Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2018-02-27T12:42:24Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1903320 bytes, checksum: 9c86d1ca2a5b6d4ab5edd2aa72795ffa (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-27T12:42:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1903320 bytes, checksum: 9c86d1ca2a5b6d4ab5edd2aa72795ffa (MD5) Previous issue date: 2018-02-01 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Os programas de melhoramento genético existem com dois objetivos principais: identificação de genótipos superiores e a obtenção de combinações melhoradas por meio de cruzamento entre esses indivíduos elite. Os mais diversos ramos da genética, estatística e biometria contribuíram para o estabelecimento de diferentes estratégias de melhoramento para seleção de genótipos superiores. Em particular, metodologias baseadas em seleção genômica ampla tem apresentado grande destaque dentre os estudos mais recentes de seleção. A seleção genômica ampla (Genome Wide Selection), envolve estudos biométricos e une genética de populações, genética molecular e a genética quantitativa. A maior motivação para tais estudos consiste na possibilidade de utilizar genotipagem em grande escala e incorporar informações genômicas no processo de predição, de modo a aumentar a eficiência seletiva, obter ganhos genéticos de forma mais ágil e diminuir os custos. Nos modelos de genética, as variações fenotípicas dos indivíduos consistem na variância genotípica dos mesmos agregando variâncias devido a dominância, variância ambiental e também epistasia. No entanto, os modelos de GWS, de modo geral, negligenciam a influência de dominância e epistasia, levando em consideração apenas os efeitos aditivos das características. Além disso, a alta densidade de marcadores moleculares pode levar a problemas de dimensionalidade e multicolinearidade. Neste contexto, o uso de estratégias de redução de dimensionalidade e de metodologias baseadas em inteligência computacional que abordem mais adequadamente a inclusão de tais efeitos em estudos de seleção e predição constituem a proposta neste trabalho. O trabalho visa abordar três tópicos principais: o capitulo propõe avaliar a eficiência do RR-BLUP para predição de valores genéticos de uma população simulada com 12 características complexas que contemplavam efeitos de dominância, epistasia e efeitos ambientais. No capítulo 2 propõe-se a aplicação dos Métodos de Regressão Stepwise e da Sonda para redução de dimensionalidade a fim de aumentar a eficiência preditiva do método RR-BLUP aplicado na mesma população considerada no capitulo 1. Finalmente, o capítulo 3 visa avaliar a eficiência das metodologias de inteligência computacional baseadas em Redes Neurais Artificiais de Redes Perceptron Multicamadas e as Redes de Função de Base Radial para predição dos valores genéticos da população simulada abordada nos capítulos anteriores. Os resultados indicaram que o uso de metodologias de redução de dimensionalidade contribui para o aumento da eficiência do método RR-BLUP. No entanto, também evidenciaram a deficiência desse método para predizer valores genéticos de populações que incluam efeitos de dominância e epistasia no controle gênico das características de interesse. As metodologias de Redes Neurais Multicamadas e as Redes de função de Base Radial propostas apresentaram acurácia preditiva, expressa pelo erro quadrático médio, superior à apresentada pelo RR-BLUP, demonstrando que as metodologias de inteligência computacional foram mais eficientes que a Seleção Genômica Ampla para o estudo de características complexas com controle gênico envolvendo efeitos aditivos, dominantes e epistáticos. / Genetic breeding programs exist with two main objectives: to identify superior genotypes and to obtain improved combinations through cross-breeding among these elite individuals. The most diverse branches of genetics, statistics and biometry contributed to the establishment of different breeding strategies for selecting superior genotypes. In particular, methodologies based on genomic selection have shown great prominence among the most recent selection studies. Genome Wide Selection, involves biometric studies and gathers genetic of populations, molecular genetics and quantitative genetics. The greatest motivation for such studies is the possibility of using large-scale genotyping and incorporating genomic information into the prediction process, in order to increase selective efficiency, obtain genetic gains and reduce costs. In genetic models, the phenotypic variations of the individuals consist in the genotypic variance including variances due to dominance, environmental variance and also epistasis. However, the GWS models generally neglect the influence of dominance and epistasis, taking into consideration only the additive effects of the characteristics. In addition, the high density of molecular markers can lead to problems of dimensionality and multicollinearity. In this context, the use of dimensionality reduction strategies and methodologies based on computational intelligence that more adequately address the inclusion of effects due to dominance and epistasis in a selection and prediction study are the proposal in this work. The aim of this work is to address three main topics: Chapter ] proposes to evaluate the efficiency of RR-BLUP for predicting genetic values of a simulated population with 12 complex traits that included effects of dominance, epistasis and environmental effects. In Chapter 2 we propose the application of the Stepwise Regression and Sonda methods to reduce dimensionality in order to increase the predictive efficiency of the RR-BLUP method applied in the same population considered in chapter ]. Finally, chapter 3 aims to evaluate the efficiency of computational intelligence methodologies based on Artificial Neural Networks of Multilayer Perceptron and the Radial Basis Function Neural Networks to predict the genetic values of the simulated population discussed in previous chapters. The results indicated that the use of dimensionality reduction methodologies contribute to increase the efficiency of the RR-BLUP method. However, they also evidenced the deficiency of this method to predict genetic values for populations that include effects of dominance and epistasis in the gene control of the characteristics of interest. The methodologies of Multilayer Perceptron and Radial Basis Function Neural Networks proposed presented predictive accuracy, expressed by the mean square error, higher than that presented by the RR-BLUP, demonstrating that the computational intelligence methodologies were more efficient than the Genome Wide Selection for the study of complex characteristics with gene control involving additive, dominant and epistatic effects.