Lowland switchgrass (Panicum virgatum), big bluestem (Andropogon gerardii), indiangrass (Sorghastrum nutans), upland switchgrass (Panicum virgatum), little bluestem (Schizachyrium scoparium), beaked panicum (Panicum capillare), and purpletop (Tridens flavus) all show strong signs of seed dormancy which contributes to extremely poor field establishment. The objective of this work was to reduce seed dormancy by selecting individuals that exhibited reduced pre-stratification dormancy in laboratory tests. The classical breeding method of phenotypic recurrent selection was used to enhance germination. Of the three tall-stature species, lowland switchgrass made the greatest improvement in pre-stratification germination, followed by indiangrass and big bluestem. The four short stature species have shown various results after one cycle of selection at Starkville. A field emergence trial was also conducted to evaluate three cycles of breeding seed with five commercially available cultivars in which Cycle 3 seed produced more plants per hectare than any of the other cultivars or germplasm.

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Thesis (Ph.D.) - University of KwaZulu-Natal, Pietermaritzburg, 2009. / Submitted to the African Centre for Crop Improvement. Full text also available online. Scroll down for electronic link.

Thesis (Ph.D.) - University of KwaZulu-Natal, Pietermaritzburg, 2007. / Full text also available online. Scroll down for electronic link.

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Doctor of Philosophy / Genetics Interdepartmental Program / Jesse Poland / The Green Revolution is credited with saving billions of lives by effectively harnessing new genetic resources and breeding strategies to create high-yielding varieties for countries lacking adequate food security. To keep the next billion people in a state of food security, plant breeders will need to rapidly incorporate novel approaches and technologies into their breeding programs. The work presented here describes new genomic and phenomic strategies and tools aimed at accelerating genetic gain in plant breeding. Plant breeders have long relied on regional testing networks to evaluate new breeding lines across many locations. These are an attractive resource for both retrospective and contemporary analysis due to the vast amount of data available. To characterize genetic progress of plant breeding programs in the Central Plains, entries from the Southern Regional Performance Nursery dating back to 1992 were evaluated in field trials. The trend for annual improvement was 1.1% yr⁻¹, matching similar reports for genetic gain. During the same time period, growth of on-farm yields stagnated. Genomic selection, a promising method to increase genetic gain, was tested using historical data from the SRPN. A temporal-based model showed that, on average, yield predictions outperformed a year-to-year phenotypic correlation. A program-based model found that the predictability of a breeding program was similar when using either data from a single program or from the entire regional collection. Modern DNA marker platforms either characterize a small number of loci or profile an entire genome. Spiked genotyping-by-sequencing (sGBS) was developed to address the need in breeding programs for both targeted loci and whole-genome selection. sGBS uses a low-cost, integrated approach that combines targeted amplicons with reduced representation genotyping-by-sequencing. This approach was validated using converted and newly-designed markers targeting known polymorphisms in the leaf rust resistance gene Lr34. Plant breeding programs generate vast quantities of data during evaluation and selection of superior genotypes. Many programs still rely on manual, error-prone methods to collect data. To make this process more robust, we have developed several open-source phenotyping apps with simple, intuitive interfaces. A contemporary Green Revolution will rely on integrating many of these innovative technologies into modern breeding programs.

