A produtividade e a qualidade tecnológica do trigo são influenciadas por fatores genéticos, ambientais e de manejo. A participação do ambiente na definição de caracteres componentes do rendimento e atributos qualitativos de farinha requer extensiva avaliação de genótipos em vários locais durante anos. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de anos (2007 a 2011) e regiões de cultivo (Abelardo Luz- SC, Cascavel-PR, Castro-PR, Guarapuava-PR, Não Me Toque- RS e Palotina-PR) sobre a qualidade industrial e produtividade de grãos em conjuntos de ensaios de trigo (Triticum aestivum L.), com vistas a recomendação de cultivares e identificação de regiões que maximizem a qualidade de panificação. Foram realizadas as análises de variância conjunta e calculadas as estatísticas de comparação de médias, associação entre caracteres e adaptabilidade e estabilidade dos genótipos às diferentes regiões de cultivo, utilizando analises gráficas GGE Biplot e análises AMMI. Os resultados indicam que todos os caracteres avaliados foram influenciados pelo genótipo (G), ambiente (E) interação GxE. Os caracteres determinantes da qualidade de panificação de trigo têm sua variação fenotípica controlada principalmente pelo efeito genético. As cultivares CD 150, CD 108 e IPR 85 apresentaram excelente comportamento quanto à qualidade de panificação. O ambiente de teste Não-Me-Toque é ideal para seleção de genótipos com foco no rendimento de grãos e massa do hectolitro. Ambientes ideais para a seleção de genótipos com foco na qualidade de panificação incluem, em ordem, Abelardo Luz, Cascavel e Guarapuava. / The productivity and technological quality of wheat is influenced by genetic, environmental and management factors. The environmental contribution in the definition of component traits of yield and quality attributes of flour requires extensive evaluation of genotypes in multiple locations for years. The objective of this study was to evaluate the effect of years (2007-2011) and growing regions (Abelardo Luz- SC , Cascavel - PR, Castro - PR, Guarapuava - PR , Não-Me-Toque - RS and Palotina - PR) on the quality industrial and grain yield in sets of trials of wheat ( Triticum aestivum L.), with a view to recommending cultivars and identification of regions that maximize the quality of baking. Analyses of joint variance and calculated statistical comparison of means , association between character and adaptability and stability of genotypes to different growing regions, using graphical GGE Biplot analysis and AMMI analysis were performed. The results indicate that all traits were influenced by genotype (G), environment (E) interaction GxE. The determinants of quality characters of wheat bread have their phenotypic variation mainly controlled by genetic effects. The CD 150, CD 108 and IPR 85 cultivars showed excellent behavior in relation to baking quality. The test environment Não-Me-Toque is ideal for selection of genotypes with a focus on yield and hectoliter mass. Ideal environments for the selection of genotypes with a focus on quality of bread making, in order, Abelardo Luz, Cascavel and Guarapuava.

A germinação pré-colheita em trigo, têm sido responsável por perdas consideráveis de produtividade e qualidade em diversas regiões produtoras a nível mundial. Diversos programas de melhoramento têm buscado selecionar genótipos com elevados níveis de resistência, mas em função da complexidade da característica, os avanços obtidos são pouco expressivos, e técnicas mais eficientes para identificação de genótipos superiores são necessárias. Dessa forma, o objetivo do presente estudo foi realizar uma análise de associação genômica, a fim de identificar marcadores SNPs e regiões genômicas associadas com a resistência a germinação pré-colheita em trigo, para posterior utilização em seleção assistida por marcadores moleculares (SAM). Para isso, foram utilizados 344 genótipos de trigo de diferentes empresas obtentoras e épocas de lançamento, que representam a base genética do trigo cultivado no Brasil. O experimento foi constituído por três etapas principais: a genotipagem, a fenotipagem e a análise de associação genômica. Para a genotipagem, foi realizada a extração e quantificação do DNA, e as amostras foram genotipadas com um chip de DNA para detecção de SNPs contendo 35 mil SNPs para o genoma do trigo. Na etapa de fenotipagem, foi conduzido um experimento em Cascavel-PR, em delineamento experimental de blocos cazualizados com três repetições. Os genótipos foram avaliados na maturidade fisiológica, a partir da coleta de 20 espigas por genótipo, as quais foram submetidas a um simulador de chuva para germinação, sendo então atribuídas notas de acordo com o índice de germinação apresentado. Após as determinações genotípicas e fenotípicas, foi realizada a análise de associação genômica a fim de identificar marcadores moleculares associados com a resistência à germinação