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2018-06-14T14:02:02Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 394941 bytes, checksum: 5fcd6edac5a87554999d6ac67014568c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-14T14:02:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 394941 bytes, checksum: 5fcd6edac5a87554999d6ac67014568c (MD5) Previous issue date: 2017-07-27 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Os objetivos deste trabalho foram obter informações sobre os parâmetros genéticos de um dialelo parcial em feijão, bem como, avaliar os efeitos de safras, locais e gerações nestas estimativas com o intuito de definir as melhores estratégias para uso da análise dialélica como metodologia de seleção de genitores e de populações no melhoramento do feijoeiro. Para isso, foram utilizados cinco genitores de feijão de grãos pretos e sete genitores de grãos carioca, os quais diferem quanto à arquitetura de plantas, produtividade de grãos, resistência a doenças e tipo de grãos. Estes genitores foram cruzados em esquema de dialelo parcial (5 x 7). Os cinco genitores de grãos preto (L 20, Xamego, TB 94-01, BRS Valente e Diamante Negro) compuseram o grupo 1, enquanto os sete genitores de grãos tipo carioca (RP 1, BRS Estilo, VC 12, VC 20, CNFC 10720, MAI 1813 e VC 16) o grupo 2. As gerações F 1 e F 2 foram avaliadas em quatro experimentos (I, II, III e IV). Na quantificação do efeito de safras utilizou-se os experimentos I e II, em que a geração F 1 foi avaliada em duas safras distintas. Para quantificar o efeito de locais utilizou-se os experimentos III e IV, em que a geração F 2 foi avaliada na mesma safra, porém em locais diferentes e para quantificar o efeito de gerações, utilizou-se os experimentos II (geração F 1 ) e III (geração F 2 ) avaliados em uma mesma safra e local. As estimativas de parâmetros genéticos do dialelo parcial quanto à produtividade de grãos foram afetadas pelos efeitos de safras e locais. Quanto à arquitetura de plantas as estimativas de parâmetros genéticos não são afetadas pelos efeitos de safras e locais, mas pelos efeitos de gerações. Para arquitetura de planta a obtenção de estimativas dos parâmetros genéticos da análise dialélica parcial em feijoeiro deve ser realizada com base na geração F 1 , enquanto que para produtividade pode se basear tanto em F 1 quanto em F 2 . O genitor TB 94-01 se destacou quanto à frequência de alelos favoráveis quanto à arquitetura de plantas. Já para produtividade de grãos os genitores Diamante Negro, BRS Estilo, CNFC 10720 e VC 16 se destacaram quanto à frequência de alelos favoraveis. O intercruzamento entre as combinações híbridas BRS Valente/BRS Estilo, L20/BRS Estilo, TB 94-01/VC 16, Diamante Negro/BRS Estilo é estratégia promissora para extração de linhagens de feijão preto superiores quanto à produtividade de grãos e arquitetura de plantas. / The objectives of this work were to obtain information about genetic parameters of a partial diallel in common bean, as well as to evaluate the effects of growing seasons, locations and generations in these estimates in order to define the best strategies for the use of diallel analysis as methodology of selection of parents and populations in common bean breeding. For this purpose, twelve parents were crossed in a partial diallel scheme (5x7). Group 1 was composed of black grain (L 20,Xamego, TB 94-01, BRS Valente and Diamante Negro) while the second group was composed of carioca bean lines (RP 1, BRS Estilo, VC 12, VC 20, CNFC 10720, MAI 1813and VC 16). These parents differ in plant architecture, grain yield, disease resistance and grain type.The F 1 and F 2 generations were evaluated in four experiments (I, II, III, and IV).The effects of seasons were determined in the Experiments I and II, in which the F 1 generation was evaluated in two distinct growing seasons. To quantify the effect of locations, we used Experiments III and IV, in which the F 2 generation was evaluated in the same season, but at different locations, and to quantify the effect of generations, the experiments II (generation F 1 ) and III (F 2 generation) were evaluated in the same season and location. For plant architecture, an effect of the interaction of the genetic parameters of the diallel was only observed for generations, whereas for grain yield, effects of seasons and location, but not of generations were observed. For plant architecture, the combining ability of parents should therefore be estimated for the F 1 generation, while for grain yield, both F 1 and F 2 can be used. For plant architecture, the parent TB 94-01 stand out for favorable alleles. For grain yield the parents Diamante Negro, BRS Estilo, CNFC 10720 and VC 16 stand out for the frequency of favorable alleles. The recombination between cross BRS Valente / BRS Estilo, L20 / BRS Estilo, TB 94-01 / VC 16, Diamante Negro / BRS Estilo combinations is a promising strategy for extraction of superior black bean lines in grain yield and plant architecture.