A produção de grãos e outros caracteres de importância econômica para a cultura do milho, tais como a altura da planta, o comprimento e o diâmetro da espiga, apresentam herança poligênica, o que dificulta a obtenção de informações sobre as bases genéticas envolvidas na variação desses caracteres. Associações entre marcadores e QTLs foram analisadas através dos métodos de mapeamento por intervalo composto (CIM) e mapeamento por intervalo Bayesiano (BIM). A partir de um conjunto de dados de produção de grãos, referentes à avaliação de 256 progênies de milho genotipadas para 139 marcadores moleculares codominantes, verificou-se que as metodologias apresentadas permitiram classificar marcas associadas a QTLs. Através do procedimento CIM, associações entre marcadores e QTLs foram consideradas significativas quando o valor da estatística de razão de verossimilhança (LR) ao longo do cromossomo atingiu o valor máximo dentre os que ultrapassaram o limite crítico LR = 11; 5 no intervalo considerado. Dez QTLs foram mapeados distribuídos em três cromossomos. Juntos, explicaram 19,86% da variância genética. Os tipos de interação alélica predominantes foram de dominância parcial (quatro QTLs) e dominância completa (três QTLs). O grau médio de dominância calculado foi de 1,12, indicando grau médio de dominância completa. Grande parte dos alelos favoráveis ao caráter foram provenientes da linhagem parental L0202D, que apresentou mais elevada produção de grãos. Adotando-se a abordagem Bayesiana, foram implementados métodos de amostragem através de cadeias de Markov (MCMC), para obtenção de uma amostra da distribuição a posteriori dos parâmetros de interesse, incorporando as crenças e incertezas a priori. Resumos sobre as localizações dos QTLs e seus efeitos aditivo e de dominância foram obtidos. Métodos MCMC com saltos reversíveis (RJMCMC) foram utilizados para a análise Bayesiana e Fator calculado de Bayes para estimar o número de QTLs. Através do método BIM associações entre marcadores e QTLs foram consideradas significativas em quatro cromossomos, com um total de cinco QTLs mapeados. Juntos, esses QTLs explicaram 13,06% da variância genética. A maior parte dos alelos favoráveis ao caráter também foram provenientes da linhagem parental L02-02D. / Grain yield and other important economic traits in maize, such as plant heigth, stalk length, and stalk diameter, exhibit polygenic inheritance, making dificult information achievement about the genetic bases related to the variation of these traits. The number and sites of (QTLs) loci that control grain yield in maize have been estimated. Associations between markers and QTLs were undertaken by composite interval mapping (CIM) and Bayesian interval mapping (BIM). Based on a set of grain yield data, obtained from the evaluation of 256 maize progenies genotyped for 139 codominant molecular markers, the presented methodologies allowed classification of markers associated to QTLs.Through composite interval mapping were significant when value of likelihood ratio (LR) throughout the chromosome surpassed LR = 11; 5. Significant associations between markers and QTLs were obtained in three chromosomes, ten QTLs has been mapped, which explained 19; 86% of genetic variation. Predominant genetic action for mapped QTLs was partial dominance and (four QTLs) complete dominance (tree QTLs). Average dominance amounted to 1,12 and confirmed complete dominance for grain yield. Most alleles that contributed positively in trait came from parental strain L0202D. The latter had the highest yield rate. Adopting a Bayesian approach to inference, usually implemented via Markov chain Monte Carlo (MCMC). The output of a Bayesian analysis is a posterior distribution on the parameters, fully incorporating prior beliefs and parameter uncertainty. Reversible Jump MCMC (RJMCMC) is used in this work. Bayes Factor is used to estimate the number of QTL. Through Bayesian interval, significant associations between markers and QTLs were obtained in four chromosomes and five QTLs has been mapped, which explained 13; 06% of genetic variation. Most alleles that contributed positively in trait came from parental strain L02-02D. The latter had the highest yield rate.

