Crops, such as sugarcane, potato, and several forages and berries, are autopolyploids. In plant breeding studies, a key subject is the pairwise relatedness between cultivars. This information can be incorporated in GWAS (genome-wide association) and GS (genomic selection) studies allowing powerful genetic analysis. Despite the autopolyploid importance in agriculture, they lack genetic studies considering ploidy level, and, therefore, polyssomic inheritance. Our objective in this work is: i) to investigate, through simulations, different molecular pairwise relatedness estimators; ii) to recommend which one is the best to be used in different scenarios regarding characteristic as number of loci, number of alleles, ploidy level, double-reduction, and inbreeding level. Our recommendations may guide autopolyploid breeding programs will be able to choose the best strategies and estimators based their reality. / Culturas agrícolas como cana-de-açúcar, batata, batata doce, diferentes forrageiras e frutas são autopoliploides. Em melhoramento de plantas, o conhecimento do parentesco entre cultivares é crítico. Essa informação pode ser incorporada em estudos de GWAS (genome-wide association studies) e GS (genomic selection) permitindo uma análise genética e predição de QTLs e valores genéticos de maior poder estatístico. No entanto, faltam estudos genéticos que considerem parentesco em um cenário autopoliploide. Nossos objetivos neste trabalho são: i) investigar, através de simulações, diferentes estimadores de parentesco entre indivíduos; ii) recomendar o melhor estimador basedo em cenários específicos considerando diferentes número de loci, número de alelos, ploidia, nível de dupla-redução e endogamia. Nossas recomendações poderão orientar estratégias de programas de melhoramento genético de espécies autopoliploides para escolha de estimadores baseados em seu cenário específico.

Submitted by Cláudia Bueno (claudiamoura18@gmail.com) on 2015-10-20T16:00:07Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Daniel Garcia Silva - 2012.pdf: 2191471 bytes, checksum: 68bc7d63efc7307ce6b62a63489d372d (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-10-21T10:02:07Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Daniel Garcia Silva - 2012.pdf: 2191471 bytes, checksum: 68bc7d63efc7307ce6b62a63489d372d (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-21T10:02:07Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Daniel Garcia Silva - 2012.pdf: 2191471 bytes, checksum: 68bc7d63efc7307ce6b62a63489d372d (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2012-06-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Sugarcane is an important crop, cultivated in more than 90 countries, occupying an area of approximately 20 million of hectares. Modern varieties (Saccharum spp.) are highly heterozygous interspecific hybrids, polyploids and often aneuploids, with chromosome numbers between 100 and 130. Such characteristics explain the common opinion that the genome of sugarcane is the most complex among cultivated species, posing a challenge to breeding programs. As a contribution to the understanding of this complex genomic architecture, this study aimed to build the first linkage maps using exclusively DArT markers in sugarcane. The maps were built using a progeny derived from the cross between varieties largely used in the Brazilian breeding program of RIDESA (RB97327 x RB72454). The initial mapping population comprised 186 individuals. Total genomic DNA was extracted from axial buds, following the protocol of Al-Janabi et al. (1999). Using the DArT P/L core facility to generate DArT data, a total of 7680 markers were analyzed, of which 850 were polymorphic. The analysis of segregation patterns in the progeny revealed that 47% of the individuals in the progeny were in fact derived from selfing of the female parent RB97327. These individuals were analyzed as a distinct generation. Linkage analyses were then performed on two populations (from selfing and crossing) separately. The software OneMap was used to construct the maps. The established linkage criteria for linkage analysis were LOD-score ≥ 3.5 and recombination fraction ≤ 0.4. In the first map, built using data from individuals originated from selfing, from 850 polymorphic markers, 392 markers (segregating in a 3:1 manner) were used to create 80 linkage groups related to the variety RB97327. For the population derived from the biparental crossing, four linkage maps were built: an integrated map composed of 98 linkage groups including 632 markers (1:1 and 3:1); an integrated framework map, using a more conservative ordering criteria for the linkage groups, which was composed of 94 linkage groups; and two other linkage maps, one for each parent (RB97327 and RB72454), built to estimate the genome size of the varieties involved in this study. The total length of the linkage map built using data from individuals derived from selfing of the variety RB97327 was 828 cM. The total length of the integrated linkage map was 2848 cM. The lengths of the maps built for each parent, using data from individuals derived from crossing, were 1465 cM (RB97327) and 1976 cM (RB72454). Using the methodology of Hulbert et al. (1988), the estimated genome sizes for these varieties were 2811 cM e 3471 cM, respectively. The maps obtained in these cases covered a low percentage of the estimated genome sizes (52% and 57%). In