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2015-11-23T15:44:45Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1359771 bytes, checksum: 4d24880cb314df4c1c17b85c733ebcf7 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-23T15:44:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1359771 bytes, checksum: 4d24880cb314df4c1c17b85c733ebcf7 (MD5) Previous issue date: 2015-07-17 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Os programas de melhoramento vegetal atualmente utilizam-se de análises estatísticas para auxiliar na identificação de genótipos superiores em diversas etapas do desenvolvimento de um cultivar. Diferentemente dessas análises que são baseadas no paradigma estocástico, a abordagem da inteligência computacional tem sido pouco explorada na área do melhoramento genético. Assim, esse trabalho foi realizado com o objetivo de apresentar técnicas de inteligência computacional como ferramentas auxiliares no melhoramento do feijoeiro. Para demonstrar a aplicabilidade dessa abordagem, foram desenvolvidos dois estudos utilizando dados de avaliação de linhagens de feijão oriundas do Programa Feijão da Universidade Federal de Viçosa. Em um primeiro trabalho o objetivo foi avaliar o potencial das redes neurais artificiais como ferramenta auxiliar no melhoramento da arquitetura de plantas do feijoeiro. Com o intuito de classificar linhagens quanto ao porte, as redes neurais artificiais foram treinadas com dados de repetição de 19 linhagens de feijoeiro avaliadas nas safras de inverno de 2007 e de 2009, quanto a arquitetura de plantas, diâmetro do hipocótilo e altura de plantas. As redes neurais artificias apresentaram elevada capacidade de classificação correta das linhagens avaliadas, de forma que quando utilizado diâmetro do hipocótilo em conjunto com altura média de plantas, as redes neurais artificiais apresentaram melhores resultados do que utilizando somente o diâmetro do hipocótilo. Também observou-se que submeter dados de médias de novas linhagens às redes neurais treinadas com dados de repetição, provê melhores resultados de classificação das linhagens. Em um segundo trabalho o objetivo foi aplicar a Lógica Fuzzy, por meio de controladores, como ferramenta auxiliar na avaliação do comportamento de linhagens de feijão em diferentes ambientes. Para avaliar a aplicabilidade desses controladores foram utilizados dados de produtividade de grãos de 23 linhagens e duas testemunhas de feijão do grupo comercial vermelho, avaliados em nove ambientes da Zona da Mata de Minas Gerais. A partir dos parâmetros da análise de Eberhart e Russell foram desenvolvidos controladores fuzzy com sistemas de inferência Mamdani e Sugeno. Além destes, foi desenvolvido um controlador híbrido do tipo Sugeno baseado nos métodos de Eberhart e Russell e de Lin e Binns modificado. Foram realizadas análises de adaptabilidade e estabilidade pelos métodos de Eberhart e Russell e de Linn e Binns modificado e os respectivos parâmetros e medidas obtidos por meio dessas análises para cada linhagem foram submetidos aos respectivos controladores. Verificou-se que os controladores fuzzy podem ser aplicados para determinar o comportamento das linhagens, sendo o controlar híbrido o mais informativo a respeito da resposta das linhagens frente às variações ambientais. Dentre os sistemas de inferência utilizados, ambos sistemas apresentaram resultados consistentes. Uma vez que os controladores foram desenvolvidos de forma generalizada eles podem ser aplicados na determinação do comportamento de genótipos e na recomendação de cultivares de diferentes culturas agronômicas. Ao observar os resultados obtidos em ambos os trabalhos verificou-se que as técnicas de inteligência computacional apresentam grande potencial para serem empregadas nas diferentes etapas de um programa de melhoramento. / Bean breeding programs have currently used statistical analysis in order to help identifying superior genotypes in various stages of a cultivar development. Unlike these analyses that are based on stochastic paradigm, the approach of computational intelligence has been little exploited in breeding. Thus, this study was carried out in order to present computational intelligence techniques as an important tool in bean breeding programs. To demonstrate the applicability of this approach, two studies were carried out using bean lines evaluation data derived from the Bean Breeding Program of the Federal University of Viçosa. In the first study, the objective was to evaluate the potential of artificial neural networks as an auxiliary tool in improving the bean plant architecture. In order to classify lines according to the habit, artificial neural networks were trained with 19 bean lines data from replication collected during the 2007 and 2009 winter crops, regarding plant architecture, hypocotyl diameter and plant height. The artificial neural networks presented high correct classification capability of the evaluated lines. Thus, when the hypocotyl diameter was used together with the mean height of plants, artificial neural networks had better results than when it was used the hypocotyl diameter individually. Also, it was observed that submitting mean data of new lines to neural networks trained with data from replication provides better results for the classification of lines. In the second work, the objective was to apply the fuzzy logic by means of controllers as an auxiliary tool in the evaluation of bean lines behavior in different environments. Grain yield data of 23 lines and two controls of red bean plants (Phaseolus vulgaris L.) were used in order to evaluated the applicability of these controllers. Plants were evaluated in nine environments of Zona da Mata region, Minas Gerais. From the parameters of Eberhart and Russell analysis, the fuzzy controllers were developed with Mamdani and Sugeno inference systems. In addition, Sugeno and Mamdani hybrid controllers were developed based on the methods of Eberhart and Russell and modified Lin and Binns. Adaptability and stability analyses were carried out by the methods of Eberhart and Russell and by the modified method of Lin and Binns, and the respective parameters and measurements obtained by these analyses for each line were submitted to the respective controllers. It was found that fuzzy controllers can be applied to determine the behavior of the lines, and the hybrid controller presented more information regarding the response of lines against the environmental variation. Both inference systems presented consistent results. Since the controllers were developed in a generalized way, they may be widely applied in determining the behavior of genotypes and in recommending cultivars of different crops . By observing the results obtained in both studies, it was found that computational intelligence techniques have great potential to be used in the different stages of a breeding program. / Não foi encontrado o CPF do autor.