pré-colheita. Foram identificados dez marcadores significativos nos cromossomos 3B, 4A, 5B, 5D, 6D, 7B e 7D, onde estão presentes QTLs (Quantitative Trait Loci) associados com a resistência a germinação pré-colheita. Os SNPs foram localizados em genes codificadores de enzimas envolvidas em vias de sinalização de giberelinas e ácido abscísico, hidrólise de maltose e alongamento e divisão celular. A explicação da variação fenotípica pelos marcadores significativos variou de 4,2 a 5,4%, o que é esperado para caracteres quantitativos. Os marcadores significativos identificados no presente estudo, após validados, poderão ser utilizados em programas de SAM, para a seleção precoce de genótipos mais resistentes a germinação pré-colheita, propiciando a obtenção de genótipos desejáveis de maneira mais ágil e precisa. / Pre-harvest sprouting (PHS) in wheat, has been responsible for considerable losses in productivity and quality in several growing regions worldwide. Several breeding programs have sought to select genotypes with high levels of resistance, but due to the complexity of the trait, the advances achieved are inexpressive, and most efficient techniques to identify superior genotypes are demanded. Thus, the objective of this study was to perform a genome-wide association analysis, for identify SNPs markers and genomic regions associated with resistance to PHS in wheat, for later use in marker-assisted selection (MAS). For this, 344 wheat genotypes of different times and companies that represents the genetic basis of wheat grown in Brazil were used. The experiment consisted of three main steps: genotyping, phenotyping and genome-wide association analysis. In the genotyping step, the DNA extraction and quantification was conducted, and the samples were genotyped with a DNA chip for detection of SNPs containing 35,000 SNPs for the wheat genome. In the phenotyping step, an experiment was conducted in Cascavel-PR, in a randomized block design with three replicates. The genotypes were evaluated at physiological maturity, with the collection of 20 spikes per genotype, and these were subjected to a simulated rainfall for germination, being then allocated scores according to the germination rate observed. After the genotypic and phenotypic determinations, it was conducted a genome-wide association analysis to identify molecular markers associated with resistance to PHS. Ten significant markers were identified on chromosomes 3B, 4A, 5B, 5D, 6D, 7B and 7D, where QTLs (Quantitative Trait Loci) associated with pre-harvest sprouting resistance are present. The SNPs were localized in genes encoding enzymes involved in the gibberellin and abscisic acid signaling pathways, maltose hydrolysis and cell division and stretching. The explanation of the phenotypic variation by the significant markers ranged from 4.2 to 5.4%, which is expected for quantitative traits. Significant markers identified in the present study, after being validated, could be used in MAS programs for the early selection of genotypes more resistant to PHS in wheat, allowing the obtainment of desirable genotypes in the more agile and precise way.

CAPES / Caracterizar a presença de variabilidade genética quanto a eficiência de uso de nitrogênio (EUN) e identificar ambientes que maximizem a produtividade e qualidade industrial de grãos é de fundamental importância para a sustentabilidade e competitividade da cultura do trigo no Brasil. O primeiro experimento objetivou avaliar os níveis de desoxinivalenol (DON) e caracterizar cultivares de trigos brasileiros recentemente disponibilizados para cultivo, quanto à eficiência de uso do N (EUN) em dois locais de cultivo (Pato Branco-PR e Coxilha-RS), na safra agrícola de 2011. Os experimentos foram conduzidos em Pato Branco-PR e Coxilha-RS, na safra agrícola de 2011 em delineamento experimental de blocos casualizados com três repetições e analisados de forma conjunta. A micotoxina DON foi detectada em 97.23% das amostras variando de 200 a 4140 μg kg-1, com valores médios de 1058 μg kg-1 em Pato Branco e 1357μg kg-1 em Coxilha. De um total de 108 amostras, 17% representadas pelos cultivares IPR Catuara TM, IPR 144, BRS Tangará e BRS 220, apresentaram níveis de DON superiores ao limite tolerado pela Anvisa para o ano de 2012. Também foi identificado variabilidade genética para a eficiência de uso do nitrogênio pelos grãos (EUNg – 47.6 a 81.1 kg/kg) e índice de colheita de nitrogênio (ICN – 71.3 a 84.6%), com destaque para os cultivares Mirante, Quartzo, F. Cristalino, F. Raízes e CD 150. O rendimento de grãos dos cultivares de trigo atuais associou-se positivamente com a maior produção de biomassa total (0,85** e 0,82**) em ambos os locais. O segundo experimento objetivou avaliar a capacidade geral e específica de combinação de componentes da EUN em cruzamentos dialélicos e investigar possíveis associações com caracteres agronômicos. Seis genitores e 15 populações