 treatments (crossings) in eight repetitions of linear parcels of 6 plants. The likelihood ratio test (LRT) revealed differences of high significance, at the level of 1% of probability (p<0.001), between all evaluated characters and in all evaluating ages. Individual heritability between sexes in the restricted sense (h2 a) was approximately the double or the heritability of dominance effects between males and females (h2 dom). Individual heritability between sexes in the broad sense, in other words, of total phenotypic effects (h2 g) was 0.4 at two years, 0.34 at five years and 0.21 at seven years of age. Those values indicate success of population selection. General accuracy of males (Gacm), general accuracy of females (Gafm) and general accuracy of plant breeding (Gacgcross ... / Doutor

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2017-09-01T17:30:17Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 3347372 bytes, checksum: 29b1c4c45aac9b219efa13738df0ccd4 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-01T17:30:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 3347372 bytes, checksum: 29b1c4c45aac9b219efa13738df0ccd4 (MD5) Previous issue date: 2017-02-20 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Embora os estudos de associação genômica (GWAS) forneçam informações valiosas na descodificação das relações entre a variação gênica e os fenótipos complexos, esta técnica explica uma pequena fração da herdabilidade. O mapeamento de herdabilidades regionais (RHM) fornece estimativas de herdabilidade para segmentos genômicos que contêm efeitos alélicos raros e que contribuem individualmente com baixa variação ao ponto de serem detectados pela GWAS. Neste estudo foi realizado a GWAS e o RHM para sete características de crescimento, madeira e resistência à doenças em uma população 768 árvores híbridas de Eucalyptus usando o moderno Chip Illumina EuCHIP60K. As herdabilidades genômicas totais representaram grandes proporções (64-89%) de herdabilidades baseadas em pedigree, fornecendo evidências adicionais de que características complexas em eucaliptos são controlados por muitas variantes ao longo do genoma, cada uma com pequenas contribuições para a variância fenotípica. O RHM detectou 26 QTLs (Quantitative Trait Loci) abrangendo 2.191 SNPs (Single Nucleotide Polymorphism), enquanto que a GWAS detectou 13 associações. Os QTLs detectados via RHM e GWAS explicaram individualmente 5 a 15% e 4 a 6% da herdabilidade genômica, respectivamente. O RHM foi superior à GWAS na captura de maiores proporções de herdabilidade genômica. Semelhantemente a QTLs previamente mapeados, os resultados destacaram as regiões genômicas que podem ser utilizadas em estudos mais aprofundados para descoberta de genes. Os RHM-QTLs contendo uma combinação de variantes comuns e raras representam um avanço para incorporar conhecimento prévio da arquitetura genética subjacente em modelos de predição genômica. / Although genome-wide association studies (GWAS) have provided valuable insights into the decoding of the relationships between sequence variation and complex phenotypes, they have explained little heritability. Regional heritability mapping (RHM) provides heritability estimates for genomic segments containing both common and rare allelic effects that individually contribute too little variance to be detected by GWAS. We carried out GWAS and RHM for seven growths, wood and disease resistance traits in a breeding population of 768 Eucalyptus hybrid trees using EuCHIP60K. Total genomic heritabilities accounted for large proportions (64 89%) of pedigree-based trait heritabilities, providing additional evidence that complex traits in eucalypts are controlled by many sequence variants across the frequency spectrum, each with small contributions to the phenotypic variance. RHM detected 26 quantitative trait loci (QTLs) encompassing 2,191 single nucleotide polymorphisms (SNPs), whereas GWAS detected 13 single SNP trait associations. RHM and GWAS QTLs individually explained 5 15% and 4 6% of the genomic heritability, respectively. RHM was superior to GWAS in capturing larger proportions of genomic heritability. Equated to previously mapped QTLs, our results highlighted genomic regions for further examination towards gene discovery. RHM-QTLs bearing a combination of common and rare variants could be useful enhancements to incorporate prior knowledge of the underlying genetic architecture in genomic prediction models.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-05-26Bitstream added on 2014-06-13T20:23:16Z : No. of bitstreams: 1 sassaki_ft_dr_botib.pdf: 639781 bytes, checksum: da9c5dfd420cacee439e439116e7d05b (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Os cassetes de expressão empregados atualmente para a produção de plantas geneticamente modificadas são baseados, na sua maioria, em promotores constitutivos que determinam a expressão generalizada do transgene na planta, o que muitas vezes não é necessário nem desejado. A alternativa mais viável para substituição de tais promotores é investir na identificação e caracterização de promotores órgão/tecidoespecíficos ou estímulo-dependentes nas espécies de interesse. O presente projeto teve como objetivos identificar e caracterizar genes com padrão de expressão órgãoespecífico em eucalipto e, a partir dessas informações, isolar e caracterizar as seqüências promotoras adjacentes. Predições in silico no banco de dados do projeto de seqüências expressas do eucalipto (FORESTs), e informações disponíveis na literatura a respeito de genes com padrão de expressão órgão-específico, foram utilizadas na seleção. Assim, 59 genes preditos como possuindo expressão exclusiva em dado órgão foram selecionados para a validação via RT-PCR. Dos candidatos validados, 2 eram de raiz, 1 de folha, 1 de botão floral e 1 de botão floral e fruto, concomitantemente. Três candidatos ubíquos também foram selecionados. Dois desses candidatos tiveram seus perfis de expressão em diferentes órgãos de eucalipto avaliados por PCR quantitativa, indicando que o primeiro é preferencialmente expresso em folhas, e o segundo expresso especificamente em raiz. A partir de estratégias de “genome walking” foram isolados diferentes promotores putativos, sendo que o promotor do candidato com expressão preferencial em folha (1.2 kb) foi selecionado para a caracterização funcional em plantas usando o gene uidA, que codifica a -glucuronidase (GUS), como repórter. Em plântulas transgênicas de tabaco da geração T1, a expressão de GUS foi detectada majoritariamente... / Many plant genetic engineering applications require spatial expression of transgenes, which in turn depends upon the availability of tissue- and organ-specific promoters. In the present work, the identification of genes with organ-specific expression in Eucalyptus grandis was performed aiming the subsequent isolation and characterization of contiguous promoter sequences. Candidates genes were selected by in silico predictions in the Eucalyptus EST project (FORESTs) database or by searching the available literature for genes with specific expression patterns. Fifty-nine genes with predicted organ-specific expression were selected for further RT-PCR validation. Among the validated candidate genes, 2 were root-specific, 1 was leaf-specific, 1 was flower-bud-specific and 1 was flower-bud and fruit specific. Three genes ubiquitously expressed were also selected. The relative expression levels of two of them (one leafspecific and one root-specific) over a broad range of eucalyptus organ/tissues were determined using real time PCR. The 5’ putative regulatory sequences of the validated genes were isolated using genome walking strategies, and the activity of the leafspecific promoter (1.2 kb) was further investigated in transgenic tobacco plants using a GUS reporter system. In transgenic seedlings from the T1 generation, GUS expression driven by this promoter was detected preferentially in cotyledons. In adult plants, however, GUS expression was detected in both stem and root, but in lower intensity if compared to the expression observed in leaves. This promoter was also able to modulate the transient expression of GUS in seedlings of Eucalyptus grandis.