A produção de grãos e outros caracteres de importância econômica para a cultura do milho, tais como a altura da planta, o comprimento e o diâmetro da espiga, apresentam herança poligênica, o que dificulta a obtenção de informações sobre as bases genéticas envolvidas na variação desses caracteres. Associações entre marcadores e QTLs foram analisadas através dos métodos de mapeamento por intervalo composto (CIM) e mapeamento por intervalo Bayesiano (BIM). A partir de um conjunto de dados de produção de grãos, referentes à avaliação de 256 progênies de milho genotipadas para 139 marcadores moleculares codominantes, verificou-se que as metodologias apresentadas permitiram classificar marcas associadas a QTLs. Através do procedimento CIM, associações entre marcadores e QTLs foram consideradas significativas quando o valor da estatística de razão de verossimilhança (LR) ao longo do cromossomo atingiu o valor máximo dentre os que ultrapassaram o limite crítico LR = 11; 5 no intervalo considerado. Dez QTLs foram mapeados distribuídos em três cromossomos. Juntos, explicaram 19,86% da variância genética. Os tipos de interação alélica predominantes foram de dominância parcial (quatro QTLs) e dominância completa (três QTLs). O grau médio de dominância calculado foi de 1,12, indicando grau médio de dominância completa. Grande parte dos alelos favoráveis ao caráter foram provenientes da linhagem parental L0202D, que apresentou mais elevada produção de grãos. Adotando-se a abordagem Bayesiana, foram implementados métodos de amostragem através de cadeias de Markov (MCMC), para obtenção de uma amostra da distribuição a posteriori dos parâmetros de interesse, incorporando as crenças e incertezas a priori. Resumos sobre as localizações dos QTLs e seus efeitos aditivo e de dominância foram obtidos. Métodos MCMC com saltos reversíveis (RJMCMC) foram utilizados para a análise Bayesiana e Fator calculado de Bayes para estimar o número de QTLs. Através do método BIM associações entre marcadores e QTLs foram consideradas significativas em quatro cromossomos, com um total de cinco QTLs mapeados. Juntos, esses QTLs explicaram 13,06% da variância genética. A maior parte dos alelos favoráveis ao caráter também foram provenientes da linhagem parental L02-02D. / Grain yield and other important economic traits in maize, such as plant heigth, stalk length, and stalk diameter, exhibit polygenic inheritance, making dificult information achievement about the genetic bases related to the variation of these traits. The number and sites of (QTLs) loci that control grain yield in maize have been estimated. Associations between markers and QTLs were undertaken by composite interval mapping (CIM) and Bayesian interval mapping (BIM). Based on a set of grain yield data, obtained from the evaluation of 256 maize progenies genotyped for 139 codominant molecular markers, the presented methodologies allowed classification of markers associated to QTLs.Through composite interval mapping were significant when value of likelihood ratio (LR) throughout the chromosome surpassed LR = 11; 5. Significant associations between markers and QTLs were obtained in three chromosomes, ten QTLs has been mapped, which explained 19; 86% of genetic variation. Predominant genetic action for mapped QTLs was partial dominance and (four QTLs) complete dominance (tree QTLs). Average dominance amounted to 1,12 and confirmed complete dominance for grain yield. Most alleles that contributed positively in trait came from parental strain L0202D. The latter had the highest yield rate. Adopting a Bayesian approach to inference, usually implemented via Markov chain Monte Carlo (MCMC). The output of a Bayesian analysis is a posterior distribution on the parameters, fully incorporating prior beliefs and parameter uncertainty. Reversible Jump MCMC (RJMCMC) is used in this work. Bayes Factor is used to estimate the number of QTL. Through Bayesian interval, significant associations between markers and QTLs were obtained in four chromosomes and five QTLs has been mapped, which explained 13; 06% of genetic variation. Most alleles that contributed positively in trait came from parental strain L02-02D. The latter had the highest yield rate.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2017-06-02T16:19:15Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 390406 bytes, checksum: ccedce081a84047d48e29f58c45f1176 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-02T16:19:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 390406 bytes, checksum: ccedce081a84047d48e29f58c45f1176 (MD5) Previous issue date: 2003-09-05 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A aplicação de análises de “Quantitative Trait Loci” (QTL) em populações exogâmicas é desafiadora porque pressuposições simplificadoras não podem ser aplicadas (por exemplo, os alelos QTL não podem ser assumidos fixados em diferentes famílias, o número de alelos QTL segregantes não é conhecido a priori, não há desequilíbrio de ligação entre um dado alelo marcador e um dado alelo QTL). Quando o efeito genotípico do QTL é assumido aleatório no modelo de análise, a matriz de covariância gamética