Este estudo teve por objetivo analisar e comparar metodologias estatísticas para fins de mapeamento de QTL associados à resistência a ectoparasitas em bovinos. Os animais, submetidos à infestação artificial, foram periodicamente avaliados por contagens, como número de carrapatos. Estes dados se caracterizam como medidas repetidas e, via de regra, não atendem ou atendem parcialmente as exigências usuais da análise, para mapeamento de QTL, dentre elas a de apresentar distribuição normal e independência dos erros. Ainda não está bem definido qual seria a melhor estratégia para analisar dados com o perfil descrito. Algumas alternativas seriam transformações de dados que permitam o uso dos programas já disponíveis, ou o desenvolvimento de programas que utilizem outras distribuições como Poisson ou Poisson inflada de zeros (ZIP). Esta proposta está inserida na parceria entre EMBRAPA - Gado de Leite e a ESALQ/USP, para desenvolvimento do projeto de mapeamento de QTL em bovinos mestiços (Gir x Holandês), para várias características incluindo a resistência a parasitas. Foram utilizados 263 animais F2, genotipados com 5 marcadores moleculares no cromossomo 23, na tentativa de mapear QTL para característica de resistência a carrapatos. Dados coletados naquela população F2 e dados simulados em diferentes cenários, serão a base para a comparação de estratégias de análise e mapeamento de QTL. Os modelos de mapeamento clássico, assim como a utilização de transformações dos dados originais foram comparados a modelos de regressão Poisson e modelo ZIP. Os modelos Poisson e ZIP apresentaram os melhores resultados quando trabalhamos com dados de contagem inflacionados de zeros, porém em outros cenários a transformação dos dados originais se mostrou igualmente eficiente. Dependendo do propósito do mapeamento (seja ele localizar ou estimar o efeito), cada modelo possui suas vantagens e suas limitações. Assim, sempre é recomendável uma prévia análise descritiva dos dados para que o melhor modelo seja utilizado. / This study has as main objective to analyze and compare statistical approaches to QTL mapping for parasites resistance in bovines. The animals, under artificial infestation, were periodically evaluated by counting, as ticks count. These data are characterized as repeated measures and, usually, dont follow or partially follow the usual requirements for the analysis, for QTL mapping, that is to present normal distribution and error independence. It is not clear yet which will be the best strategy to analyze this kind of data. Some alternatives could be data transformation that allows the use of software available on the web, or the development of specific programs that use other types of distribution like Poisson or Zero Inflated Poisson (ZIP).This work is an association between EMBRAPA Gado de Leite and ESALQ/USP, to the development of the QTL mapping project for crossbred bovines (Gyr x Holstein), for different characteristics including the parasite resistance. Were used 263 animals F2, genotyped for 5 molecular markers on the chromosome 23, aiming to map QTL for characteristics of parasite resistance. Data collected on this F2 population and simulated data in different scenarios will be the base for the strategies of the QTL mapping approaches comparison. The classical mapping models and the use of data transformation of the original data were compared to Poisson regression and ZIP models. The Poisson and ZIP models presented the best results when working with zero inflated count data however in some other scenarios the data transformation showed similar efficiency. Depending on the purpose of the mapping (this meaning locate or estimate the QTL effect) each model has its vantages and its limitations. This way, it is always advisable to make a previous descriptive analysis of the data to better choose the model.