segregantes F2 foram avaliadas a campo em delineamento de blocos casualizados com três repetições. Efeitos gênicos aditivos e não-aditivos afetaram os componentes da EUN. Os genitores Mirante, Valente e BRS Tangará apresentaram os maiores valores de CGC para componentes da EUN. O índice relativo de clorofila B foi significativamente associado com o RG (0,49*), peso de mil grãos (0,44*) e EUNg (0,50*), indicando que esse caractere pode ser utilizado seleção indireta de progênies superiores em gerações precoces. Por último 29 linhagens e 10 cultivares de trigo foram testadas em 11 locais de cultivo no Paraná nas safras agrícolas 2010 e 2011, com o objetivo de selecionar linhagens de trigo e identificar ambientes de testes ideais para a maximização do rendimento de grãos e qualidade de panificação. Foram usadas as metodologias em gráfico biplot AMMI e GGE para a análise dos dados. Em 2010, Nova Fátima e Ventania forma ambientes representativos e discriminantes para rendimento de grãos (RG). Em 2011, Apucarana e Astorga destacaram-se como ambientes ideais para seleção de genótipos para qualidade de panificação. A análise de genótipo-ideal indicou as linhagens BIO-08528 e BIO-08228 para RG e concentração protéica dos grãos (CPG), respectivamente. Em 2011, as linhagens BIO-10161 e BIO-10141 foram superiores para RG e qualidade de panificação e devem ser selecionadas. A CPG e o teste de sedimentação SDS correlacionaram-se entre si (r=0,61**) e foram moderadamente associados com a forca de glúten(r=0,49** e 0,74**), indicando que podem ser empregados na seleção indireta para qualidade de panificação em programas de melhoramento genético de trigo. / To characterize the genetic variability as the nitrogen use efficiency (NUE) and identify environments that maximize grain yield and baking quality is of essential importance for the competitiveness and sustainability of crop wheat in Brazil. The first experiment was objective to evaluate the levels of deoxynivalenol (DON) and to characterize Brazilian wheat cultivars recently release and available for cultivation, as the efficiency of use of N (EUN) in two growing locations (Pato Branco, Paraná and Coxilha-RS), in 2011 crop season. The experimental design was a randomized block with three replications and analyzed jointly. The mycotoxin DON was detected in 97.23% of samples ranging from 200 to 4140 μg kg-1, with mean values of 1058 μg kg-1 in Pato Branco and 1357 μg kg-1 in Coxilha. From a total of 108 samples, 17% represented by cultivars IPR Catuara TM, IPR 144, BRS 220 and BRS Tangará, had DON levels above the limit tolerated by ANVISA for 2012 crop season. Additionally, was identified genetic variability for nitrogen use efficiency by grains (NUEg – 47,6 to 81,1 kg/kg) and nitrogen harvest index (NHI – 71,3 to 84,6%), highlighting the cultivars Mirante, Quartzo, F. Cristalino, F. Raízes and CD 150. Grain yield of current brasilian wheat cultivars was positively associated with total biomass production (0,85 ** and 0,82 **) at both locations. The objective of the second experiment was to evaluate the general ability combination (GCA) and specific ability (SCA) of NUE components and investigate possible associations with agronomic traits in diallel crosses. Six parents and 15 F2 segregating populations were evaluated in the field in a randomized block design with three replications. Additive and non-additive genetic effects influenced the expression of the components of NUE. The parents Mirante, Valente and BRS Tangará showed the highest CGC values for components of NUE. The relative relative chlorophyll B was significantly associated with the RG (0,49*), thousand kernel weight (0,44*) and NUEg (0,50*), indicating that this traits can be used for indirect selection of superior genotypes in early generations. Lastly, 29 wheat lines and 10 cultivars were tested in 11 cultivation sites in Paraná in the 2010 and 2011 growing seasons, with the objective of this study was to select wheat lines and identify ideal test environments for maximizing yield and baking quality. AMMI and GGE Biplot graphic methodologies were used for data analysis. In 2010 crop season, Nova Fatima e Ventania locals classified themselves as discriminating and representative for grain yield (GY). In 2011 crop season, Apucarana and Astorga showed out as ideal environments to selection of genotypes with high baking quality. The ideal-genotype analysis indicated the BIO-08528 BIO-08228 lines to GY and protein concentration, respectively. In the 2011 crop season, BIO-10161 and BIO-10141 lines and were higher for GY and baking quality and should be selected. Grain protein concentration SDS-sedimentation test correlated with each other (r = 0,61**) and were positively associated with gluten strength (r = 0,49** and 0,74**), indicating that they can be used as indirect selection criteria for bread-making quality in wheat breeding programs.