deve ser calculada para a realização das análises em populações exogâmicas. A acurácia dessa matriz é importante para a obtenção de estimativas confiáveis da posição ou efeito do QTL em análises de mapeamento, ou de valores genotípicos em avaliação genética assistida por marcadores. O objetivo do primeiro estudo foi avaliar diferente estratégias já implementadas em programas computacionais (SO- LAR, LOKI, ESIP e MATVEC) para calcular a matriz de coeficientes Idênticos por Descendência (IBD), que é necessária para o mapeamento de QTL em populações exogâmicas. SOLAR utiliza um método baseado em regressão linear, LOKI e ESIP são ambos baseados em “reverse peeling” e o amostrador implementado em MAT VEC amostra indicadores de segregação. Um pedigree com estrutura F2 típica foi simulado com uma família F2 pequena (2 indivíduos) ou grande (20 indivíduos) e marcadores flanqueadores localizados a 2 cM, 5 cM ou 10 cM de distância um do outro, com o QTL localizado no meio do intervalo. A habilidade dessas estratégias em lidar com informações de marcadores perdidas foi avaliada assumindo um dos pais da geração F2 com ou sem informação de marcador. SOLAR nao estimou os coeficientes IBD corretamente para a maior parte das situações simuladas, enquanto que LOKI apre- sentou problemas quando o tamanho da família F2 era grande. ESIP e o amostrador em MATVEC apresentaram bom desempenho em todas as situacões simuladas, com estimativas de coeficientes IBD próximas aos coeficientes verdadeiros. Portanto, ESIP e MATVEC são os softwares mais indicados quando analises genéticas são realizadas em pedigrees com estruturas complexas. O objetivo do segundo estudo foi avaliar o efeito da utilização de uma melhor aproximação da inversa da matriz de covariância gamética para a avaliação genética de grandes populações de animais domésticos. Algoritmos eficientes, baseados no rastreamento dos alelos QTL de um indivíduo em relação aos de seus avós (Probabilidade de Descendência de um QTL - PDQ), podem ser usados para construir a inversa da matriz de covariância gamética diretamente. Mas essa inversa é uma aproximação quando há informação incompleta de marcador. Também, o calculo exato de PDQºs torna-se difícil quando a informação de marcador é incompleta. Nesse estudo, a inversa da matriz de covariãncia gamética para uma pop- ulação exogãmica simulada foi calculada usando o algoritmo eficiente, mas as PDQ's foram calculadas usando um algoritmo Monte Carlo Cadeia de Markov (MCMC). Essa inversa foi utilizada para predizer o valor genético dos indivíduos através de BLUP assistido por marcadores (MABLUP). O efeito dos cálculos de PDQ usando o algoritmo MCMC sobre a acurãcia da MABLUP foi avaliado com base na resposta a seleção realizada, calculada para o pedigree simulado. Os resultados mostraram que quando as PDQ’S foram estimadas usando MCMC a perda em resposta devido ao uso da inversa aproximada pode ser reduzida em aproximadamente 20%, enquanto que em estudos anteriores essa redução foi de 50%. Ainda, quando quatro marcadores bi-alélicos foram utilizados a resposta para MABLUP foi maior e a perda em re- sposta devido a marcadores com informação perdida foi menor, quando comparadas a situação onde apenas dois marcadores bi-alélicos foram utilizados. / The application of Quantitative Trait Loci (QTL) analyses in outbred population is challenging because simplified assumptions do not hold for these populations (e.g., the QTL alleles cannot be assumed fixed in different families, the number of QTL alleles segregating is not known a priori, there is not gametic phase disequilibrium between a given genetic marker allele and a QTL allele). When the QTL genotypic effect is assumed random, the gametic covariance matrix must be calculated to per- form QTL analyses in outbred populations. The accuracy of this matrix is important to obtain reliable estimates of QTL position or effect when applying QTL mapping, or QTL genotypic values when applying Marker Assisted Genetic Evaluation. The objective of the first study was to evaluate the different strategies already imple- mented in softwares (SOLAR, LOKI, ESIP and MATVEC) to calculate the matrix of identical by descent (IBD) coefficients, which is required for QTL mapping anal- ysis in outbred populations. SOLAR uses a regression method, LOKI and ESIP are both based on reverse peeling, and the MAT VEC sampler samples segregation in- dicators. A typical F2 pedigree was simulated with a small (2 offspring) or a large (20 offspring) F2 family, and the flanking markers were simulated 2 CM, 5 CM, or 10 CM apart, with the QTL located in the middle. The ability of these strategies to deal with missing genetic marker information was evaluated assuming one of the F2 parents with or without marker information. SOLAR failed to estimate the correct coefficients at almost all situations simulated, while LOKI showed problems when a large family was present in the pedigree. ESIP and MATVEC sampler performed well at all situations, providing IBD coefficients closed to the true ones. Therefore, ESIP and MATVEC are more indicated when genetic analysis are carried out on complex pedigree