Nas metodologias de mapeamento de QTLs tradicionais, a relação de causalidade entre os caracteres fenotípicos e QTLs normalmente não são consideradas. O desenvolvimento deste trabalho contou com a utilização de dados longitudinais de crescimento de progênies oriundas do cruzamento entre os parentais PB217 e PR255 de um plantio de seringueira, localizado em uma área com dois períodos bem definidos ao longo do ano (altas e médias temperaturas; altas e baixas taxas precipitação). O experimento contém 4 medidas de incremento em diâmetro e altura, que são componentes periódicos do crescimento total da cultura, mensurados em um intervalo de dois anos (entre os 18 aos 52 meses de idade das plantas), sendo dois períodos em estação climática favorável ao desenvolvimento e dois em estação desfavorável, intercalados. Dessa forma foram estudados os parâmetros de relacionamento fenotípico e genético com objetivo de construir um diagrama de arquitetura genética que pondere relações de causalidade. Para modelar os dados fenotípicos foi realizado um elaborado modelo multi-caracteres que contemplou a variação espacial das parcelas experimentais e a variação entre os períodos de medição. Para tanto, foram ajustadas matrizes de variância-covariância (VCOV) adequadas à realidade dos dados, e incorporados dados meteorológicos que descrevessem cada um dos períodos. A partir destes modelos, os valores genotípicos ajustados foram utilizados na detecção dos QTLs. Posteriormente, fenótipos e genótipos foram articulados em um diagrama causal estrutural capaz de inferir sobre padrões genéticos de comportamento de crescimento da cultura. Foram mapeados um total de 13 QTLs, sendo que dois deles foram coincidentes para componentes periódicos de diâmetro nos períodos de estação desfavorável. Foi possível identificar efeitos aditivos e devido à dominância interessantes para o desenvolvimento em períodos de menores temperaturas, apontar o parental PR255 como portador de alelos importantes no desenvolvimento em clima adverso, estimar efeitos indiretos de QTLs não mapeados para determinadas características e explicar o padrão comportamental de crescimento no período em que as progênies foram avaliadas. Esta abordagem demonstrou-se proficiente para utilização em programas melhorando genético assistido por marcadores, por agregar informações pertinentes à seleção dos melhores materiais genéticos. / In traditional methodologies of QTL mapping, the causal relationship between phenotypic characters and QTLs are usually not considered. The development of this work involved the use of longitudinal growth data of progenies from parental PR255 and PB217 of a rubber tree plantation, located in an area with two periods of high and medium temperature and low and high precipitation rates well defined throughout the year. The experiment contains four measures of increment of diameter and height, which are periodic growth components of the total crop growing at an interval of two years (from 18 to 52 months old plants), two periods in a favorable climate station and two in a adverse station, intercalated. Was studied the parameters of phenotypic and genetic relationships in order to construct a diagram of genetic architecture to examine these causal relationships. A multi-trait-multi-occasion model that take into consideration spatial variation and climatic variation was developed. It also contains a variation-covariation matrix with appropriate to the reality of the data were adjusted and incorporated meteorological data was conducted to describe each of the periods. From these models the adjusted genotypic values were used in the detection of QTLs and later phenotypes and genotypes were linked in a structural causal diagram to infer about the genetic patterns of behavior. A total of 13 QTLs were mapped to the periodic growth components and total growth. The genetic architecture was able to identify additive effects and effects due dominance interesting to the development in periods of lower temperatures and drought, pointing parental PR255 as carrier of important alleles to development in adverse weather, estimating indirect effects of QTLs that were not mapped to certain characteristics and explain the physiological behavior pattern of growth in the period in which progenies were evaluated. This approach proved to be proficient to use in breeding programs aiming to implement marker assisted selection.