CNPq / Conhecer os processos responsáveis pelo avanço do progresso genético do rendimento de grãos é uma etapa essencial para o desenvolvimento de cultivares mais produtivas. Os objetivos do estudo foram: a) Avaliar a duração dos subperíodos de desenvolvimento de cultivares de trigo brasileiros, lançados entre 1940 e 2009, e quantificar a importância de cada fenofase sobre o rendimento de grãos e seus componentes. b) Caracterizar, fisiologica e agronomicamente, cultivares de trigo desenvolvidos entre 1940 e 2009, a fim de identificar critérios de seleção mais efetivos à continuidade do progresso genético de melhoramento no Brasil. c) Caracterizar cultivares antigos e modernos brasileiros, lançados em diferentes décadas, quanto à eficiência do uso do nitrogênio e seus componentes. Dez cultivares de trigo brasileiros, antigos e modernos, foram avaliados em ensaios de competição, em duas safras agrícolas (2010 e 2011); na safra agrícola de 2011 um ensaio foi conduzido em casa de vegetação, com quatro doses de nitrogênio (0, 60, 120 e 180 kg N ha-1). Comparou-se a duração dos subperíodos, caracteres agronômicos e fisiológicos (trocas gasosas) e caracteres da eficiência do uso do nitrogênio (EUN). O melhoramento reduziu a fase de semeadura a antese e aumentou a fase de enchimento de grãos, contribuindo com o aumento da massa de mil grãos. Os genótipos modernos tiveram o subperíodo de espigueta terminal a antese aumentado (0,68 a 1,35 graus dias ano-1) ao longo dos anos, contribuindo com o incremento do número de grãos por espigueta, número de grãos por espiga, peso seco de espiga em antese e índice de fertilidade da espiga. O incremento de rendimento de grãos foi de 29 kg ha-1 ano-1, com um ganho genético de 0,92% ano-1 no período de 1940 e 2009. O progresso genético para rendimento de grãos foi principalmente relacionado ao incremente do índice de colheita, número de grãos e rendimento biológico, que foram alcançados pelo aumento da condutância estomática e da taxa fotossintética em pré e pós-antese e redução da estatura de planta. A eficiência de absorção de nitrogênio (EAN) foi positivamente associada com a eficiência do uso do nitrogenio (EUN) na ausência de adubação nitrogenada. A eficiência de utilização do nitrogenio (EUtN) e a EAN foram positivamente associadas a EUN nas doses elevadas de N. Os cultivares mais recentemente disponibilizados para cultivo (Quartzo, CD 117, BRS Tangará, BRS 220, BRS 208 e BRS Guamirim) foram mais eficientes no uso do nitrogênio e mais tolerantes a baixas doses em comparação ao grupo formado pelos cultivares BRS 179, BR 23, Toropi e Frontana. / Knowledge the processes responsible for the progress of genetic gain in grain yield in wheat plant is an essential step for the development of high yield cultivars. The aims of the study were: a) Evaluate the duration of developmental phases in wheat cultivars and quantify the importance of each phase on grain yield and its components. b) characterize physiological and agronomically wheat cultivars released in different decades, to identify selection criteria for continued improvement of genetic progress in Brazil. c) Characterize Brazilian wheat cultivars developed in different decades for the nitrogen use efficiency (NUE). Ten wheat cultivars released from1940 to 2009, were examined for two years in a competition essay (2010 and 2011) and in 2011 an essay in green house was conducted with four nitrogen rates (0, 60, 120 e 180 kg N ha-1). We compared the duration of periods, agronomic and physiological traits (gas exchange) and nitrogen use efficiency (EUN) characters. The Breeding reduced time to anthesis and increased the grain filling, contributing to the increase in thousand kernel weight. The modern cultivars had the period terminal spikelet to anthesis increased (0,68 to 1,35 degree days year-1) over the years, contributing to the increase in the number of grains per spikelet, number of grains per spike, spike dry weight at anthesis and spike fertility index. The increase in grain yield was 29 kg ha-1 yr-1, with a genetic gain of 0,92% yr-1 from 1940 to 2009, this is largely related to the increased of harvest index, number of grains m-2 and biological yield, which were achieved through improving stomatal conductance and photosynthetic rate in pre and post-anthesis and reduced in plant height. The nitrogen uptake efficiency (NUpE) was positively associated with nitrogen use efficiency (NUE) in the absence of fertilization. Nitrogen utilization efficiency (NutE) and NUpE were positively associated with NUE in higher N. The modern cultivars (Quartzo, CD 117, BRS Tangará, BRS 220, BRS 208 and BRS Guamirim) were more efficient in the use of nitrogen and more tolerant to low N input compared to the group formed by BRS 179, BR 23, Toropi and Frontana.