Os padrões de covariância genética entre caracteres, expressos pela matriz de covariância aditiva G, desempenham um papel importante na evolução de morfologias complexas, visto que esta matriz influencia a direção e magnitude da resposta à seleção em uma população. Assumindo-se a estabilidade da matriz G ao longo do tempo, pode-se testar explicitamente hipóteses acerca da influência de processos evolutivos sobre a diversificação. Espera-se que esta matriz influencie os padrões expressos por sua equivalente fenotípica P, devido a contingências funcionais e ontogenéticas na relação entre genótipo e fenótipo, que levam à estruturação de modularidade nesta relação, de modo a otimizar a evolvabilidade. No presente trabalho, investiguei a estrutura da covariância genética no crânio e mandíbula de uma população do roedor sigmodontíneo Calomys expulsus, com o objetivo de estimar a similaridade entre covariâncias fenotípicas e genéticas; também avaliei a influência de padrões de modularidade sobre ambos os níveis de organização da variação morfológica. As matrizes P e G que obtive para o crânio e para a mandíbula se mostraram bastante similares no que diz respeito à sua estrutura de covariação e se relacionam parcialmente às hipótese de modularidade estabelecidas. Os resultados que obtive aqui são bastante similares àqueles obtidos para os mamíferos como um todo, portanto suportando a hipótese de estabilidade no padrão de covariâncias genéticas e fenotípicas na evolução do grupo. / Patterns of genetic covariance between characters (represented by the additive covariance matrix G) play an important role in the evolution of morphological complexes, since they influence the direction and norm of the response to selection in a population. Therefore, the assumption that G-matrices are stable through evolutionary timescales allows evolutionary biologists to infer the influence of evolutionary processes that operate over biological diversification. These matrices are also expected to influence the patterns expressed in their phenotypic counterparts (P-matrix), because of the imposition of multiple developmental and functional contingencies over the genotype/phenotype map, that leads to its modular organization in order to increase evolvability. Here, I have investigated patterns of genetic covariance structure in the skull and mandible of a population of the vesper mouse Calomys expulsus in order to estimate the level of similarity between additive and phenotypic covariances; I have also evaluated the influence of expected patterns of modularity over both levels of morphological variation. For either skull and mandible, I have obtained P- and G-matrices that are strongly similar in their structure; these matrices also support the modularity hypotheses for developmental and functional constrains, akin to the overall results obtained for mammals, thus supporting the hypothesis of stability in genetic and phenotypic covariance structure in mammalian evolution.

Os Xenarthra representam um clado de mamíferos eutérios. Pouco se sabe sobre a evolução morfológica craniana do grupo. Esta tese iniciou os estudos relativos a esta questão com base na genética quantitativa, na morfometria e na sistemática, e teve por objetivos específicos: 1) avaliar empiricamente se as matrizes de variância e covariância fenotípica (matriz-P) dos diversos gêneros de Xenarthra estudados podem ser utilizadas como substitutas das respectivas matrizes de variância e covariância genética aditiva (matriz-G), uma vez que não existem matrizes-G estimadas para os Xenarthra, e também se elas podem ser utilizadas em estudos macroevolutivos; 2) testar se a diversificação morfológica craniana no grupo ocorreu somente através de deriva genética; e 3) compreender como a relação entre os caracteres morfológicos (módulos) e a magnitude geral de integração podem influir na evolução morfológica craniana. Além destes objetivos focados na evolução do grupo, também foi escopo desta tese inferir o hábito alimentar de taxa fósseis do final do Pleistoceno/início do Holoceno para melhorar o conhecimento sobre a ecologia de alguns grupos fósseis. O banco de dados utilizado foi composto por medidas lineares de aproximadamente 1150 espécimes adultos, representando 12 dos 14 gêneros atuais e sete dos diversos gêneros extintos de Xenarthra. Com base nesses dados, matrizes-P de variância e covariância e de correlação foram estimadas para cada gênero. Essas matrizes foram posteriormente comparadas par a par para avaliar a semelhança na estrutura das diferentes matrizes. Também a partir dessas matrizes, foram obtidas as variâncias entre e intra populações para testar se a diversificação morfológica ocorreu de acordo com a expectativa teórica de diversificação sob a ação exclusiva de deriva genética. As mesmas matrizes-P foram comparadas a diferentes matrizes teóricas de hipóteses de modularidade craniana. As matrizes teóricas expressaram a relação entre os caracteres com base no desenvolvimento e/ou desempenho de função compartilhado pelas partes do crânio. Para cada matriz-P de correlação calculou-se a magnitude geral de integração. Além disto, a dieta dos grupos extintos foi inferida através de análises de funções discriminantes a partir da relação entre forma e função dos animais atuais. Os resultados obtidos indicam que as matrizes-P dos diversos gêneros são similares entre si, o que sugere que matrizes-P podem ser utilizadas tanto como substitutas das matrizes-G quanto no contexto macroevolutivo. Os resultados obtidos refutaram a hipótese nula da diversificação morfológica craniana ocorrendo somente por deriva genética, ao menos nos níveis mais inclusivos da filogenia dos Xenarthra. Consequentemente, a seleção natural provavelmente atuou neste processo de diversificação. Os resultados também sugeriram que o crânio desse grupo está organizado em módulos, sendo os módulos mais conspícuos os relacionados à face. Além disso, foi detectada grande variação na magnitude geral de integração entre gêneros. A variação no padrão modular, mas principalmente na magnitude geral de integração, faz com que os gêneros apresentem diferenças nas possíveis capacidades de responder de forma alinhada às pressões seletivas. Por último, as análises morfofuncionais indicaram elevada diversidade de hábitos alimentares entre os Xenarthra extintos / Xenarthra are an eutherian mammal clade and little is known about their cranial morphological evolution. This thesis has initiated studies related to this topic and, based on quantitative genetics, morphometrics and systematics, aimed to: 1) empirically assess if the phenotypic variance and covariance matrices (P-matrix) of several genera can be used as surrogates for their respective additive genetic variance and covariance matrices (G-matrix), since G-matrices for Xenarthra are not available, and also if P-matrices can be used in macroevolutionary studies; 