spite of the low polymorphism, DArT markers showed to be an efficient technique to perform genotyping of sugarcane. Hundreds of polymorphic markers were generated in only one assay, using two methods of genome complexity reduction. These markers represent a new tool for genetic studies in sugarcane, especially if the low cost (USD/marker) involved in data production is considered. / A cana-de-açúcar é uma importante cultura, cultivada em mais de 90 países, ocupando uma área total de aproximadamente 20 milhões de hectares. As variedades modernas (Saccharum spp.) são híbridos interespecíficos altamente heterozigóticos, poliploides e frequentemente aneuploides, com número cromossômico variando de 100 a 130. Tais características proporcionaram ao genoma da cana-de-açúcar o título de mais complexo entre as espécies cultivadas, o que representa um desafio para os programas de melhoramento genético da cultura. No intuito de contribuir com dados que auxiliem na compreensão dessa complexa arquitetura genômica, o presente estudo objetivou a construção dos primeiros mapas de ligação para cana-de-açúcar utilizando exclusivamente marcadores DArT, avaliados na progênie derivada do cruzamento de variedades amplamente utilizadas nos programas de melhoramento da RIDESA (RB97327 x RB72454). A população inicial de mapeamento foi composta por 186 indivíduos. O DNA genômico foi extraído de gemas axiais, seguindo o protocolo proposto por Al-Janabi et al. (1999). Após a extração, quantificação e homogeneização da concentração de DNA das amostras, o material foi enviado para a empresa DArT P/L para a geração dos marcadores DArT. Um total de 7680 locos foi analisado, dos quais 850 se apresentaram polimórficos. A análise dos padrões de segregação obtidos na progênie revelou que 47% dos indivíduos da progênie avaliada foram provenientes de autofecundação do genitor feminino RB97327. Os indivíduos identificados como provenientes de autofecundação foram analisados como uma geração distinta. As análises de ligação foram realizadas nas duas populações separadamente. O software OneMap foi utilizado para a construção dos mapas. Os critérios estabelecidos para proceder com as análises de ligação foram LOD-score ≥ 3,5 e fração de recombinação ≤ 0,4. No primeiro mapa, originário da população de autofecundação, dos 850 marcadores polimórficos, 392 marcadores com segregação 3:1 foram utilizados para originar 80 grupos de ligação referentes à variedade RB97327. Para a população derivada do cruzamento biparental foram construídos quatro mapas de ligação: um mapa integrado composto por 98 grupos de ligação a partir da análise de 632 marcadores (com segregações 1:1 e 3:1); um mapa framework integrado, construído a partir de uma ordenação mais refinada dos marcadores dentro de cada um dos grupos de ligação, o qual foi composto por 94 grupos de ligação; e, com o objetivo de se estimar o tamanho do genoma das variedades envolvidas neste estudo, dois mapas de ligação, um para cada genitor (RB97327 e RB72454). O comprimento total do primeiro mapa, referente à variedade RB97327, foi de 828cM. O comprimento total do mapa integrado foi de 2848 cM. Os comprimentos totais dos mapas obtidos para cada um dos genitores, gerados a partir de dados da população de cruzamento biparental, foram de 1465Cm (RB97327) e de 1976 cM (RB72454). Utilizando a metodologia de Hulbert et al. (1988), os tamanhos estimados dos genomas das variedades RB97327 e RB72454 foram 2811 cM e 3471 cM, respectivamente. Assim, pode-se afirmar que os mapas obtidos neste caso apresentaram baixa cobertura (52% e 57%), perante o tamanho estimado dos genomas. Apesar do baixo polimorfismo, os marcadores DArT se mostraram eficientes na genotipagem de progênies de cana-de-açúcar, pois, centenas de marcas polimórficas foram geradas em apenas um ensaio, com dois métodos de redução de complexidade. Estes marcadores representam uma nova ferramenta para o desenvolvimento de estudos genéticos em cana-de-açúcar, principalmente se considerado o baixo custo (R$/marcador) envolvido na obtenção dos genótipos.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-04-18T11:03:26Z No. of bitstreams: 1 christianedovalleribeiro.pdf: 1049142 bytes, checksum: 98e994d5887430998d905b84484671d5 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-04-24T03:08:45Z (GMT) No. of bitstreams: 1 christianedovalleribeiro.pdf: 1049142 bytes, checksum: 98e994d5887430998d905b84484671d5 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-24T03:08:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 christianedovalleribeiro.pdf: 1049142 bytes, checksum: 98e994d5887430998d905b84484671d5 (MD5) Previous issue date: 2015-07-27 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Lippia alba é uma planta medicinal que pertence à família Verbenaceae e é conhecida popularmente como erva cidreira. A espécie possui duas características que merecem destaque, é rica em óleos essenciais de interesse econômico e apresenta-se como um complexo poliploide, com números cromossômicos de 2n= 30, 38, 45, 60 e 90. Dessa maneira, L. alba é uma espécie interessante, tanto para a ciência aplicada, quanto para a ciência básica. Este trabalho teve como objetivo produzir plantas poliploides artificiais de L. alba para serem utilizadas em futuros estudos de melhoramento e evolução. Foi utilizado o acesso BGEN02 (2n=2x=30) para a produção de plantas autotetraploides (2n=4x=60). As plantas foram