A cultura do milho é uma das atividades agrícolas de maior importância no Brasil. O país é o terceiro maior produtor mundial e a produtividade média passou de 1800 kg ha-1 para 3000 kg ha-1 nos últimos 15 anos. A produção de grãos e a tolerância à seca são caracteres complexos e de difícil seleção e uma possibilidade para se aumentar a eficiência dos programas de melhoramento que visam o incremento da produção de grãos e a tolerância à seca seria através da seleção indireta para caracteres relacionados a elas como o stay-green e os componentes da produção. O presente trabalho teve por objetivo estudar os caracteres stay-green, produção de grãos e seus componentes em milho com a finalidade de reunir informações sobre a herança desses caracteres. Para tanto foi utilizada uma população obtida pelo cruzamento das linhagens L-14-04 B e L-08- 05 F, contrastantes para diversos caracteres. Progênies F2:3 derivadas desses cruzamento foram retrocruzadas com as linhagens parentais formando dois conjuntos com 250 progênies de retrocruzamento cada. Essas progênies foram avaliadas em até seis ambientes segundo o delineamento de látice simples 10x10 para os caracteres produção de grãos (PG), e seus componentes: comprimento de espiga (CE), diâmetro de espiga (DE), número de fileiras por espiga (NFi), número de grãos por fileira (NGF) e peso de 500 grãos (P500) e para o caráter relacionado a tolerância à seca stay-green (SG). Um mapa de ligação obtido com 177 marcadores SSR foi utilizado para mapear QTL para esses caracteres em cada uma das populações de retrocruzamento através da metodologia de mapeamento por intervalo composto expandido para múltiplos ambientes (mCIM). Os efeitos genéticos aditivos e de dominância para cada QTL mapeado foram obtidos por meio de contrastes entre os efeitos dos QTL mapeados nas duas populações de retrocruzamento. Foram mapeados 217 QTL para os sete caracteres avaliados sendo alguns desses de maior efeito, estáveis através dos diversos ambientes e co-localizados com QTL para outras características, o que os tornam bons candidatos para seleção assistida por marcadores moleculares. O grande número de QTL mapeados nesse estudo confirma não só a complexidade desses caracteres como também o poder de detecção do método de mapeamento (mCIM) e do delineamento utilizado nesse estudo (delinemento III). / Maize is one of the most important agricultural activities in Brazil. The country is the third largest world producer and the yield rose from 1800 kg ha-1 to 3000 kg ha-1 in the last 15 years. The grain yield and drought tolerance are complex traits, difficult to select. A possibility to increase the efficiency of breeding programs that aims to improve the grain yield and drought tolerance would be through indirect selection for traits related to them as the stay-green and yield components. The aim of this work was to study the characters stay-green, yield and its components in maize in order to gather information on the inheritance of these characters. For this purpose it was used a population obtained by crossing the lines L-14-04 B and L-08-05 F, contrasting to several traits. Progenies F2:3 from this cross were derived from backcrosses to the parental lines forming two sets of backcross progeny with 250 each. These progenies were evaluated in up to six environments according to the simple lattice design 10x10 for grain yield (PG), and their components: ear length (CE), ear diameter (DE), number of rows per ear (NFI), number of grains per row (NGF), weight of 500 grains (P500) and the drought tolerance related trait stay-green (SG). A linkage map obtained with 177 SSR markers were used to map QTL for these traits in each backcross population through the methodology of composite interval mapping expanded to multiple environments (mCIM). The additive and dominance genetic effects for each mapped QTL were obtained by means of contrasts between effects of QTL mapped in the two backcross populations. Two hundred seventeen QTL were mapped for seven traits evaluated, some of these are of mayor effect, stable through the various environments and co-located with QTL for other characteristics, what make them good candidates for molecular marker assisted selection. The large number of QTL mapped in this study confirms not only the complexity of these characters but also the detection power of the mapping method (mCIM) and of the design used in this study (design III).