structures. The objective of the second study was to evaluate the effect of using a better approximation of the inverse of the gametic covariance matrix on the genetic evaluation of large livestock populations. Efficient algorithms, based on trac- ing the QTL alleles of an individual to its grandmother or grandfather (probability of descent a QTL - PDQ’s), can be used to construct the inverse of the gametic covari- ance matrix directly. But this inverse is an approximation when incomplete marker information is available. Also, computing the exact PDQ’s becomes difficult when marker information is incomplete. In this study, the inverse of the gametic covariance matrix for a simulated outbred pedigree was calculated using the efficient algorithm, but the PDQ’s were calculated using a Markov chain Monte Carlo (MCMC) algo- rithm. This inverse was used to calculate the predicted genetic value of individuals through Marker Assisted Best Linear Unbiased Prediction (MABLUP). The effect of PDQ calculations using the MCMC algorithm on MABLUP accuracy was evaluated based on the realized response to selection for the simulated pedigree. The results showed that by estimating the PDQ’s by MCMC the loss in response because of using an approximate inverse could be reduced to about 20%, while in previous studies this reduction was of 50%. Further, response to MABLUP was greater when four bi-allelic markers were used, and the loss in response due to missing markers was smaller in the case with four markers compared to when only two bi-allelic markers were used. / Tese importada do Alexandria

Doctor of Philosophy / Department of Plant Pathology / James C. Nelson / The aim of quantitative trait locus (QTL) mapping is to identify association between DNA marker genotype and trait phenotype in experimental populations. Many QTL mapping methods have been developed to improve QTL detecting power and estimation of QTL location and effect. Recently, shrinkage Bayesian and penalized maximum-likelihood estimation approaches have been shown to give increased power and resolution for estimating QTL main or epistatic effect. Here I describe a new method, shrinkage interval mapping, that combines the advantages of these two methods while avoiding the computing load associated with them. Studies based on simulated and real data show that shrinkage interval mapping provides higher resolution for differentiating closely linked QTLs and higher power for identifying QTLs of small effect than conventional interval-mapping methods, with no greater computing time. A second new method developed in the course of this research toward increasing QTL mapping efficiency is the extension of multi-trait QTL mapping to accommodate incomplete phenotypic data. I describe an EM-based algorithm for exploiting all the phenotypic and genotypic information contained in the data. This method supports conventional hypothesis tests for QTL main effect, pleiotropy, and QTL-by-environment interaction. Simulations confirm improved QTL detection power and precision of QTL location and effect estimation in comparison with casewise deletion or imputation methods.

Estudar a arquitetura genética de uma dada característica quantitativa significa descrever os fatores genéticos e ambientais que a afetam, bem como o valor dos efeitos genéticos de cada loco e suas interações. O presente trabalho teve por objetivo geral estudar a arquitetura genética de características quantitativas associadas ao desempenho e ao rendimento de carcaça de uma população experimental oriunda do cruzamento entre uma linhagem de postura (CC) e uma de corte (TT) genotipada para marcadores microssatélites que foram associados ao peso vivo aos 42 dias na população recíproca TCTC nos cromossomos 1, 3 e 4. Para tanto, foram propostos três objetivos específicos: 1) caracterizar genotipicamente as duas populações referências (TCTC e CTCT); 2) construir mapas de ligação para a população CTCT; 3) mapear QTLs associados ao desempenho e ao rendimento de carcaça na população CTCT, utilizando o Mapeamento por Intervalo Composto (CIM). Os resultados evidenciaram que as duas linhagens parentais (CC e TT) possibilitaram a criação de gerações recíprocas F1 com elevados valores do conteúdo de informação polimórfica e heterozigosidade observada, resultado do satisfatório número de alelos verificado. Isto implica que as populações recíprocas F2, derivadas de ambas as gerações F1, são apropriadas para mapear QTLs associados ao desempenho e ao rendimento de carcaça. Adicionalmente, os mapas de ligação da população CTCT são similares ao de sua população recíproca TCTC e ao Mapa Consenso da galinha doméstica. A estimação de intervalos de confiança para as distâncias entre locos permitiu melhor entendimento das diferenças obtidas tanto no tamanho dos cromossomos quanto na ordem dos locos. Finalmente, foram observadas vantagens com o uso do CIM nas estimativas de número de QTLs mapeados e em suas posições. As regiões onde os QTLs foram mapeados neste estudo corroboram algumas daquelas da população recíproca TCTC, mas por outro lado sugerem que outras regiões do genoma dos cromossomos 1, 3 e 4 