propagadas em meio de cultura MS livre de hormônios e a exposição à colchicina foi realizada misturando-a ao meio MS e inoculando os segmentos nodais. As plantas foram lavadas 3 vezes em água destilada e reinoculadas em meio MS livre de colchicina para posterior análise de nível de ploidia por citometria de fluxo. Foram realizados três experimentos de indução de poliploidia: experimento 1, experimento 2 e experimento 3. Nos dois primeiros, a análise de ploidia foi feita após a organogênese do explante (40 DAI) e no terceiro, a citometria de fluxo foi feita imediatamente após a exposição à colchicina, em curtos intervalos de tempo, para monitorar as alterações de ploidia nesse período. No experimento 1, foram utilizadas diversas concentrações de colchicina, para obter informações sobre as melhores concentrações para realizar os experimentos seguintes. A concentração de melhor resultado (0,2%) juntamente com uma concentração 10 vezes menor (0,02%) foram utilizadas no experimento 2 de indução de poliploidia, para comparar efeitos de baixa e alta concentração. Essas duas concentrações foram utilizadas também no experimento 3, no qual se utilizou dos percentuais de células em 4C e 8C para inferir a ploidia. Poliploides com aproximadamente 6 cm de comprimento foram aclimatizados utilizando substrato para plantio BioPlant ®. No experimento 1, as análises por citometria de fluxo revelaram poliploides nas concentrações de 0,2% e 0,5%, sendo que a primeira produziu maior número de plantas com ploidia alterada. Embora os tratamentos mais fortes tenham causado maior alteração de ploidia, os mesmos causaram maior mortalidade. Com os resultados do experimento 3, foi possível concluir que a concentração 0,2% aumentou os percentuais de células em 4C e 8C, ou seja, produziu células poliploides. Esse resultado corrobora os achados nos experimentos 1 e 2, em que o tratamento de 0,2% foi o que mais produziu plantas poliploides e mixoploides. Portanto, conclui-se que (1) o presente estudo obteve êxito em induzir autotetraploides artificiais de L. alba utilizando a colchicina e as técnicas de cultura de tecidos vegetais in vitro; (2) que as concentrações de 0,2% e 0,5% de colchicina foram capazes de produzir plantas autotetraploides nessa espécie e (3) que as concentrações altas apresentaram maior efeito de alteração de ploidia nos explantes de L. alba. / L. alba is an important medicinal plant that belongs to the family Verbenaceae and is popularly known as falsa melissa or erva cidreira. This species has two features that are very important, it is rich in essential oils of economic interest and is a polyploid complex, with chromosome numbers 2n= 30, 38, 45, 60 and 90. Thus, L. alba is an interesting species, for both the applied and basics research, for plant breeding (improving essential oils) and for evolutionary studies. The aim of this work was to induce artificial polyploid L. alba plants for improvement and evolutionary studies. Biological material was constituted by an accession of L. alba (BGEN02 2n=2x=30). This accession was employed to produce autotetraploid plants (2n=4x=60). Plants were propagated by in vitro tissue culture in MS hormone free culture medium. For the colchicine treatment, colchicine solution was mixed with MS medium and the nodal segments were inoculated. The explants were washed three times in distilled water and inoculated in MS medium colchicine free to after ploidy analysis by flow cytometry. Three polyploidy induction experiments were made: experiment 1, experiment 2 and experiment 3. In 1 and 2 experiments the ploidy analysis were made after explant organogenesis (40 DAI) and in experiment 3, flow cytometry was made immediately after colchicine exposure at short time intervals to monitoring the ploidy changes in this initial period. In experiment 1, several colchicine concentrations were used to obtaining information about the best concentrations to perform following experiments. The best result was obtained by 0,2%. This concentration and a ten times low concentration (0,02%) were used in experiment 2, to compare the effects of high and low concentrations. These two colchicne concentrations were used also in experiment 3 in which 4C and 8C percentiles were used to inferring the ploidy level. Polyploids with a length of approximately 6 cm were acclimatized in substrate for planting BioPlant®. In experiment 1, the ploidy analysis by flow cytometry of polyploidy induction experiments revealed polyploids in treatments with colchicine at concentrations of 0.2% and 0.5%, and the concentration that produced a greater number of plants with altered ploidy was 0.2%.Although the strongest treatments caused more ploidy changes, they caused higher mortality too. From the results of experiment 3, we concluded that 0.2% concentration caused increasing in the percentage of cells in 4C and 8C, which means polyploidy. This result corroborates the findings in experiment 1 and 2, in which the treatment of 0.2% produced more polyploids and mixoploids plants. Therefore, it is concluded that (1) this study was successful in inducing L. alba artificial autotetraploids using colchicine and the plant tissue culture techniques; (2) the concentrations of 0.2% and 0.5% colchicine were able to produce autotetraploids plants of this species, and (3) the high concentrations exhibited higher ploidy change effect on the explants L. alba than the low concentrations.