2) test whether the skull morphological diversification within the group occurred only through genetic drift; and 3) understand how the relationship between the traits (modules) and overall magnitude of integration may influence cranial morphological evolution. Besides these objectives focused on the evolution of the group, it was also within the scope of this thesis to infer the feeding habits of late Pleistocene/early Holocene fossil taxa to better understand the ecology of some fossil groups. The database used consist of linear measurements of approximately 1150 adult specimens, representing 12 of the 14 extant genera and seven of the several extinct genera of Xenarthra. The data gathered were used to estimate variance/covariance and correlation P-matrices for every genus. These matrices were compared between pairs of genera to evaluate the matrices\' structural similarities. Based on these matrices, within and between population variances were obtained and it was tested whether morphological diversification was in accordance to the theoretical expectation of diversification under genetic drift alone. The same matrices were compared to theoretical matrices expressing modularity hypotheses. These theoretical matrices represent the relationship among traits in reference to the shared development and/or function of different skull\'s anatomical regions (modules). For every correlation P-matrix the overall magnitude of integration was calculated. Moreover, the extinct groups\' diet was inferred through discriminant function analysis relying on the relationship between form and function of extant animals. Results indicate that P-matrices from several genera were structurally similar. This suggests that P-matrices can be used as surrogates of their G-matrices and in the macroevolutionary context. Results refuted the null hypothesis of cranial morphological diversification occurring only due to genetic drift, at least in more inclusive levels of Xenarthran phylogeny. Consequently, natural selection probably acted on this diversification process. The results also suggested that the Xenarthran skull is organized in modules, and the most conspicuous modules are in the face region. A large variation in the overall magnitude of integration among genera was detected. The variation in the modular pattern, but especially in the overall magnitude of integration, allows genera to differ in their potential capacity to respond aligned with selective pressures. Finally, morphofunctional analyses indicate a high diversity of feeding habits among extinct Xenarthra

The physic nut (Jatropha curcas L.) is oilseed species belonging to Euphorbiaceae family with a widespread distribution in tropical regions. The quality and high oil content in seeds, perenicity and rusticity makes this species a potential feedstock for biodiesel production. However, the success of this insertion involves research ranging from the exploration of divergent genetic materials to selection and acquisition of productive cultivars. In this context, this study aimed to assess the combining ability of jatropha access for agronomic traits of interest, as well as information about genetic parameters associated with morphological and agronomic characters, and investigate their correlations. The study was carried out in the Experimental Farm of the UFS during the year 2012 in hybrids of jatropha evaluated up to 24 months. The experimental design was in randomized blocks with three replications and plots with six plants. There were evaluated seed yield (PR), plant height (PH), number of secondary branches (NRS), the number of female flowers (NFF), stem diameter (DC), 100-seed weight (P100 ), branching height (AR) and crown diameter (DCO). The general combining ability (GCA) was significant for the variables PR, DC, NRS and AR (Group 1) and P100 and NRS (Group 2), whereas specific combining ability (SCA) was significant for variables NFF and NRS. The sum of squares due to GCA was higher than the sum of squares due to SCA for the majority of traits, indicating that the additive effects of loci are more important than the dominance effect loci. The genitors JCUFS-04 and JCUFS-05 highlight from the others for concentration of favorable alleles. The consistent estimation of the coefficient of genetic variation allows us to infer the existence of significant genetic variability among hybrids. The characters which more contributed to genetic diversity were NFF (20.99%), DC (16.83%), PR (15.06%), and NRS (14.06). High, significance and positive genotypic correlations were recorded among (NRS), (DC), (DCO) and grain yield (PR). / O pinhão-manso (Jatropha curcas L.) é uma espécie oleaginosa da família Euphorbiaceae com ampla distribuição em regiões tropicais. A qualidade de óleo e alto teor nas sementes, perenicidade e rusticidade fazem desta espécie uma matéria-prima potencial para produção de biodiesel. Todavia, o sucesso desta inserção passa por pesquisas que vão desde a prospecção de materiais genéticos divergentes, até a seleção e obtenção de cultivares produtivos. Nesse contexto, esse trabalho teve por objetivo avaliar a capacidade combinatória de acessos de pinhão-manso, para caracteres de interesse agronômico, bem como, obter informações acerca de parâmetros genéticos associados a caracteres morfo-agronômicos, e investigar a correlação entre estes. O trabalho foi realizado na Fazenda experimental da UFS durante o ano de 2012 em híbridos de pinhão-manso avaliados até os 24 meses de idade. O delineamento experimental empregado foi em blocos casualizados com três repetições e parcelas compostas por seis plantas. Os caracteres avaliados foram rendimento de sementes (PR), altura de planta (AP), número de ramos secundários (NRS), número de flores femininas do racemo floral (NFF), diâmetro de caule (DC), massa de 100 sementes (P100), altura de ramificação (AR) e diâmetro de copa (DCO). A capacidade geral de combinação (CGC) foi significativa para as variáveis PR, DC, NRS e AR (Grupo 1) e para P100 e NRS (Grupo 2), enquanto a capacidade específica de combinação (CEC) foi significativa para as variáveis NFF e NRS. A soma de quadrados devido à CGC foi maior que a soma de quadrados devido à CEC para a maioria dos caracteres, indicando que os locos de efeito aditivo têm maior importância que os locos de efeito dominante. Os genitores JCUFS-04 e JCUFS-05 se destacaram dos demais quanto à concentração de alelos favoráveis. As estimativas consistentes dos coeficientes de variação genética permitem inferir sobre a existência de variabilidade genética significativa entre os híbridos obtidos. Os caracteres que mais contribuíram para a diversidade genética encontrada entre a populações foram, NFF (20,99%), DC (16,83%), PR (15,06%) e NRS (14,06). Altas e significativas correlações genotípicas positivas foram registradas entre (NRS), (DC), (DCO) e o rendimento de grãos (PR).