A produtividade e a qualidade tecnológica do trigo são influenciadas por fatores genéticos, ambientais e de manejo. A participação do ambiente na definição de caracteres componentes do rendimento e atributos qualitativos de farinha requer extensiva avaliação de genótipos em vários locais durante anos. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de anos (2007 a 2011) e regiões de cultivo (Abelardo Luz- SC, Cascavel-PR, Castro-PR, Guarapuava-PR, Não Me Toque- RS e Palotina-PR) sobre a qualidade industrial e produtividade de grãos em conjuntos de ensaios de trigo (Triticum aestivum L.), com vistas a recomendação de cultivares e identificação de regiões que maximizem a qualidade de panificação. Foram realizadas as análises de variância conjunta e calculadas as estatísticas de comparação de médias, associação entre caracteres e adaptabilidade e estabilidade dos genótipos às diferentes regiões de cultivo, utilizando analises gráficas GGE Biplot e análises AMMI. Os resultados indicam que todos os caracteres avaliados foram influenciados pelo genótipo (G), ambiente (E) interação GxE. Os caracteres determinantes da qualidade de panificação de trigo têm sua variação fenotípica controlada principalmente pelo efeito genético. As cultivares CD 150, CD 108 e IPR 85 apresentaram excelente comportamento quanto à qualidade de panificação. O ambiente de teste Não-Me-Toque é ideal para seleção de genótipos com foco no rendimento de grãos e massa do hectolitro. Ambientes ideais para a seleção de genótipos com foco na qualidade de panificação incluem, em ordem, Abelardo Luz, Cascavel e Guarapuava. / The productivity and technological quality of wheat is influenced by genetic, environmental and management factors. The environmental contribution in the definition of component traits of yield and quality attributes of flour requires extensive evaluation of genotypes in multiple locations for years. The objective of this study was to evaluate the effect of years (2007-2011) and growing regions (Abelardo Luz- SC , Cascavel - PR, Castro - PR, Guarapuava - PR , Não-Me-Toque - RS and Palotina - PR) on the quality industrial and grain yield in sets of trials of wheat ( Triticum aestivum L.), with a view to recommending cultivars and identification of regions that maximize the quality of baking. Analyses of joint variance and calculated statistical comparison of means , association between character and adaptability and stability of genotypes to different growing regions, using graphical GGE Biplot analysis and AMMI analysis were performed. The results indicate that all traits were influenced by genotype (G), environment (E) interaction GxE. The determinants of quality characters of wheat bread have their phenotypic variation mainly controlled by genetic effects. The CD 150, CD 108 and IPR 85 cultivars showed excellent behavior in relation to baking quality. The test environment Não-Me-Toque is ideal for selection of genotypes with a focus on yield and hectoliter mass. Ideal environments for the selection of genotypes with a focus on quality of bread making, in order, Abelardo Luz, Cascavel and Guarapuava.

A germinação pré-colheita em trigo, têm sido responsável por perdas consideráveis de produtividade e qualidade em diversas regiões produtoras a nível mundial. Diversos programas de melhoramento têm buscado selecionar genótipos com elevados níveis de resistência, mas em função da complexidade da característica, os avanços obtidos são pouco expressivos, e técnicas mais eficientes para identificação de genótipos superiores são necessárias. Dessa forma, o objetivo do presente estudo foi realizar uma análise de associação genômica, a fim de identificar marcadores SNPs e regiões genômicas associadas com a resistência a germinação pré-colheita em trigo, para posterior utilização em seleção assistida por marcadores moleculares (SAM). Para isso, foram utilizados 344 genótipos de trigo de diferentes empresas obtentoras e épocas de lançamento, que representam a base genética do trigo cultivado no Brasil. O experimento foi constituído por três etapas principais: a genotipagem, a fenotipagem e a análise de associação genômica. Para a genotipagem, foi realizada a extração e quantificação do DNA, e as amostras foram genotipadas com um chip de DNA para detecção de SNPs contendo 35 mil SNPs para o genoma do trigo. Na etapa de fenotipagem, foi conduzido um experimento em Cascavel-PR, em delineamento experimental de blocos cazualizados com três repetições. Os genótipos foram avaliados na maturidade fisiológica, a partir da coleta de 20 espigas por genótipo, as quais foram submetidas a um simulador de chuva para germinação, sendo então atribuídas notas de acordo com o índice de germinação apresentado. Após as determinações genotípicas e fenotípicas, foi realizada a análise de associação genômica a fim de identificar marcadores moleculares associados com a resistência à germinação