Citrus is the main fruit crop in the world and Spain is the 6th producer and the major exporter for the fresh fruit market. Seedlessness is one of the most important fruit quality traits for this market since consumers do not accept seedy fruits. Recovery of triploid hybrids has become an important breeding strategy to develop new seedless citrus varieties and several of them have been already released from citrus breeding programs worldwide. Despite the undisputable importance of polyploidy in plant species, their genetics are much less well known than those of their diploid counterparts. Citrus triploid hybrids can be routinely recovered from sexual polyploidization (2x ¿ 2x) or interploid crosses (2x ¿ 4x and 4x ¿ 2x). In 2x ¿ 2x sexual crosses, spontaneous triploid hybrids arise from the union of an unreduced (2n) megagametophyte with haploid pollen. In the case of interploid sexual crosses (2x ¿ 4x and 4x ¿ 2x), triploid hybrids result from the fecundation of a diploid gamete arising from the tetraploid parent and a haploid gamete arising from the diploid parent. The genetic and phenotypic structures of triploid populations greatly depend on the parental heterozygosity restitution (HR) in the diploid gamete at each locus, which is mainly affected by the triploid recovery strategy. In 2x ¿ 2x crosses, HR depends on the underlying mechanism leading to the unreduced gamete formation, which are genetically equivalent to First Division Restitution (FDR) or Second Division Restitution (SDR) mechanisms. Moreover, under each restitution mechanism, HR also depends on the locus-centromere genetic distance. In the case of interploid crosses, parental heterozygosity restitution from tetraploid parents depends on the double reduction frequency. In citrus, the unreduced gamete formation mechanism is still controversial; FDR has been the mechanism proposed for sweet orange, whereas SDR has been proposed for clementine. On the other hand, inferring the allelic configurations of genetic markers is a main challenge in polyploidy crops to infer genotypic and gametic structures with the objective to analyze meiosis and inheritance mechanisms. According to this scientific context, the objectives of the thesis where: (i) to develop a new approach for allele dosis assignation when using co-dominant markers, (ii) to implement and apply methods for the analysis of 2n gametes origin and locate centromeres, and (iii) to take advantage of this knowledge to locate a major gene of resistance to Alternaria Brown Spot (ABS) which is a major constraint for triploid mandarin breeding. For microsatellite (SSR) markers, we have demonstrated that triploid progeny genotyping can be successfully performed using the microsatellite allele-counting peak ratio (MAC-PR) method. However, SSR analysis remains relatively costly and time consuming compared with actual SNP genotyping methods. Moreover, with the increasing availability of EST databases and whole genome sequences, SNPs have become the most abundant and powerful polymorphic markers that can be selected along the entire genome. In this thesis, a new method based on competitive allele-specific PCR has been developed to assign SNP allele dosage in an accurate, simple, and cost effective way. Combining the MAC-PR and the new developed SNP genotyping methods offers the possibility to utilize a broad range of molecular markers in genotyping triploid genotypes. Both methods have been used in further works included in this thesis. SDR has been demonstrated as the mechanism underlying unreduced gamete production in `Fortune¿ mandarin by genotyping triploid progenies with SSR markers. In addition, a new method to locate the centromere, based on the best fit between observed heterozygosity restitution within a linkage group and theoretical functions under either partial or no chiasma interference hypotheses has been developed and successfully applied. To expand the knowledge of the mechanism underlying unreduced gamete formation to other citrus genotypes besides clementines and `Fortune¿ mandarin, a maximum likelihood method based on parental heterozygosity restitution of centromeric loci was developed and successfully applied in sixteen mandarin cultivars. The new method developed in the study allows inferring the restitution mechanism both at population level and even at individual level. Maternal origin of 2n gametes was confirmed for all triploid hybrids and SDR was proposed as the restitution mechanism for all analyzed progenies. The information acquired from the mode of heterozygosity restitution in citrus was useful to determine the genetic and phenotypic structures of new triploid populations arising from different breeding strategies. We studied these structures for the resistance to Alternaria brown spot (ABS), a serious fungal disease producing necrotic lesions on fruits and young leaves in susceptible citrus genotypes. In the present work, different approaches were combined taking advantage of the particular genetic structures of 2n gametes resulting from SDR to map a genome region linked to ABS resistance in triploid citrus progeny. The monolocus dominant inheritance of the susceptibility, proposed on the basis of diploid population studies, was corroborated in triploid progeny. A 3.3 Mb genomic region linked to ABS resistance was located near the centromere on chromosome III, which includes clusters of resistance genes. SSR and SNP markers were developed for an efficient early selection of ABS resistant hybrids and they are currently used in our breeding program to perform marker assisted selection. The knowledge obtained in this thesis on the mechanism of sexual polyploidization and inheritance of concrete traits in citrus will allow implementing much more efficient triploid breeding programs on the basis of current and future needs. Indeed, applied outcomes of this PhD are already routinely used in the IVIA triploid breeding program. / Cuenca Ibáñez, J. (2013). Mechanisms of sexual polyploidization and inheritance in triploid citrus populations [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/34671 / TESIS / Premios Extraordinarios de tesis doctorales