podem controlar tais características. Foram definidas duas regiões ainda não descritas na literatura no cromossomo 4: uma associada ao ganho de peso (MCW0240- LEI0063) e outra ao consumo de ração (LEI0085-MCW0174) 35-41 dias. Os resultados deste estudo podem ser explorados através do mapeamento fino, buscas in silico por genes candidatos por posição e validação em populações comerciais, a fim de implementar a seleção assistida por marcadores em programas de melhoramento genético avícolas. / Understanding the genetic architecture means to describe the genetic and environment factors that affect a quantitative trait, together with the estimation of individual genetic effects and its interactions. The aim of this work was to understand the genetic architecture of quantitative traits associated with performance and carcass yield of a chicken reference population created from crosses between a layer line (CC) and a broiler line (TT) genotyped for microsatellite markers that were associated with body weight at 42 days in its reciprocal cross on chromosomes 1, 3 and 4. Three specific topics were presented: 1) to characterize genotypically two reference populations (TCTC and CTCT); 2) to construct linkage maps in the CTCT population and 3) to map QTL associated with performance and carcass yield in CTCT population, using Composite Interval Mapping (CIM). The results showed that the two parental lines (CC and TT) created reciprocal F1 generations with suitable polymorphic information content values and observed heterozygosity, as result of the satisfactory number of alleles. This implies that the reciprocal F2 populations, derived from both F1 generations, are appropriated to map QTL associated with performance and carcass yield. The linkage maps from CTCT population were similar to its reciprocal population and to the Chicken Consensus Linkage Map. Estimating confidence intervals for distances between loci allowed the elucidation of the causes for differences both on chromosome sizes and on order loci. Finally, there were advantages in using CIM, mainly on QTL number and location. The regions where QTLs were mapped in this study not only corroborated some results from TCTC reciprocal population, but also suggested that other genome regions on chromosomes 1, 3 and 4 may control such traits. On chromosome 4 two regions were defined that were not previously described in the literature: one associated with weight gain (MCW0240-LEI0063) and another one with feed intake (LEI0085-MCW0174) at 35- 41 days. The results of this study can be explored through fine mapping, searches in silico for candidate genes and by validation in commercial populations, in order to implement marker assisted selection in poultry breeding programs.

Made available in DSpace on 2017-07-25T19:30:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Caroline Coelho D.pdf: 2827635 bytes, checksum: c705ec3ee73baeecb572d551dae9bae8 (MD5) Previous issue date: 2015-12-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The objectives of this work were to determine the genetic inheritance, map QTL Al tolerance and quantify the differential gene expression of Al tolerance genes in tropical origin maize. To determine the genetic control of Al tolerance were evaluated diallel crosses between contrasting genotypes in the hybrid maize germplasm and maize landrace germplasm. Affiliates generations of diallel crosses and parental of respective crosses were evaluated for Al tolerance through minimal solution methodology. The DIF data (root growth difference) were analyzed by diallel Griffing model (1956) Method 2 (parental, hybrid and reciprocal). Later was determined the tolerance inheritance from average analysis of segregating generations. The landrace genotypes showed overall higher DIF average to hybrid germplasm, confirming the greater tolerance in this group. The diallel crosses involving the V 06 landrace stood out by the high specific and general combining ability for Al tolerance. The results of the generation average analysis indicated, for all families studied, quantitative inheritance of Al tolerance with predominance of genetic variance explained by additive effects. The heritability in the narrow sense was of intermediate magnitude, indicating the possibility of genetic gains to artificial selection of Al tolerant genotypes in F2 generation. The QTL mapping was performed based on phenotypic analysis of 114 F2:3 progenies, evaluated at minimum solution in presence of 4 mg L-1 Al. Microsatellite and AFLPs polymorphic loci between the parental lines of the mapping population were used for construction of the linkage map with the help of MAPMAKER program version 3.0 and QTL detection performed by the composite interval mapping. Nine tolerance QTLs were mapped in eight linkage groups (chromosomes 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9 and 10), which explained 70.3% of phenotypic variation in Al tolerance. The results confirmed the three major QTL (bins 6.00, 8.05 and 10.01) described in the literature for Al tolerance, which were responsible for the most of phenotypic variation (40.3%). The high number of