Metodologias de mapeamento de QTLs modernas empregam abordagem multivariada e se beneficiam da matriz de covariâncias fenotípicas para melhorar as estimativas de localização e efeitos de QTLs. No entanto, a correlação fenotípica pode ser em parte atribuída às relações de causalidade entre os fenótipos e mesmo as abordagens de mapeamento de QTLs multivariadas atuais têm desconsiderado tais relacionamentos. Dentre as metodologias científicas desenvolvidas para o estudo da causalidade em dados observacionais, destacam-se os modelos de equações estruturais e os modelos gráficos. Neste trabalho, foi estudado um conjunto de caracteres fenotípicos relacionados à morfologia de raízes, absorção de fósforo e acúmulo de biomassa em uma população composta de 145 linhagens endogâmicas recombinantes (RILs) do programa de melhoramento de milho da EMBRAPA Milho e Sorgo. O mapeamento de QTLs para os caracteres fenotípicos foi realizado utilizando mapeamento de múltiplos intervalos univariado (MIM) e multivariado (MT-MIM). A análise MIM revelou QTLs afetando diâmetro de raízes, área de superfície de raízes finas, peso seco da parte aérea e concentração de fósforo na parte aérea e nas raízes. A análise MT-MIM revelou 12 QTLs, com diferentes padrões de pleiotropia, com efeitos marginais para as sete variáveis analisadas. Um modelo de relacionamento causal entre os caracteres fenotípicos foi desenvolvido utilizando conhecimento prévio e modelagem de equações estruturais. O modelo de equações estruturais apresentou fluxo unidirecional de causalidade entre as variáveis, com as variáveis de morfologia de raízes exercendo efeito sobre as variáveis de acúmulo de biomassa, que por sua vez, têm efeito sobre as variáveis de absorção de fósforo. A aplicação do algoritmo PC para a descoberta de causalidade automatizada baseada nos padrões de independências condicionais não foi capaz de orientar todas as relações de causalidade descobertas, porém revelou um relacionamento mais complexo que o modelo de equações estruturais, com potenciais ciclos de retroalimentação causais. O emprego de algoritmos de descoberta de causalidade baseados em informações de QTLs, chamados QDG e QPSO, permitiu a orientação de todos os relacionamentos de causalidade encontrados pelo algoritmo PC e confirmou a existência de dois ciclos vizinhos de relacionamento causais entre as variáveis estudadas. Como regra geral, os QTLs pleiotrópicos detectados pela metodologia MT-MIM apresentaram efeitos sobre caracteres fenotípicos alinhados causalmente nos modelos propostos pelos algoritmos PC e QDG, sugerindo que alguns dos QTLs detectados são na realidade efeitos indiretos de QTLs situados em posição mais elevada no modelo causal. O emprego da abordagem MT-MIM aliada à análise de causalidade permitiu melhor compreensão da arquitetura genética dos caracteres de morfologia de raiz, acumulação de biomassa e aquisição de fósforo em milho. / Modern QTL mapping approaches are multivariate and take advantage of the phenotypic covariance matrix to improve estimates of QTL positions and effects. However, phenotypic correlation can also be assigned to the causal relationship among phenotypes, and even modern multivariate QTL analysis does not take these relationships into account. Structural equation models and graphical models are the main methodologies to study causality from observational data. We studied a set of phenotypes related to root morphology, biomass accumulation and phosphorus acquisition in maize. These phenotypes were measured in a maize population from the EMBRAPA breeding program composed of 145 recombinant inbred lines (RILs) derived from the crossing of two divergent lines for phosphorus acquisition efficiency. QTL mapping for the traits was performed using univariate (MIM) and multivariate (MT-MIM) multiple interval mapping. MIM analysis revealed QTL affecting root diameter, fine root surface area, shoot dry weight and root dry weight. MT-MIM analysis revealed 12 QTL with different pleiotropy patterns and QTL with marginal effects affecting all seven studied characters. A causal model for phenotype characters was developed using a priori knowledge and structural equation model techniques. The structural equation model presented an unidirectional causal flow among the variables, with root morphological traits exerting causal effects over biomass traits, which in turn cause phosphorus acquisition traits. Using PC algorithm for an automatic search of causal models based on conditional independence was not able to orient all discovered causal relationships among traits but revealed a more intricated relationship than the structural equation model, with potential causal feedback loops among the traits. Employing causal search algorithms based on QTL information (named QDG and QPSO) allowed the orientation of all causal relationships detected by PC algorithm and it has also confirmed the presence of two neighbor causal cycles among the studied traits. As a general rule, pleiotropic QTL detected by MT-MIM approach exerted effects over traits according to the causal model discovered by PC and QDG algorithms, suggesting that some of the QTL detected effects were indirect effects of QTL located upstream at the proposed causal model. Employing MT-MIM approach and causal analysis has allowed a better comprehension of genetic architecture underlying root morphology, biomass accumulation and phosphorus acquisition traits in maize.

\ / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie moléculaire / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Uma população F2 foi desenvolvida através do cruzamento entre uma linhagem de frangos de corte (TT) e uma de postura (CC). Sete machos TT foram acasalados com sete fêmeas CC para produzir uma população F1 TC. Cada macho F1 foi acasalado com três fêmeas F1 não-aparentadas para produzir aproximadamente 100 descendentes por família de irmãos completos. Neste estudo foram utilizadas as 5 famílias que apresentaram maior número de marcadores informativos nos cromossomos 1 a 5, em estudos realizados anteriormente nesta população. Foram coletados dados fenotípicos de peso ao nascer (PN), peso aos 35 (PV35) e 41 (PV41) dias de idade, ganho de peso (GP35-41), consumo de ração (CR35-41) e eficiência alimentar (EF35-41) dos 35 aos 41 dias de idade. Os indivíduos parentais e F1 foram genotipados com 35 marcadores microssatélites posicionados nos cromossomos 9, 10, 12, 14, 15, 16, 17 e 18. Os marcadores informativos (22) foram genotipados nos indivíduos F2 das famílias escolhidas. O cromossomo 16 não foi mapeado, pois o único marcador disponível não foi informativo. No cromossomo 17 apenas um marcador foi informativo, logo foi utilizada uma análise de marca simples para associação do marcador com as características selecionadas. O mapa de ligação de cada cromossomo foi construído e comparado ao mapa consenso. Os mapas de ligação apresentaram o mesmo ordenamento dos marcadores em relação aos mapas consenso, no entanto foram encontradas pequenas discrepâncias nas distâncias entre os marcadores A análise empregada no estudo de mapeamento de QTL por intervalo utilizou o método de regressão linear e estimação de quadrados-mínimos, utilizando o programa QTL Express, na opção análise de F2. No cromossomo 17, duas características foram associadas ao genótipo do marcador: GP35-41 (P<0,05) e EF35- 41 (P<0,01). Foram encontrados 4 QTL sugestivos no cromossomo 10: para PV35, PV41, GP35-41 e EF35-41. Houve interação do QTL com família para EF35-41. Os QTLs para PV35, PV41 e GP35-41 apresentaram efeito aditivo, apenas EF35-41 apresentou efeito de dominância. / An F2 chicken population was developed by crossing broiler line (TT) with a layer line (CC). Seven males TT were mated with seven females CC to generate an F1 population. Each male F1 was then mated with three unrelated females F1 generating approximately 100 individual per family of dam. On the present study 5 families were used, which showed the greatest number of informative markers in previews studies of chromosomes 1 to 5 of the resource population. Phenotypic dada were collected for body weight at 1 (BW1), 35 (BW35) and 41 (BW41) days of age, weight gain (WG35- 41), feed intake (FI35-41) and feed efficiency (FE35-41) from 35 to 41 days of age. The parental and F1 individuals were genotyped for 35 microsatellite markers distributed on chromosomes 9, 10, 12, 14, 15, 16, 17 and 18. The informative markers were genotyped on the F2 from the selected families. Chromosome 16 was excluded, because the only available marker was not informative. On chromosome 17 only one marker was informative, therefore a single marker analysis was used to associate the marker with the selected characteristics. The linkage map of each chromosome was constructed and compared to the consensus map. The linkage maps showed the same marker ordering compared to the consensus map, however small discrepancy between markers distances were presented. Interval mapping using regression methods was applied to a line-cross and least square analysis, using the QTL Express program, on the F2 analyses option. On chromosome 17, two characteristics were associated to the marker genotype: WG35-41 (P<0.05) and FE35-41 (P<0.01). Suggestive QTLs were detected for BW35, BW41, WG35-41 and FE35-41 on chromosome 10. A QTL x family interaction effect was statistically significant for FE35-41. QTLs for BW35, BW41 and WG35-41 showed addictive effects, only FE35-41 showed dominance effect.