Orientador: Antônio Orlando Di Mauro / Coorientador: Sandra Helena Unêda-Trevisoli / Banca: Gustavo Vitti Môro / Banca: José Baldin Pinheiro / Banca: Elizabeth Ann Veasey / Banca: Luciana Rossini Pinto / Resumo: O gênero Jatropha pertencente à família Euphorbiaceae possui cerca de 170 espécies distribuídas nas regiões semi-áridas tropicais da África e das Américas. Dentre as espécies do gênero Jatropha, encontram-se o pinhão-manso (J. curcas L.), o pinhão-bravo (J. pohliana Müell), como é conhecido no Brasil e o pinhão-roxo (J. gossypiifolia L.). Estudos da variabilidade fenotípica e genética de uma população são importantes para melhoristas de plantas, pois auxiliam na caracterização de acessos, além de facilitar na seleção de parentais para cruzamentos direcionados. Assim, o presente estudo objetivou avaliar acessos de três espécies do gênero Jatropha de diferentes regiões do Brasil, por meio de caracteres morfológicos e marcadores moleculares ISSR, visando agrupá-los de acordo com o grau de divergência existente. Observou-se maior variabilidade interespecífica do que intraespecífica para grupos de acessos, tanto para caracteres morfológicos quanto para moleculares. Caracteres qualitativos e quantitativos mostraram variabilidade entre acessos e poderão servir como base em estudos genéticos futuros de espécies Jatropha. Não houve relação entre o padrão de similaridade e a procedência geográfica de acessos nas análises de agrupamentos pelo método UPGMA. A porcentagem média de polimorfismo encontrada para marcadores ISSR entre os acessos estudados foi de 40,6%. Houve maior similaridade genética entre acessos de J. pohliana e J. gossypiifolia e menor entre J. pohliana e J. curcas. / Abstract: The genus Jatropha belongs to the Euphorbiaceae family, it has about 170 species distributed in tropical semi- arid regions of Africa and the Americas. Among the species of Jatropha are physic nut (J. curcas L.), pinhão-bravo (J. pohliana Müell), as is known in Brazil and purple pinion (J. gossypiifolia L.). Studies of phenotypic and genetic variability of a population are important for plant breeders, as they help in the characterization of accessions, and facilitate the selection of parents for crosses targeted. Thus, the present study aimed to evaluate Jatropha accessions of three species by morphological characters and ISSR molecular markers in order to group them according to the degree of divergence. There was greater variability in interspecific than intraspecific groups to access, both for morphological and molecular characters. Qualitative and quantitative characters showed variability among accessions and could serve as a basis for future genetic studies of Jatropha species. There was no relation between the pattern of similarity and geographic origin of accessions in the cluster analysis by UPGMA. The average percentage of polymorphism for ISSR found among the accessions studied was 40.6%. There was greater genetic similarity among accessions of J. pohliana and J. gossypiifolia and lower among J. pohliana and J. curcas. / Doutor

Orientador: Eliana Gertrudes de Macedo Lemos / Coorientador: Cristina Lacerda Soares Petrarolha Silva / Banca: Dilermando Perecin / Banca: Miguel Luiz Menezes de Freitas / Banca: Ana Yamaguishi Ciampi / Banca: Carla Renata da Silva Baleroni Guerra / Resumo: Os marcadores microssatélites têm sido utilizados com frequência como ferramenta efetiva para estudos de diversidade e sistema reprodutivo de populações, possuem aplicabilidade prática, uma vez que podem ser obtidos pela construção de bibliotecas genômicas enriquecidas. Este trabalho teve como objetivo desenvolver e validar iniciadores SSR polimórficos para a espécie Pterogyne nitens e analisar a diversidade genética e o sistema reprodutivo de duas gerações dessa espécie em duas populações distintas. Foram avaliadas uma população localizada na cidade de Jaboticabal-SP (Pop. JB) e outra na cidade de Pereira Barreto-SP (Pop. PB), sendo 10 árvores matrizes e 30 progênies de cada árvore de cada população. Observou-se um total de 48 alelos para as duas gerações da Pop. JB e 41 alelos para a Pop. PB... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Microsatellites molecular markers have been used with frequency as an effective tool for studies of diversity and reproductive system of the populations, have practical applicability, since they can be obtained by the construction of enriched genomic libraries. The aim of this work was to develop and validate SSR polymorphic iniciadores for the Pterogyne nitens species, and to analyze the genetic diversity and the reproduction system of two generations of this species in two different populations. The two populations evaluated are located in Jaboticabal-SP (Pop. JB) and Pereira Barreto-SP (Pop. PB) municipalities. It was evaluated 10 tree matrices and 30 progenies from each tree of each population. The results showed a total of 48 alleles... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Ivan de Godoy Maia / Banca: Luiz Filipe Protasio Pereira / Banca: Jorge Mauríco Costa Mondego / Banca: Celso Luis Marino / Banca: Alessandra Ferreira Ribas / Resumo: A disponibilidade de promotores órgão/tecido-específicos responsáveis pela regulação de genes responsivos a estresses bióticos e abióticos constitui uma ferramenta fundamental para os programas de melhoramento genético do café (Coffea arabica) visando o incremento de resistência e tolerância. Relatamos aqui a caracterização de um promotor do gene que codifica uma provável peroxidase III em C. arabica (CaPrx), peroxidases da classe III (Prxs) são enzimas envolvidas numa variedade de processos fisiológicos relacionados com o estresse em plantas. A CaPrx é expressa em estágios iniciais da interação com o nematóide de galha (RKN). CaPrx mostrou expressão aumentada nas raízes de café inoculadas com RKN (Meloidogyne paranaensis) (12 h após a inoculação), mas nenhuma diferença significativa foi observada na expressão entre as plantas suscetíveis e resistentes. Ensaios com plantas de tabaco transgênicas portadoras do promotor CaPrx fusionado com o gene que codifica a β-glucuronidase (GUS), revelou que este promotor foi exclusivamente ativo nas galhas induzidas por RKN (Meloidogyne javanica). Em seções transversais de galhas, o repórter GUS foi detectado predominantemente em células gigantes. Um aumento na expressão do gene GUS em raízes de tabaco transgênicos foi detectado 16 horas pós-inoculação por RKN. Por outro lado, nenhuma alteração na expressão de GUS após tratamento com ácido jasmônico foi detectada. Um segundo estudo foi realizado a fim de desvendar o papel de um fator WRKY de café (CaWRKY1) na regulação do promotor do gene que codifica uma isoflavona redutase em café (CaIRL). Fatores de transcrição do tipo WRKY estão envolvidos na regulação da expressão de diversos genes de defesa em plantas. A região promotora do gene CaIRL possui diversos sítios W-boxes ao longo de sua sequência. Através de análises de deleção e ensaios de transativação ... / Abstract: Not available / Doutor