É inegável a importância do melhoramento genético. Na literatura reporta-se que na ausência do melhoramento a produtividade dos cultivos agrícolas poderia ter diminuído. Deste modo, é fundamental avaliar o progresso genético para otimizar a eficiência da seleção e avaliar as técnicas empregadas. O progresso genético foi estudado em várias culturas no Brasil e no mundo. Apesar de feitas interpretações do relacionamento entre caracteres, não foram encontrados na literatura métodos ou estimativas relacionadas ao progresso simultâneo quando mais de um caráter sofre seleção. Como os melhoristas se atém a seleção de mais de um caráter, ao estimar o progresso genético dever-se-ia considerar esse aspecto. Nesse sentido, vislumbrou-se a possibilidade de se reunir a informação de mais de um caráter, tal qual um índice em que restrições sobre o original de Smith representam os progressos individuais estimados. Isto posto, o objetivo deste trabalho foi estimar os progressos genéticos no melhoramento do tabaco para os caracteres de interesse e apresentar uma alternativa interpretativa de reunir os progressos individuais na estimativa do progresso simultâneo. Mensurou-se o progresso genético dos caracteres agronômicos e morfológicos ao longo de 40 anos de melhoramento de tabaco do grupo varietal Virginia pela avaliação de nove linhagens oriundas de quatro fases distintas no delineamento casualizado em blocos com quatro repetições em quatro locais representativos da cultura. Com base nas estimativas e no desenvolvimento teórico do índice com restrições apresentado, reuniram-se as estimativas referentes aos progressos individuais como uma forma de representar o progresso genético simultâneo. A análise de regressão mostrou ganhos significativos por era de 275,29kg há-1 para a produtividade de folhas curadas, o que representa um progresso de 10% da média do ciclo inicial. A altura de plantas, número de folhas expandidas, bem como a largura e comprimento das folhas também mostraram incrementos significativos. Devido à interação genótipos por ambientes, os progressos estimados na média dos quatro locais não são bons preditores dos progressos por local. O índice de qualidade geral e a remuneração do produtor não apresentaram os progressos esperados em razão de essas avaliações terem sido realizadas apenas nas fases finais da seleção. A estimativa do progresso simultâneo aferiu um incremento de 6% por era no cômputo dos caracteres avaliados e reflete o sucesso na seleção e melhoramento simultâneo desses caracteres. O índice desenvolvido não necessita arbitrar pesos econômicos, atende às restrições, e mostrou-se eficaz em reunir os progressos genéticos dos caracteres além de poder ser empregado com o propósito da seleção em níveis não independentes de seleção. / The importance of plant breeding is unquestionable. In the literature, it is reported that in the absence of crop improvement crop yield could have decreased. Therefore, it is crucial to evaluate the genetic progress in order to optimize the efficiency of the selection procedures and evaluate the employed techniques. Data on genetic progress were studied throughout the world as well as in Brazil. Besides the understanding of the underlying relationships between traits, there are no current methods or estimates regarding simultaneous progress, i.e., whenever more than one trait undergo selection. As the breeders generally carry out selection considering more than one trait, when estimating the genetic progress, this particular issue should be considered. In this context, it has become possible to summarize information from more than one trait, as an index, based on the classic Smith index with constraints which represent the estimates of individual traits progress. Thus, the objective of the present work was to estimate genetic progress in a tobacco breeding program and to present an interpretative and promising alternative to address the individual progress and hence estimate the simultaneous progress. The genetic progress of agronomic and morphological traits was estimated over a period of 40 years in which selection was carried out for obtaining superior inbred lines of the Virginia variety group. Nine inbred lines, derived from four distinct eras, were evaluated in randomized complete block designs with four replicates in four Brazilian representative sites of the tobacco crop. Based on both the results and theoretical developments of the constrained index, the estimates of individual progress were combined in order to represent the simultaneous genetic progress. The regression analysis showed a significant gain per era of 275.29kg ha-1 for cured leaf weight, corresponding to a progress of 10% relative to the estimated intercept. Traits such as plant height, expanded leaves, as well as width and length of leaves also showed a significant increase. Given the genotype by environment interaction, the estimated marginal progress of the four sites was not a good predictor of the progress at each site. On the other hand, the leaf quality index and the corresponding commercial value did not show the aimed trend due to the fact that both evaluations were performed at the final trials. The simultaneous progress increased the set of traits by 6% per era relative to the intercept. This reflects the sucess of selection and simultaneous improvement of traits. The proposed index does not require attributing economic weights, satisfies the restrictions, is effective in summarizing the genetic progress of multipletraits and can be applied considering multitrait selection through non independent culling levels.