Genomic selection consists of using predicted effects of genetic markers to predict breeding values and/or genotypic values of genotyped individuals. With this approach, selection can be carried based only on those predicted breeding values, reducing the need for further phenotypic evaluations. This represents a great advance in terms of cost and effectiveness of selection in breeding programs of all kinds of crops. In the first chapter of this work, we explore one of the ways genomic selection can be used to increase efficiency when breeding clonally propagated crops for multiple traits. Using stochastic simulations, we show that an economic selection index should be preferred over independent culling. Our results show that the use of genomic selection may render the cost-efficiency benefit of independent culling obsolete when all early generation individuals are genotyped and accurate prediction of all traits becomes available simultaneously. Despite the potential benefits of selecting based on predicted breeding values, for some clonally propagated species the complexity of their genomes limits the implementation of genomic selection in breeding programs. Since including allele dosage information has been shown to improve performance of genomic selection models in autotetraploid species, our objective in the second chapter of this work was to assess the accuracy of genome-wide prediction in the highly complex polyploid sugarcane when incorporating allele dosage information. In this chapter, we expanded GBLUP genomic selection models developed for autotetraploids to include higher levels of ploidy. Two types of model were used, one with additive effects only and one with additive and digenic dominance effects. We observed a modest improvement in the performance of the prediction model when ploidy and allele dosage estimates were included, indicating that this is a possible way of improving genomic selection in sugarcane. The results obtained in both studies can assist researchers and breeders of clonally propagated crops, opening new research opportunities and indicating the most efficient ways to implement genomic selection. / A seleção genômica consiste no uso de efeitos preditos de marcadores genéticos para predizer os valores genéticos e/ou genotípicos de indivíduos genotipados. Desta forma, a seleção de genótipos superiores pode ser feita baseada apenas em valores genéticos preditos, reduzindo a necessidade de avaliações fenotípicas subsequentes. Isto representa um grande avanço em termos de custos e eficiência da seleção em programas de melhoramento de todos os tipos de culturas. No primeiro capítulo deste trabalho, nós exploramos uma das maneiras com que a seleção genômica pode ser utilizada para aumentar a eficiência no melhoramento simultâneo para múltiplos caráteres em espécies de propagação vegetativa. Utilizando simulações estocásticas, nós mostramos que um índice de seleção econômico deve ser utilizado no lugar da eliminação independente (independent culling). Os resultados mostram que o uso da seleção genômica pode tornar o custo-benefício da eliminação independente obsoleto se indivíduos em gerações iniciais forem genotipados e predições acuradas para todos os caráteres estiverem disponíveis desde o início. Apesar dos potenciais benefícios de realizar a seleção com base em valores genéticos preditos, para algumas espécies de propagação vegetativa a complexidade de seus genomas é um fator limitante para a efetiva implementação da seleção genômica em programas de melhoramento. Considerando que incluir a informação de dosagem alélica melhorou a performance de modelos de seleção genômica em espécies autotetraploides, nosso objetivo no segundo capítulo deste trabalho foi avaliar a acurácia da predição genômica com informação de dosagem alélica em cana-de-açúcar, que é uma complexa espécie poliploide. Neste capítulo, nós expandimos modelos GBLUP de seleção genômica desenvolvidos para autotetraploides para incluir níveis mais altos de ploidia. Dois modelos foram utilizados, um modelo com somente efeitos aditivos e um modelo com efeitos aditivos e efeitos de dominância digênica. Nós observamos uma modesta melhora na performance do modelo preditivo quando estimativas de ploidia e dosagem alélica foram incluídas, indicando que esta é uma possível maneira de aprimorar a seleção genômica em cana-de-açúcar. Os resultados obtidos nos dois estudos podem auxiliar pesquisadores e melhoristas de espécies de propagação vegetativa, abrindo portas para novas pesquisas e indicando as maneiras mais eficientes para implementação da seleção genômica.