mapped QTLs in F2:3 segregating population confirms the quantitative inheritance of Al tolerance in the tropical maize germplasm. The molecular screening of ZmMATE1 and ZmMATE2 genes in hybrid and landraces maize germplasm showed no association of the amplified fragments with Al tolerance index. For studies of gene expression, the tolerant (H 44 and V 18) and sensitive genotypes (V H 22 and 25) were subjected to minimal solution for different exposure periods (0, 1, 3, 6, 9, 12, 24 and 48 h). After total RNA extraction from each genotype and the synthesis of cDNAs from each sample, were performed qRT-PCR assays to quantitate the expression of ZmMATE1, ZmMATE2 and ZmNrat1 genes. The results showed the highest differential expression of tolerant landrace V 18 for ZmMATE1 gene, indicating that, possibly, the exudation of citrate should be the main mechanism of Al tolerance in this genotype. The results also demonstrated the possibility of another type Al tolerance mechanism for the tolerant hybrid H 44, since showed differential expression only for ZmNrat1 gene in initial phase of exposure (1 to 3 h). The same genotypes used in the gene expression quantification were evaluated for roots differential staining with hematoxylin. The genotypes were submitted to minimal solution with Al for 6, 12, 24 and 48 h exposure times, evaluating the differential staining of roots in the respective periods. It was not possible to observe differential staining with hematoxylin among maize tolerant and sensitive genotypes to Al. / Os objetivos do trabalho foram determinar a herança genética, mapear os QTLs de tolerância ao Al e quantificar a expressão gênica diferencial de genes de tolerância ao Al em milho de origem tropical. Para determinar o controle genético da tolerância ao Al foram avaliados cruzamentos dialélicos entre genótipos contrastantes dentro do germoplasma de milho híbrido e dentro do germoplasma de milho crioulo. As gerações filiais dos cruzamentos dialélicos e os respectivos parentais dos cruzamentos foram avaliados quanto à tolerância ao Al através da metodologia de solução mínima. Os dados do DIF (diferença de crescimento radicular) foram submetidos à análise dialélica pelo modelo de Griffing (1956) método 2 (parentais, híbridos e recíprocos). Posteriormente, foi determinada a herança da tolerância a partir da análise de médias de gerações segregantes. Os genótipos de milho crioulo demonstraram média geral de DIF superior ao germoplasma híbrido, confirmando a maior tolerância neste grupo. Os cruzamentos dialélicos que envolveram a variedade crioula V 06 destacaram-se pela alta capacidade específica e geral de combinação para a tolerância ao Al. Os resultados da análise de média de gerações indicaram, para o conjunto de famílias estudadas, herança quantitativa da tolerância ao Al, com predomínio da variância genética explicada pelos efeitos aditivos. A herdabilidade no sentido restrito foi de magnitude intermediária, indicando a possibilidade de ganhos genéticos com a seleção artificial de genótipos tolerantes ao Al na geração F2. O mapeamento de QTLs foi realizado com base na análise fenotípica de 114 progênies F2:3, avaliadas em solução mínima na presença de 4 mgL-1 de Al. Os locos microssatélites e AFLPs polimórficos entre as linhagens parentais da população de mapeamento foram utilizados para a construção do mapa de ligação com o auxílio do programa MAPMAKER versão 3.0 e a detecção dos QTLs realizada pelo mapeamento por intervalo composto. Foram mapeados nove QTLs de tolerância em oito grupos de ligação (cromossomos 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9 e 10), os quais explicaram 70,3% da variação fenotípica em tolerância ao Al. Os resultados confirmaram os três principais QTLs (bins 6.00, 8.05 e 10.01) descritos na literatura para a tolerância ao Al, os quais foram responsáveis pela maior parte da variação fenotípica (40,3%). O elevado número de QTLs mapeados na população segregante F2:3 confirma a herança quantitativa da tolerância ao Al neste germoplasma de milho tropical. O screening molecular dos genes ZmMATE1 e ZmMATE2 nos germoplasmas de milho híbrido e de variedades crioulas não evidenciou associação dos fragmentos amplificados com os índices de tolerância ao Al. Para os estudos de expressão gênica, os genótipos tolerantes (H 44 e V 18) e os sensíveis (H 22 e V 25) foram submetidos à solução mínima por diferentes períodos de exposição (0, 1, 3, 6, 9, 12, 24 e 48 h). Após a extração de RNA total de cada um dos genótipos e a síntese dos cDNAs de cada amostra foram realizados ensaios de qRT-PCR para quantificar a expressão dos genes ZmMATE1, ZmMATE2 e ZmNrat1. Os resultados demonstraram a maior expressão diferencial da variedade crioula tolerante V 18 para o gene ZmMATE1, indicando que, possivelmente, a exsudação de citrato deva ser o principal mecanismo de tolerância ao Al neste genótipo. Os resultados também evidenciaram a possibilidade de outro tipo de mecanismo de tolerância ao Al para o híbrido tolerante H 44, pois apresentou expressão diferencial apenas para o gene ZmNrat1 na fase inicial da exposição (1 a 3 h). Os mesmos genótipos utilizados na quantificação da expressão gênica foram avaliados para a coloração diferencial de raízes com hematoxilina. Os genótipos foram submetidos à solução mínima com Al por períodos de exposição de 6, 12, 24 e 48 h, avaliando-se a coloração diferencial das raízes nos respectivos períodos. Não foi possível observar coloração diferencial com hematoxilina entre genótipos de milho tolerantes e sensíveis ao Al.