Meliponiculture (or stingless beekeeping) is a powerful tool for sustainable economic development in the tropics. However, meliponiculture has many challenges as it lacks standardization in management and breeding practices. The aim of this thesis was to investigate stingless bee reproductive biology combined to management and breeding as background to meliponiculture improvement. In chapter 1, we performed a meta-analysis of heritability across the Hymenoptera in order to review current knowledge and discuss the challenges for bee breeding and conservation. In chapter 2, we assessed how sexual selection acts on male traits in the stingless bee Scaptotrigona aff. depilis and identified which traits may affect male fitness. In chapter 3, we estimated heritability and genetic correlations for the traits studied in the previous chapter, to understand how evolution shapes male traits and to identify important traits for breeding programs. Finally, in chapter 4 we investigated how the environment and long-term management influence colony productivity in Melipona subnitida (jandaíra), a commercially managed species in Northeastern Brazil. Our results revealed that morphological traits exhibit higher heritability estimates than fitness related traits, and in general, colony productivity traits showed potential for breeding. However, few studies are available for stingless bees yet. Male aggregations in S. aff depilis selected competitive males with higher quality sperm, indicating the importance of this mechanism in stingless bee mating biology. The studied male traits exhibited high heritability estimates, with exception of sperm length. Since aggregations selected males with shorter sperm, these results suggest selection for long-term sperm storage by queens and higher fertilization potential. The assessment of M. subnitida records revealed that honey production was affected by climate and management, and strategies to improve beekeeping practices were discussed. We believe this thesis provides important guidelines to establish successful stingless bee breeding programs / A meliponicultura, criação racional de abelhas sem ferrão, é uma poderosa ferramenta para o desenvolvimento econômico sustentável em regiões tropicais. No entanto, a prática da meliponicultura enfrenta diversos desafios, como a falta de padronização das técnicas de manejo e melhoramento genético. O objetivo desta tese foi investigar a biologia reprodutiva de abelhas sem ferrão aliada ao manejo e ao melhoramento genético, a fim de fornecer subsídios para o aprimoramento da meliponicultura. No capítulo 1, realizamos uma meta-análise sobre herdabilidade em Hymenoptera, a fim de compreender o conhecimento atual e os desafios associados ao melhoramento genético de abelhas e sua conservação. No capítulo 2, avaliamos como a seleção sexual atua em caracteres dos machos da espécie Scaptotrigona aff. depilis e identificamos quais caracteres podem influenciar o sucesso reprodutivo. No capítulo 3, estimamos a herdabilidade e correlações genéticas para os caracteres avaliados no capítulo anterior, a fim de entender como a evolução atua moldando os caracteres dos machos e quais desses caracteres podem ser utilizados em programas de melhoramento genético. Finalmente, no capítulo 4, investigamos o efeito do ambiente e do manejo na produtividade de colônias em Melipona subnitida (jandaíra), uma espécie manejada comercialmente no Nordeste brasileiro. Nossos resultados revelaram que caracteres morfológicos exibem estimativas de herdabilidade mais altas do que caracteres ligados ao sucesso reprodutivo. No entanto, poucos estudos com abelhas sem ferrão foram realizados até o momento. Agregações de machos em S. aff. depilis selecionaram machos mais competitivos que apresentaram maior qualidade espermática, indicando a importância desse mecanismo na biologia reprodutiva de abelhas sem ferrão. Os caracteres estudados apresentaram alta herdabilidade, com exceção do comprimento do espermatozoide. Como agregações selecionam machos com espermatozoides mais curtos, esses resultados sugerem seleção direcionada para um maior tempo de armazenamento do esperma pelas rainhas e maior potencial de fertilização. A avaliação dos registros de M. subnitida revelou que a produção de mel foi afetada pelo clima e pelo manejo, e estratégias a fim de melhorar as práticas da meliponicultura foram discutidas. Acreditamos que essa tese fornece importantes resultados para o estabelecimento de programas de melhoramento genético em abelhas sem ferrão

Os conceitos e métodos provindos das teorias de integração morfológica e de genética quantitativa formam o arcabouço teórico para o estudo da evolução de estruturas complexas, compostas de múltiplos caracteres que interagem entre si. Nesse trabalho, utilizamos o crânio como modelo de estrutura complexa e estudamos sua diversificação nas espécies de sapo do grupo Rhinella granulosa. As perguntas do trabalho foram: (1) A organização da (co)variação é similar entre as espécies?; (2) A organização da (co)variação é modular nas espécies, conforme expectativas baseadas em desenvolvimento ou função?; (3) Fatores externos, como filogenia e clima, estruturam a similaridade no padrão de covariação entre as espécies?; (4) A diversificação da morfologia média do crânio se deu por deriva ou seleção natural?; (5) A divergência na morfologia média do crânio está associada à variação climática entre as espécies?; e finalmente (6) Restrições evolutivas atuaram na divergência entre as espécies? Os espécimes foram escaneados e validamos o uso de imagens 3D para a mensuração de 21 distâncias lineares. Os crânios das espécies foram representados como matrizes fenotípicas (P) de covariância e de correlação entre as distâncias. A similaridade entre as P das espécies é alta. As P de todas as espécies se conformam a um padrão modular compatível com interações funcionais entre ossos. As diferenças entre as P concentram-se no rostro e são associadas a diferenças no clima entre as espécies. Detectamos sinal de seleção natural nos nós mais basais da filogenia e variação local no crânio está associada à variação na sazonalidade da chuva entre as espécies. Restrições evolutivas atuaram na diversificação do crânio das espécies, defletindo as respostas evolutivas para tamanho. Concluímos que tanto seleção estabilizadora e direcional, conectadas à variação climática, quanto restrições evolutivas atuaram na diversificação do crânio das espécies / Concepts and methods within the theories of morphological integration and quantitative genetics characterize the foundation to study the evolution of complex structures, composed of several traits that interact with each other. In this work, we used the skull as a model of complex structure and we studied its diversification in toad species belonging to the Rhinella granulosa group. The questions addressed were: (1) Is the (co)variance structure similar across species?; (2) Is the (co)variance structure modular in the species, and compatible with developmental or functional interactions among traits?; (3) Do external factors, such as phylogeny and climate, structure the similarity in covariance pattern across species?; (4) Was the diversification of skull mean morphology driven by drift or natural selection?; (5) Is skull divergence associated to climatic variation across species?; and finally, (6) Is there a role for evolutionary constraints in species skull divergence? We scanned all specimens and we validated the use of 3D images to measure 21 linear distances. The skull was represented as covariance and correlation phenotypic matrices (P) among distances. P similarity is very high among species. All species\' P had a modular pattern compatible with functional interactions among bones. Differences in P were concentrated in the snout and associated to differences in climate across species. We detected a selection signal in the three most basal nodes of the phylogeny and local variation in the skull is explained by between-species variation in precipitation seasonality. Evolutionary constraints played a major role in species skull diversification, biasing evolutionary responses towards the direction of size. We conclude that stabilizing and directional selection, connected to climatic variation, as well as evolutionary constraints, acted in species skull diversification