Orientador: Maurício Dutra Zanotto / Banca: Edson Seizo Mori / Banca: Juliana Parisotto Poletine / Banca: Carlos Jorge da Silva / Banca: Leo Zimback / Resumo: Como conseqüência do melhoramento de populações, novas ideias e métodos surgiram, procurando melhorar a eficiência na obtenção de linhagens e híbridos, bem como diminuir o tempo requerido na sua obtenção. Este é o caso do método dos Híbridos Crípticos, que corresponde essencialmente a um teste precoce de combinação através de cruzamentos entre plantas individuais. Apesar da possibilidade do método dos Híbridos Crípticos representar um ganho de tempo na produção de híbridos, pode ser considerado de uso restrito em programas de melhoramento de espécies alógamas, principalmente em decorrência da excessiva perda de vigor das linhagens femininas com a condução de sucessivas autofecundações. No tocante, supõe-se que em programas de melhoramento de espécies que possuem o sistema reprodutivo do tipo misto, o método possa se configurar como uma ferramenta efetiva em razão de que nestas espécies a depressão endogâmica é desprezível. Ao encontro da necessidade de informações que permitam avaliar o real potencial do método dos Híbridos Crípticos em espécies com sistema reprodutivo do tipo misto, objetivou-se neste trabalho analisar comparativamente o comportamento dos híbridos de mamoneira (Ricinus communis L.) produzidos pelo processo convencional, em que as linhagens são extraídas pelo método "Standard", com os obtidos pelo método dos Híbridos Crípticos. O estudo relata resultados de quatro caracteres agronômicos - produtividade de grãos, teor de óleo, produtividade de óleo e altura de plantas - de 24 híbridos / Abstract: As a consequence of population breeding, new ideas and methods have arisen in order to improve the efficiency in obtaining lines and hybrids, as well as to decrease the time required for their production. This is the case of the Cryptic Hybrids method, which corresponds essentially to an early combination test through breeding between individual plants. Although the Cryptic Hybrids method may represent time gain in hybrid production, it can be considered of restrict use in breeding programs of allogamous species, mainly due to excessive vigor loss in female lines with the conduction of successive self-pollinations. In breeding programs of species with mixed reproductive system, the method is supposed to be an effective tool since endogamic depression is negligible in these species. Based on the need of information that allow assessing the real potential of the Cryptic Hybrids method in mixed reproductive system, this study aimed to comparatively analyze the behavior of castor bean (Ricinus communis L.) hybrids produced through the conventional process, in which the lines are extracted by the Standard method, relative to those obtained by the Cryptic Hybrids method. The study reports grain productivity, oil content, oil productivity and plant height results for 24 interpopulational hybrids, of which 12 were conventionally produced and the other 12 were produced by the Cryptic Hybrids method; all of them were synthesized at the Department of Plant Production of the School of Agronomical Sciences. / Doutor