Espécies autopoliploides são extremamente importantes na agricultura. No entanto, a estrutura complexa de seus genomas não é bem compreendida. Apesar de todos os avanços no mapeamento genético de autotetraploides, a grande maioria dos modelos utilizados para a construção de mapas em espécies autopoliploides com elevado nível de ploidia, tais como a canade- açúcar, são aproximações daqueles usados para organismos diplóides. Assim, este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um novo modelo para construção de mapas genéticos em espécies autopoliploides com qualquer nível de ploidia e incluindo marcadores com todas as dosagens possíveis. Para tanto foi utilizada a tecnologia dos modelos de Markov ocultos. O modelo aqui apresentado pode ser aplicado a dados de marcadores dominantes e codominantes, com comportamento bialélico ou multialélico. O método baseia-se no cálculo das probabilidades condicionais que compõem a matriz de transição seguido da redução de sua dimensão usando uma abordagem computacional. O uso do método foi ilustrado em uma população de mapeamento de cana-de-açúcar proveniente do cruzamento entre duas variedades pré-comerciais (IACSP 95-3018 × IACSP 93-3046) e genotipadas com três tipos de marcadores: SNPs, microssatélites e AFLPs. Os resultados indicam que o novo método é muito eficiente na obtenção de mapas genéticos, mesmo em situações com níveis de ploidia altos e marcadores com altas doses, particularmente quando estes marcadores têm comportamento codominante. Também foi possível estimar a verossimilhança, as frações de recombinação e as fases de ligação usando a abordagem multiponto, a qual leva em consideração todos os marcadores do grupo de ligação analisado simultaneamente. O novo modelo aqui proposto representa um importante passo para realizar futuramente a localização de regiões genômicas associadas à variação das características quantitativas, no entendimento da arquitetura genética de tais características e na montagem de genomas de espécies autopoliploides. / Autopolyploid species are extremely important in agriculture. However, the complex structure of their genomes is not well understood. Despite all advances in genetic mapping of autotetraploids, the vast majority of the models used for autopolyploid species with high ploidy level, such as sugarcane, are approximations of those used in diploid organisms. Thus, the aim of this work was to develop a new model to build genetic linkage maps in autopolyploid species with any ploidy level, including markers with all possible dosages. For doing so, hiddenMarkov model technology was used. The new model presented herein can be applied to dominant and codominantmarkers data, with biallelic or multiallelic behavior. The method is based on the calculation of conditional probabilities that comprise the transition matrix followed by a reduction of its dimension using a computer-based approach. An application of the method was illustrated with a sugarcane mapping population derived from a cross between two pre-commercial varieties (IACSP 95-3018 × IACSP 93-3046), scored with three types of markers: SNPs, microssatellite and AFLPs. The results indicate that the new method is very efficient in obtaining genetic maps, even for high ploidy levels and for markers with high dosages, particularly when these markers have codominant behavior. It was also possible to estimate the likelihood, the recombination fractions and the linkage phases between allmarkers using themultipoint approach, which takes into account all markers of the linkage group simultaneously. The new model proposed in this work represents a major step towards the location of genomic regions associated with variation in quantitative traits and its genetic architecture, and assembling autopoliploid genome sequences.