A modularidade é uma propriedade característica que sistemas biológicos exibem em relação à distribuição de interações entre seus elementos constituintes; neste contexto, um módulo é um subconjunto de elementos que interagem entre si mais do que com outros subconjuntos. Em relação aos sistemas morfológicos, tais propriedades referem-se geralmente à estrutura do componente linear do mapa genótipo/fenótipo; no entanto, as interações genéticas, ontogenéticas e funcionais que produzem fenótipos são descritas de forma adequada através de dinâmicas não-lineares, e uma apreciação completa da complexidade destas interações é necessária para a compreensão das propriedades variacionais do fenótipo. Ademais, dados avanços metodológicos na área da morfometria, é possível escolher diferentes maneiras de representar a variação morfológica, e as diferenças entre as representações podem impactar inferências feitas sobre estas propriedades variacionais. A presente tese tem como objetivo explorar a relação entre representações morfométricas e a caracterização das propriedades variacionais, focada na análise comparativa de tais propriedades em uma escala macroevolutiva; Primatas Antropóides são utilizados como modelo, dada a disponibilidade de uma grande base de dados de mensurações cranianas destes organismo. Esta relação foi avaliada sob três perspectivas diferentes. Em primeiro lugar, estima-se taxas de erro associadas aos testes de hipótese que descrevem padrões de modularidade, relacionadas com três representações morfométricas distintas; tal avaliação é também associada à exploração de um subconjunto da base de dados utilizada aqui, levando-se em consideração a dinâmica de interações ontogenéticas que produzem o crânio dos Antropóides. Os resultados deste capítulo implicam que uma dessas representações, resíduos de Procrustes, não são capazes de detectar padrões de modularidade neste contexto, considerando suas propriedades matemáticas específicas. Outras duas representações, distâncias entre marcos anatômicos e variáveis locais de forma, produzem resultados semelhantes, que estão diretamente associados à dinâmica de desenvolvimento, e as diferenças que elas apresentam são consistentes com suas diferenças principais; taxas de erro para os testes sobre as duas representações também são aceitáveis. O próximo capítulo trata da comparação entre estas duas representações no que diz respeito a estas diferentes propriedades, focado em estimar relações alométricas associadas às variáveis locais de forma e a relação entre estas estimativas e os padrões de modularidade estimados para distâncias entre marcos anatômicos. Os resultados encontrados enfatizam que os padrões de modularidade observados em distâncias entre marcos são consequência da alometria; linhagens como Homo e Gorilla, que apresentam padrões distintos de modularidade para as distâncias entre marcos estão associados a mudanças substanciais nas relações alométricas dos caracteres cranianos. O último capítulo explora a estrutura filogenética de mudanças nas propriedades variacionais fenotípicas na diversificação de Anthropoidea, considerando apenas variáveis de forma locais, uma vez que este capítulo também visa reforçar os resultados anteriores obtidos a partir de distâncias entre marcos, considerando-se um tipo diferente de representação morfométrica. Este capítulo muda o foco de testes a respeito de padrões de modularidade definidos a priori em direção a estimar a incerteza relacionada à estrutura de matrizes de covariância, decomposta sobre a filogenia de Anthropoidea. Os resultados obtidos demonstram que as mudanças na estrutura de covariância nesta linhagem são localizadas nas mesmas regiões do crânio ao longo de toda a história evolutiva do grupo, enquanto outras regiões mantêm associações estáveis. Assim, quando se considera as diferentes propriedades de representações morfométricas cuidadosamente, inferências feitas a partir de tais representações sobre propriedades variacionais são de fato compatíveis / Modularity is a characteristic property biological systems exhibit regarding the distribution of interactions between their composing elements; in this context, a module is a subset of elements which interact more among themselves than with other subsets. Regarding morphological systems, such property usually refers to the structure of the linear component of the genotype/phenotype map; however, the genetic, developmental, and functional interactions that produce phenotypes are often best described by non-linear dynamics, and a full appreciation of the complexity of such interactions is necessary for understanding phenotypic variational properties. Furthermore, given methodological advances in the field of morphometrics, one may choose different ways to represent morphological variation, and differences between representations may impact inferences made regarding variational properties. The present dissertation aims at exploring the relationship between morphometric representations and the characterization of variational properties, focusing on the comparative analysis of such properties on a macroevolutionary timeframe; Anthropoid Primates are used as a model lineage, given the availability of a large database of skull measurements. This relationship was evaluated under three different perspectives. First, an estimation of the error rates associated with tests for hypothesis that describe modularity patterns related to three different morphometric representations; such evaluation is also associated with an exploration of a subset of the database used here, considering the dynamical properties of developmental interactions that produce the Anthropoid skull. The results of this chapter imply that one of such representations, Procrustes residuals, fails to capture modularity patterns in this setting, considering its particular mathematical underpinnings. Other two representations, interlandmark distances and local shape variables, produce similar results which are directly associated with developmental dynamics, and the differences they exhibit are consistent with their different properties; error rates for tests over both representations are also acceptable. The next chapter deals with comparing these two representations with respect to these different properties, focusing on estimating allometric relationships over local shape variables and the relationship between such estimates and modularity patterns estimated for interlandmark distances. The results found stress out that modularity patterns observed in interlandmark distances are a consequence of allometry; lineages such as Homo and Gorilla, which exhibit distinct modularity patterns in interlandmark distances are associated with substantial changes in allometric relationships for skull traits. The last chapter explores the phylogenetic structure of changes in phenotypic variational properties across Anthropoid diversification, considering local shape variables alone, since this chapter also aims at reinforcing previous results obtained from interlandmark distances, considering a different type of morphometric representation. This chapter shifts the focus from testing a priori-defined modularity patterns to estimating the uncertainty related to covariance matrix structure decomposed over the Anthropoid phylogeny. The results obtained demonstrate that changes in covariance structure on this lineage are localized in the same skull regions across the entire evolutionary history of Anthropoidea, while other regions maintain stable associations. Thus, when one considers the different properties of morphometric representations carefully, inferences made from such representations regarding variational properties are in fact compatible