pré-colheita. Foram identificados dez marcadores significativos nos cromossomos 3B, 4A, 5B, 5D, 6D, 7B e 7D, onde estão presentes QTLs (Quantitative Trait Loci) associados com a resistência a germinação pré-colheita. Os SNPs foram localizados em genes codificadores de enzimas envolvidas em vias de sinalização de giberelinas e ácido abscísico, hidrólise de maltose e alongamento e divisão celular. A explicação da variação fenotípica pelos marcadores significativos variou de 4,2 a 5,4%, o que é esperado para caracteres quantitativos. Os marcadores significativos identificados no presente estudo, após validados, poderão ser utilizados em programas de SAM, para a seleção precoce de genótipos mais resistentes a germinação pré-colheita, propiciando a obtenção de genótipos desejáveis de maneira mais ágil e precisa. / Pre-harvest sprouting (PHS) in wheat, has been responsible for considerable losses in productivity and quality in several growing regions worldwide. Several breeding programs have sought to select genotypes with high levels of resistance, but due to the complexity of the trait, the advances achieved are inexpressive, and most efficient techniques to identify superior genotypes are demanded. Thus, the objective of this study was to perform a genome-wide association analysis, for identify SNPs markers and genomic regions associated with resistance to PHS in wheat, for later use in marker-assisted selection (MAS). For this, 344 wheat genotypes of different times and companies that represents the genetic basis of wheat grown in Brazil were used. The experiment consisted of three main steps: genotyping, phenotyping and genome-wide association analysis. In the genotyping step, the DNA extraction and quantification was conducted, and the samples were genotyped with a DNA chip for detection of SNPs containing 35,000 SNPs for the wheat genome. In the phenotyping step, an experiment was conducted in Cascavel-PR, in a randomized block design with three replicates. The genotypes were evaluated at physiological maturity, with the collection of 20 spikes per genotype, and these were subjected to a simulated rainfall for germination, being then allocated scores according to the germination rate observed. After the genotypic and phenotypic determinations, it was conducted a genome-wide association analysis to identify molecular markers associated with resistance to PHS. Ten significant markers were identified on chromosomes 3B, 4A, 5B, 5D, 6D, 7B and 7D, where QTLs (Quantitative Trait Loci) associated with pre-harvest sprouting resistance are present. The SNPs were localized in genes encoding enzymes involved in the gibberellin and abscisic acid signaling pathways, maltose hydrolysis and cell division and stretching. The explanation of the phenotypic variation by the significant markers ranged from 4.2 to 5.4%, which is expected for quantitative traits. Significant markers identified in the present study, after being validated, could be used in MAS programs for the early selection of genotypes more resistant to PHS in wheat, allowing the obtainment of desirable genotypes in the more agile and precise way.

CAPES / Caracterizar a presença de variabilidade genética quanto a eficiência de uso de nitrogênio (EUN) e identificar ambientes que maximizem a produtividade e qualidade industrial de grãos é de fundamental importância para a sustentabilidade e competitividade da cultura do trigo no Brasil. O primeiro experimento objetivou avaliar os níveis de desoxinivalenol (DON) e caracterizar cultivares de trigos brasileiros recentemente disponibilizados para cultivo, quanto à eficiência de uso do N (EUN) em dois locais de cultivo (Pato Branco-PR e Coxilha-RS), na safra agrícola de 2011. Os experimentos foram conduzidos em Pato Branco-PR e Coxilha-RS, na safra agrícola de 2011 em delineamento experimental de blocos casualizados com três repetições e analisados de forma conjunta. A micotoxina DON foi detectada em 97.23% das amostras variando de 200 a 4140 μg kg-1, com valores médios de 1058 μg kg-1 em Pato Branco e 1357μg kg-1 em Coxilha. De um total de 108 amostras, 17% representadas pelos cultivares IPR Catuara TM, IPR 144, BRS Tangará e BRS 220, apresentaram níveis de DON superiores ao limite tolerado pela Anvisa para o ano de 2012. Também foi identificado variabilidade genética para a eficiência de uso do nitrogênio pelos grãos (EUNg – 47.6 a 81.1 kg/kg) e índice de colheita de nitrogênio (ICN – 71.3 a 84.6%), com destaque para os cultivares Mirante, Quartzo, F. Cristalino, F. Raízes e CD 150. O rendimento de grãos dos cultivares de trigo atuais associou-se positivamente com a maior produção de biomassa total (0,85** e 0,82**) em ambos os locais. O segundo experimento objetivou avaliar a capacidade geral e específica de combinação de componentes da EUN em cruzamentos dialélicos e investigar possíveis associações com caracteres agronômicos. Seis genitores e 15 