El melón (Cucumis melo) y el calabacín (Cucurbita pepo) son especies cucurbitáceas de gran importancia económica a nivel nacional y mundial. Para optimizar su producción se requiere de la obtención de nuevas variedades mejor adaptadas a los sistemas de cultivo, más resistentes frente a nuevas enfermedades o plagas y con mejores características organolépticas, que respondan a las cada vez mayores exigencias del mercado. La mejora debe realizarse de una forma eficiente y competitiva, apoyándose en los crecientes conocimientos genéticos en estas dos especies y en los últimos avances biotecnológicos. El desarrollo de herramientas genómicas con el fin de impulsar la mejora de estos cultivos es el principal objetivo de la presente Tesis doctoral. El desarrollo de marcadores moleculares es esencial para la construcción de mapas genéticos, para la realización de una selección más eficiente, para el análisis y cartografía de QTLs (Quantitative trait loci) y para el desarrollo de líneas de premejora, además de ser una herramienta fundamental para el análisis de la biodiversidad. En esta Tesis se han desarrollo y/o validado marcadores de alta calidad, de tipo microsatélite (Simple Sequence Repeats, SSRs) y SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms), para estas dos especies. La generación de información de secuencia, necesaria para el desarrollo de este tipo de marcadores, ha cambiado en el transcurso de los trabajos presentados en la Tesis, habiéndose abordado finalmente la secuenciación del transcriptoma de melón mediante técnicas de secuenciación de alto rendimiento (NGS, Next generation sequencing). La obtención de grandes colecciones de SSRs y SNPs en ambas especies, resultado del ensamblaje de ESTs (Expressed Sequence Tags) procedentes de secuencias Sanger previamente disponibles y de las nuevas secuencias obtenidas por secuenciación masiva, ha supuesto un gran avance para estas especies no modelo, permitiendo la construcción de mapas más densos en melón y del primer mapa ba / Esteras Gómez, C. (2012). Desarrollo y aplicación de herramientas genómicas para la mejora de especies cucurbitáceas por calidad y resistencia a enfermedades [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/17046 / Palancia

Due to increased environmental stewardship and fertilizer prices, there is increased interest in using legume mixes in perennial croplands. The objective of this study was to compare quantitative genetic parameters and quantitative trait loci (QTLs) associated with intermediate wheatgrass (Thinopyrum intermedium) when grown in 1) a non-competitive spaced environment, 2) a polyculture with alfalfa (Medicago sativa), and 3) a monoculture with crested wheatgrass (Agropyron desertorum). Traits evaluated include plant growth characteristics (Zadok’s maturity, height, and tiller count), biomass, and forage nutritive value (CP, NDF, ADF, ADL, IVTD, NDFD, NFC, ME, RFQ). A linkage map comprised of 3568 single nucleotide polymorphisms in 21 linkage groups corresponding to 21 homologous chromosome pairs of both parents was used to identify QTLs and QTL x environment interactions (QxE) based on trait averages for each genotype in each environment. Significant genotype x environment interactions were detected for biomass, NDF etc. A total of 26 QTLs were identified, including 6 MASS, 2 TILE, 2 TICR, 1 ZAMA, 1 CP, 3 NDF, 2 ADF, 3 IVTD, and 5 NDFD. A subset of 7 QTLs showed significant QxE interaction. These results indicate that breeders need to evaluate plants in polyculture or swards if these are the intended crop management systems.

付記する学位プログラム名: グローバル生存学大学院連携プログラム / 京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(農学) / 甲第21143号 / 農博第2269号 / 新制||農||1058(附属図書館) / 学位論文||H30||N5117(農学部図書室) / 京都大学大学院農学研究科農学専攻 / (主査)教授 奥本 裕, 教授 白岩 立彦, 教授 稲村 達也 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DFAM

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