Estudar a arquitetura genética de uma dada característica quantitativa significa descrever os fatores genéticos e ambientais que a afetam, bem como o valor dos efeitos genéticos de cada loco e suas interações. O presente trabalho teve por objetivo geral estudar a arquitetura genética de características quantitativas associadas ao desempenho e ao rendimento de carcaça de uma população experimental oriunda do cruzamento entre uma linhagem de postura (CC) e uma de corte (TT) genotipada para marcadores microssatélites que foram associados ao peso vivo aos 42 dias na população recíproca TCTC nos cromossomos 1, 3 e 4. Para tanto, foram propostos três objetivos específicos: 1) caracterizar genotipicamente as duas populações referências (TCTC e CTCT); 2) construir mapas de ligação para a população CTCT; 3) mapear QTLs associados ao desempenho e ao rendimento de carcaça na população CTCT, utilizando o Mapeamento por Intervalo Composto (CIM). Os resultados evidenciaram que as duas linhagens parentais (CC e TT) possibilitaram a criação de gerações recíprocas F1 com elevados valores do conteúdo de informação polimórfica e heterozigosidade observada, resultado do satisfatório número de alelos verificado. Isto implica que as populações recíprocas F2, derivadas de ambas as gerações F1, são apropriadas para mapear QTLs associados ao desempenho e ao rendimento de carcaça. Adicionalmente, os mapas de ligação da população CTCT são similares ao de sua população recíproca TCTC e ao Mapa Consenso da galinha doméstica. A estimação de intervalos de confiança para as distâncias entre locos permitiu melhor entendimento das diferenças obtidas tanto no tamanho dos cromossomos quanto na ordem dos locos. Finalmente, foram observadas vantagens com o uso do CIM nas estimativas de número de QTLs mapeados e em suas posições. As regiões onde os QTLs foram mapeados neste estudo corroboram algumas daquelas da população recíproca TCTC, mas por outro lado sugerem que outras regiões do genoma dos cromossomos 1, 3 e 4 podem controlar tais características. Foram definidas duas regiões ainda não descritas na literatura no cromossomo 4: uma associada ao ganho de peso (MCW0240- LEI0063) e outra ao consumo de ração (LEI0085-MCW0174) 35-41 dias. Os resultados deste estudo podem ser explorados através do mapeamento fino, buscas in silico por genes candidatos por posição e validação em populações comerciais, a fim de implementar a seleção assistida por marcadores em programas de melhoramento genético avícolas. / Understanding the genetic architecture means to describe the genetic and environment factors that affect a quantitative trait, together with the estimation of individual genetic effects and its interactions. The aim of this work was to understand the genetic architecture of quantitative traits associated with performance and carcass yield of a chicken reference population created from crosses between a layer line (CC) and a broiler line (TT) genotyped for microsatellite markers that were associated with body weight at 42 days in its reciprocal cross on chromosomes 1, 3 and 4. Three specific topics were presented: 1) to characterize genotypically two reference populations (TCTC and CTCT); 2) to construct linkage maps in the CTCT population and 3) to map QTL associated with performance and carcass yield in CTCT population, using Composite Interval Mapping (CIM). The results showed that the two parental lines (CC and TT) created reciprocal F1 generations with suitable polymorphic information content values and observed heterozygosity, as result of the satisfactory number of alleles. This implies that the reciprocal F2 populations, derived from both F1 generations, are appropriated to map QTL associated with performance and carcass yield. The linkage maps from CTCT population were similar to its reciprocal population and to the Chicken Consensus Linkage Map. Estimating confidence intervals for distances between loci allowed the elucidation of the causes for differences both on chromosome sizes and on order loci. Finally, there were advantages in using CIM, mainly on QTL number and location. The regions where QTLs were mapped in this study not only corroborated some results from TCTC reciprocal population, but also suggested that other genome regions on chromosomes 1, 3 and 4 may control such traits. On chromosome 4 two regions were defined that were not previously described in the literature: one associated with weight gain (MCW0240-LEI0063) and another one with feed intake (LEI0085-MCW0174) at 35- 41 days. The results of this study can be explored through fine mapping, searches in silico for candidate genes and by validation in commercial populations, in order to implement marker assisted selection in poultry breeding programs.