populações segregantes F2 foram avaliadas a campo em delineamento de blocos casualizados com três repetições. Efeitos gênicos aditivos e não-aditivos afetaram os componentes da EUN. Os genitores Mirante, Valente e BRS Tangará apresentaram os maiores valores de CGC para componentes da EUN. O índice relativo de clorofila B foi significativamente associado com o RG (0,49*), peso de mil grãos (0,44*) e EUNg (0,50*), indicando que esse caractere pode ser utilizado seleção indireta de progênies superiores em gerações precoces. Por último 29 linhagens e 10 cultivares de trigo foram testadas em 11 locais de cultivo no Paraná nas safras agrícolas 2010 e 2011, com o objetivo de selecionar linhagens de trigo e identificar ambientes de testes ideais para a maximização do rendimento de grãos e qualidade de panificação. Foram usadas as metodologias em gráfico biplot AMMI e GGE para a análise dos dados. Em 2010, Nova Fátima e Ventania forma ambientes representativos e discriminantes para rendimento de grãos (RG). Em 2011, Apucarana e Astorga destacaram-se como ambientes ideais para seleção de genótipos para qualidade de panificação. A análise de genótipo-ideal indicou as linhagens BIO-08528 e BIO-08228 para RG e concentração protéica dos grãos (CPG), respectivamente. Em 2011, as linhagens BIO-10161 e BIO-10141 foram superiores para RG e qualidade de panificação e devem ser selecionadas. A CPG e o teste de sedimentação SDS correlacionaram-se entre si (r=0,61**) e foram moderadamente associados com a forca de glúten(r=0,49** e 0,74**), indicando que podem ser empregados na seleção indireta para qualidade de panificação em programas de melhoramento genético de trigo. / To characterize the genetic variability as the nitrogen use efficiency (NUE) and identify environments that maximize grain yield and baking quality is of essential importance for the competitiveness and sustainability of crop wheat in Brazil. The first experiment was objective to evaluate the levels of deoxynivalenol (DON) and to characterize Brazilian wheat cultivars recently release and available for cultivation, as the efficiency of use of N (EUN) in two growing locations (Pato Branco, Paraná and Coxilha-RS), in 2011 crop season. The experimental design was a randomized block with three replications and analyzed jointly. The mycotoxin DON was detected in 97.23% of samples ranging from 200 to 4140 μg kg-1, with mean values of 1058 μg kg-1 in Pato Branco and 1357 μg kg-1 in Coxilha. From a total of 108 samples, 17% represented by cultivars IPR Catuara TM, IPR 144, BRS 220 and BRS Tangará, had DON levels above the limit tolerated by ANVISA for 2012 crop season. Additionally, was identified genetic variability for nitrogen use efficiency by grains (NUEg – 47,6 to 81,1 kg/kg) and nitrogen harvest index (NHI – 71,3 to 84,6%), highlighting the cultivars Mirante, Quartzo, F. Cristalino, F. Raízes and CD 150. Grain yield of current brasilian wheat cultivars was positively associated with total biomass production (0,85 ** and 0,82 **) at both locations. The objective of the second experiment was to evaluate the general ability combination (GCA) and specific ability (SCA) of NUE components and investigate possible associations with agronomic traits in diallel crosses. Six parents and 15 F2 segregating populations were evaluated in the field in a randomized block design with three replications. Additive and non-additive genetic effects influenced the expression of the components of NUE. The parents Mirante, Valente and BRS Tangará showed the highest CGC values for components of NUE. The relative relative chlorophyll B was significantly associated with the RG (0,49*), thousand kernel weight (0,44*) and NUEg (0,50*), indicating that this traits can be used for indirect selection of superior genotypes in early generations. Lastly, 29 wheat lines and 10 cultivars were tested in 11 cultivation sites in Paraná in the 2010 and 2011 growing seasons, with the objective of this study was to select wheat lines and identify ideal test environments for maximizing yield and baking quality. AMMI and GGE Biplot graphic methodologies were used for data analysis. In 2010 crop season, Nova Fatima e Ventania locals classified themselves as discriminating and representative for grain yield (GY). In 2011 crop season, Apucarana and Astorga showed out as ideal environments to selection of genotypes with high baking quality. The ideal-genotype analysis indicated the BIO-08528 BIO-08228 lines to GY and protein concentration, respectively. In the 2011 crop season, BIO-10161 and BIO-10141 lines and were higher for GY and baking quality and should be selected. Grain protein concentration SDS-sedimentation test correlated with each other (r = 0,61**) and were positively associated with gluten strength (r = 0,49** and 0,74**), indicating that they can be used as indirect selection criteria for bread-making quality in wheat breeding programs.