Espécies autopoliploides são extremamente importantes na agricultura. No entanto, a estrutura complexa de seus genomas não é bem compreendida. Apesar de todos os avanços no mapeamento genético de autotetraploides, a grande maioria dos modelos utilizados para a construção de mapas em espécies autopoliploides com elevado nível de ploidia, tais como a canade- açúcar, são aproximações daqueles usados para organismos diplóides. Assim, este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um novo modelo para construção de mapas genéticos em espécies autopoliploides com qualquer nível de ploidia e incluindo marcadores com todas as dosagens possíveis. Para tanto foi utilizada a tecnologia dos modelos de Markov ocultos. O modelo aqui apresentado pode ser aplicado a dados de marcadores dominantes e codominantes, com comportamento bialélico ou multialélico. O método baseia-se no cálculo das probabilidades condicionais que compõem a matriz de transição seguido da redução de sua dimensão usando uma abordagem computacional. O uso do método foi ilustrado em uma população de mapeamento de cana-de-açúcar proveniente do cruzamento entre duas variedades pré-comerciais (IACSP 95-3018 × IACSP 93-3046) e genotipadas com três tipos de marcadores: SNPs, microssatélites e AFLPs. Os resultados indicam que o novo método é muito eficiente na obtenção de mapas genéticos, mesmo em situações com níveis de ploidia altos e marcadores com altas doses, particularmente quando estes marcadores têm comportamento codominante. Também foi possível estimar a verossimilhança, as frações de recombinação e as fases de ligação usando a abordagem multiponto, a qual leva em consideração todos os marcadores do grupo de ligação analisado simultaneamente. O novo modelo aqui proposto representa um importante passo para realizar futuramente a localização de regiões genômicas associadas à variação das características quantitativas, no entendimento da arquitetura genética de tais características e na montagem de genomas de espécies autopoliploides. / Autopolyploid species are extremely important in agriculture. However, the complex structure of their genomes is not well understood. Despite all advances in genetic mapping of autotetraploids, the vast majority of the models used for autopolyploid species with high ploidy level, such as sugarcane, are approximations of those used in diploid organisms. Thus, the aim of this work was to develop a new model to build genetic linkage maps in autopolyploid species with any ploidy level, including markers with all possible dosages. For doing so, hiddenMarkov model technology was used. The new model presented herein can be applied to dominant and codominantmarkers data, with biallelic or multiallelic behavior. The method is based on the calculation of conditional probabilities that comprise the transition matrix followed by a reduction of its dimension using a computer-based approach. An application of the method was illustrated with a sugarcane mapping population derived from a cross between two pre-commercial varieties (IACSP 95-3018 × IACSP 93-3046), scored with three types of markers: SNPs, microssatellite and AFLPs. The results indicate that the new method is very efficient in obtaining genetic maps, even for high ploidy levels and for markers with high dosages, particularly when these markers have codominant behavior. It was also possible to estimate the likelihood, the recombination fractions and the linkage phases between allmarkers using themultipoint approach, which takes into account all markers of the linkage group simultaneously. The new model proposed in this work represents a major step towards the location of genomic regions associated with variation in quantitative traits and its genetic architecture, and assembling autopoliploid genome sequences.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-01-10T14:27:33Z No. of bitstreams: 1 sirleiaparecidajulião.pdf: 1501615 bytes, checksum: c915a860117fdc2bf5cd1ba90fdab0b9 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-01-22T16:11:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 sirleiaparecidajulião.pdf: 1501615 bytes, checksum: c915a860117fdc2bf5cd1ba90fdab0b9 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-22T16:11:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 sirleiaparecidajulião.pdf: 1501615 bytes, checksum: c915a860117fdc2bf5cd1ba90fdab0b9 (MD5) Previous issue date: 2017-08-11 / Lippia alba é uma espécie medicinal com ampla diversidade fenotípica, incluindo a composição do óleo essencial. A variação genética é provavelmente a principal causa dessa variação. A espécie foi descrita como um complexo poliploide com cinco números cromossômicos (2n=30, 38, 45, 60 e 90). Devido à importância econômica e à variação genética natural, essa espécie representa um excelente modelo em estudos sobre estabilidade genômica. Este trabalho teve como objetivo investigar a estabilidade genômica de 22 acessos naturais cultivados in vitro durante sete anos e em acessos poliploides sintéticos obtidos a partir da duplicação cromossômica de um acesso diploide natural usando colchicina. Para analisar a estabilidade do genoma de plantas cultivadas a longo prazo, foram analisadas quatro plantas (três mantidas in vitro e uma no campo) de 22 acessos. O tamanho do genoma foi verificado por citometria de fluxo e oito marcadores ISSR foram utilizados para verificara estabilidade em nível de sequencia de DNA. Para avaliar a estabilidade genômica após a poliploidização, onze plantas