Thesis (Ph.D. (Plant Production)) -- University of Limpopo, 2021 / Cassava (Manihot esculenta Crantz) is a widely cultivated crop in many tropical countries in Africa, Latin America, and Asia. Cassava is a staple food security crop for over one billion people worldwide. It is a multi‑purpose and well adapted to different agricultural production systems. Although cassava is adaptable to marginal soils with low fertility, and to irregular rainfall conditions, as it allows a relatively stable productivity and flexibility for harvesting process, the challenges posed by global climate change (both temperature and drought severity increasing) have caused negative impacts on this crop‘s productivity. Given the increasing demand for higher productivity to improve food security and alleviate poverty in the dry prone regions of Africa, there is a concurrent increasing demand to expand production into marginal ecologies and improve its adaptation in such ecologies. Breeding efforts have resulted in the development of high-yielding varieties, but due to late bulking and long time taken before crop is ready for harvest, the improved varieties were not easily adopted by farmers. The complex nature of yield and other productivity traits, coupled with the biology of cassava, make it more challenging to improve the crop. However, biotechnology has revolutionised breeding with the development of advanced molecular tools that have facilitated breeding-by-design approaches leading to effective manipulation of genes for complex traits. The potential and impact of the new tools are now providing a stronger basis to adopt molecular breeding to genetically improve the crop for key traits. The main objectives of the research were to: (i) Develop a mapping population and identify traits driving the physiological basis of drought tolerance in F1 cassava genotypes; (ii) Identify traits linked with early bulking in the F1 population; (iii) Identify quantitative trait loci (QTLs) for drought tolerance and early bulking in F1 cassava genotypes; and (iv) Estimate the genetic improvement for drought tolerance in the F1 population. Two genotypes (TMS98/0505 and TMS98/0581) with contrasting desirable traits such as high yield in marginal environment, good disease resistance, vigour, and flowering potentials were used in the development of the mapping population used in this study. Results indicate that there was a positive correlation between yield, yield-related traits .and morphological/physiological traits. Principal component analysis identified the scar level, height of stem with leaf, fresh root yield, dry root yield, root number and dry-matter content as traits driving drought tolerance in marginal environment. This study also identified early-bulking cassava varieties in the F1 population and traits associated with early bulking. Fresh root yield was significantly associated with morphological and productivity traits while principal component analysis identified important traits such as root weight, root number, plant biomass, fresh root yield, plant height, , and stem diameter. Composite interval mapping identified 27QTLs and 30 QTLs in the first and second year, respectively, associated with the traits phenotyped in dry savannah ecology of Nigeria, while 16 and 12 QTLs associated with early bulking at 7 MAP were identified in the first and second year. Identification of these loci will aid breeding for drought tolerance and early root bulking in cassava. There was a better performance among traits such as biomass, root number, dry-matter content, number of scars, number of leaves, and length of stem with leaf in the second population (population C) than in the first population (population B). Twenty superior genotypes were selected from population C, which will be incorporated in the breeding programmes for further evaluation and germplasm enhancement. KEY WORDS: Composite interval mapping, Fresh root yield, Manihot esculenta, morphological traits, Population C, physiological traits. / National Root Crops Research Institute (NRCRI) Umudike