Doctor of Philosophy / Genetics Interdepartmental Program / Allan K. Fritz / Wheat diseases cause significant economic losses every year. To ensure global food security, newly released cultivars must possess increased levels of broadly-effective resistance against wheat pathogens, acceptable end-use quality, and high yield potential. Genetic host resistance stands out from other management strategies as the most viable option for controlling diseases. New genotyping platforms allow whole genome marker discovery at a relatively low cost, favoring the identification of novel loci underlying traits of interest. The work presented here describes genomic approaches for mapping and predicting the resistance to Fusarium head blight (FHB) and wheat rusts. The first study used biparental mapping to identify quantitative trait loci (QTL) associated with Fusarium head blight (FHB) resistance. A doubled haploid population (DH) was originated from a cross of Everest and WB-Cedar, which are widely grown wheat cultivars in Kansas with moderately resistant and moderately susceptible reactions to FHB, respectively. We confirmed that neither of the parents carry known large-effect QTLs, suggesting that FHB resistance is native. Eight small-effect QTLs were identified as associated with multiple mechanisms of FHB resistance. All QTLs had additive effects, providing significant improvements in levels of resistance when they were found in combinations within DH lines. In the second study, a genome-wide association mapping (GWAS) and genomic selection (GS) models were applied for FHB resistance in a panel of 962 elite lines from the K-State Wheat Breeding Program. Significant single nucleotide polymorphisms (SNPs) associated with the percentage of symptomatic spikelets were identified but not reproducible across breeding panels tested in each year. Accuracy of predictions ranged from 0.25 to 0.51 depending on GS model, indicating that it can be a useful tool to increase levels of FHB resistance. GWAS and GS approaches were also applied to a historical dataset to identify loci underlying resistance to leaf and stem rust at seedling stage in a panel of elite winter wheat lines. Infection types of multiple races of wheat rusts from the last sixteen years of the Southern Regional Performance Nursery (SRPN) were used in this study. A total of 533 elite lines originating from several breeding programs were tested in the SRPN during this period of time. GWAS identified significant SNP-trait associations for wheat rusts, confirming the effectiveness of already known genes and revealing potentially novel loci associated with resistance.

Doctor of Philosophy / Department of Agricultural Economics / Andrew P. Barkley / Previous studies show that there has been a deceleration in world wheat yield growth, specifically in irrigated areas, which has led some to believe that the potential for genetic gains is slowing. Some reports claim that the Centro Internacional de Mejoramiento de Maiz y Trigo (CIMMYT) breeding program "reached a plateau" in the 1980s. Such a breeding plateau would have global ramifications, since it is often poor consumers who benefit the most from yield enhancement of staple crops including wheat. CIMMYT estimates that by 2020, the developing world will need 40% more wheat than it consumes today. Because of the lack of involvement by private breeders in most low-income countries, CIMMYT, whose germplasm is used extensively in the developing world, will need to ensure that modern varieties that they release are increasing in yield to meet the rising wheat demand in the developing world. CIMMYT, a non-profit organization, distributes improved germplasm to national agricultural research systems (NARS) for worldwide utilization. CIMMYT has consistently invested a large amount of public expenditures in wheat breeding research each year for several decades. Estimates of the impact of the wheat breeding program on increasing wheat yields provides information to scientists, administrators, and policy makers regarding the efficacy and return to these investments. Quantitative estimates of yield improvements due to the wheat breeding program provide important information for future funding decisions. Wheat lines released by CIMMYT during 1962-2002 were analyzed to estimate genetic yield increases associated with the CIMMYT breeding program using test plot data from the Yaqui Valley in Mexico from 1990-2002. Using several econometric techniques including a Just-Pope production function to account for multiplicative heteroscedasticity across the different varieties, results indicate that through the release of modern varieties CIMMYT has contributed 53.77 kg/ha to yield annually in Mexico’s Yaqui Valley during 1962-2002. Estimates of the gains attributed to CIMMYT’s breeding program on a global scale equal 481.47 million (2002) USD annually from 1990-2002. CIMMYT’s average total wheat breeding cost in from 1990-2002 was roughly 13.95 million USD making the average cost-benefit ratio approximately 1:34.

Doctor of Philosophy / Genetics Interdepartmental Program / Jesse A. Poland / A central question in modern biology is to understand the genotype-to-phenotype (G2P) link, that is, how the genetics of an organism results in specific characteristics. However, prediction of phenotypes from genotypes is a difficult problem due to the complex nature of genomes, the environment, and their interactions. While the recent advancements in genome sequencing technologies have provided almost unlimited access to high-density genetic markers, large-scale rapid and accurate phenotyping of complex plant traits remains a major bottleneck. Here, we demonstrate field-based complex trait assessment approaches using a commercially available light-weight Unmanned Aerial Systems (UAS). By deploying novel data acquisition and processing pipelines, we quantified lodging, ground cover, and crop growth rate of 1745 advanced spring wheat lines at multiple time-points over the course of three field seasons at three field sites in South Asia. High correlations of digital measures to visual estimates and superior broad-sense heritability demonstrate these approaches are amenable for reproducible assessment of complex plant traits in large breeding nurseries. Using these validated high-throughput measurements, we applied genome-wide association and prediction models to assess the underlying genetic architecture and genetic control. Our results suggest a diffuse genetic architecture for lodging and ground cover in wheat, but heritable genetic variation for prediction and selection in breeding programs. The logistic regression-derived parameters of dynamic plant height exhibited strong physiological linkages with several developmental and agronomic traits, suggesting the potential targets of selection and the associated tradeoffs. Taken together, our highly reproducible approaches provide a proof-of-concept application of UAS-based phenomics that is scalable to tens-of-thousands of plots in breeding and genetic studies as will be needed to understand the G2P and increase the rate of gain for complex traits in crop breeding.