poliploides sintéticas, sendo 5 tetraploides (4X) e 6 mixoploides (2X / 4X) foram comparadas com a planta matriz diploide. As comparações foram baseadas no conteúdo de DNA, contagem cromossômica, marcadores moleculares ISSR e SSR e no perfil químico do óleo essencial. A comparação entre as plantas mantidas in vitro e as respectivas plantas mantidas no campo mostrou que 13 dos 22 acessos sofreram uma pequena redução no tamanho do genoma. Os marcadores ISSR detectaram polimorfismos na sequência de DNA variando de 1,61 a 33,87%. Somente três acessos não apresentaram bandas polimórficas. O número de bandas polimórficas entre os outros 19 acessos variou de um a 21. A análise da ploidia das plantas poliploides sintéticas realizada em folhas e raízes confirmou a estabilidade das plantas tetraploides. As plantas mixoploides apresentaram um único pico G1 correspondente a plantas triploides. A análise cromossômica revelou 60 cromossomos com 12 sítios de DNAr 45S nas plantas tetraploides e 9 sítios de DNAr 45S nos 45 cromossomos observados nas plantas triploides. Os marcadores ISSR mostraram polimorfismo entre a planta matriz diploide e as plantas poliploides sintéticas. A taxa de polimorfismo variou de 1,81 a 5,45% nas plantas tetraploides e de 43,63 a 56,36% nas plantas triploides. Alterações no tamanho dos alelos de microssatélites também foram detectadas. A planta matriz diploide apresentou dez alelos, três dos quais foram compartilhados com as plantas triploides e sete com as plantas tetraploides. Todas as plantas triploides apresentaram 13 alelos, sendo dez deles correspondentes a alelos novos. O número de alelos detectados nas plantas tetraploides variou de oito a 11 e o número de alelos novos como consequência da poliploidização variou de dois a quatro. O componente majoritário detectado no óleo essencial da planta matriz diploide e das plantas tetraploides foi o citral e nas plantas triploides foi o linalol. A instabilidade genômica detectada em L. alba após sete anos de cultura in vitro pode ser devido à consequência da instabilidade do genoma natural combinada com a cultura in vitro a longo prazo. Os efeitos da poliploidização que resultam em reorganização genômica e alterações fisiológicas podem explicar a variação observada nas plantas poliploides sintéticas. / Lippia alba is a medicinal species with a broad phenotypic diversity, including the essential oil composition. Genetic variation is probably the main cause of this variation. The species is a polyploid complex with five chromosome numbers (2n = 30, 38, 45, 60 and 90). Due to the economic importance and the natural genetic variation, this species represents an excellent model in studies on the genomic stability. This work aimed to investigate the genomic stability of 22 natural accessions grown in vitro for 7 years and in synthetic polyploid accessions obtained from the chromosome duplication of a natural diploid access using colchicine. To analyze the genome stability of long-term cultivated plants, four replicates (three maintained in vitro and one in the field) of 22 accessions were analyzed. The size of the genome was verified by flow cytometry and eight ISSR markers checked for stability in the DNA sequence. To evaluate the effect of polyploidization, eleven synthetic polyploid plants composed of 5 tetraploids (4X) and 6 mixoploids (2X/4X) were compared with the diploid parent plant. The comparisons were based on DNA content, chromosomal count, molecular markers ISSR and SSR, and chemical profile of the essential oil. The comparison between the plants maintained in vitro and the respective plants maintained in the field showed that 13 of the 22 accessions suffered a small reduction in the size of the genome. ISSR markers detected polymorphisms in the DNA sequence ranging from 1.61 to 33.87%. Only three accessions did not present polymorphic bands. The number of polymorphic bands among the other 19 accesses ranged from 1 to 21. Analysis of the ploidy of the synthetic polyploid plants carried out on leaves and roots confirmed the stability of the tetraploid plants. The mixoploid plants presented a single G1 peak corresponding to triploid plants. The chromosome analysis showed 60 chromosomes with twelve 45S rDNA sites in the synthetic tetraploids and nine 45S rDNA sites over the 45 chromosomes observed in the synthetics triploid plants. ISSR markers showed polymorphism between the diploid parent plant and synthetic polyploid plants. The polymorphism rate varied from 1.81 to 5.45% in the tetraploid plants and from 43.63 to 56.36% in the triploid plants. Changes in the size of the microsatellite alleles were also detected. The diploid parental plant presented 10 alleles, of which 3 were shared with the triploid plants and 7 with the tetraploid plants. All triploid plants had 13 alleles, 10 of which correspond to new alleles. The number of alleles detected in tetraploid plants ranged from 8 to 11 and the number of new alleles as a consequence of polyploidization ranged from 2 to 4. The major component detected in the essential oil of the parental diploid plant and the tetraploid plants was the citral and the triploid plants was the linalool. The genetic instability detected in L. alba after seven years of in vitro culture may be due to the consequence of natural genome instability combined with long-term in vitro culture. The effects of polyploidization that result in genomic reorganization and physiological changes may explain the variation observed in synthetic polyploid plants.