Made available in DSpace on 2015-03-26T13:42:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1068660 bytes, checksum: 930f9c25a88fb00b35dbf177ec6987f8 (MD5) Previous issue date: 2014-07-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The search for alternative sources of energy, due to the environmental damage caused by greenhouse gases and the depletion of oil easy to extract, resulted in a new phase of growth of the national sugarcane agribusiness. Apart from sugar cane juice to produce sugar and ethanol, the industrialization process obtains the biomass, a lignocellulosic material with high energy content, which can be converted into biofuels. It is essential the characterization of germplasm banks, which consist in great genetic variability and can be used as potential parents in breeding programs. Recognized this importance, the present work aimed to study the genetic diversity of a germplasm bank of cane sugar for selection of potential parents for bioenergy production. Ninety genotypes sown in simple installments and without repetitions were characterized for their chemical and technological constitutions. The descriptive analysis enabled the determination of variability among accessions. The relationships between the variables were estimated from analyzes of simple and partial correlations and the path analysis with the dry matter (MS) as the main variable. To study the genetic divergence, multivariate analyzes were performed. From the Euclidean distance matrix standardized mean, techniques clustering were applied by Tocher optimization method and the hierarchical agglomerative method based on the average linkage between groups (UPGMA). We proceeded with the principal component analysis in order to complement the analysis of clustering. The simultaneous selection of characters, from the index proposed by Mulamba and Mock (1978), allowed the classification of genotypes for different purposes. It was possible to observe amplitude variation high among accessions for all the variables, excepted cellulose. Despite the low correlations for most variables, it was possible to obtain correlated response to selection of the desired characters, highlighting the variable total soluble solids (BRIX), a feature that is easy to measure and can be regarded as the main feature for be used for indirect selection of correlated characters. Path analysis is not the most appropriate to verify the direct and indirect relationships between the variables studied on the main variable (dry matter), because it showed low value of coefficient of determination (R2= 0.29) and high residual effect of the variable (0.84). The clustering methods gathered 90 genotypes, similarly, for eight distinct groups. The principal components , was not satisfactory, since 8 components were needed to explain 83.3% of the variation, however was good to identify the most important for genetic diversity variable was the total sugars (AT) and contributed the least was the dry matter (MS). With the simultaneous selection of characters were ranked ten most promising access for the sugarcane juice quality and the use of bagasse for the production of bioelectricity and/or cellulosic ethanol. From the selected genotypes and the similarity between them, it was possible to indicate potential crosses between parents with high-quality production of sugar and ethanol, as well as an interesting plant biomass for bioenergy production, highlighting 18 crosses between genotypes for bioelectricity, 14 for cellulosic ethanol and 6 for both purposes. / A busca por fontes alternativas de energia, devido aos prejuízos ambientais ocasionados pelos gases de efeito estufa e ao esgotamento das reservas de petróleo de fácil extração, resultou numa nova fase de crescimento da agroindústria canavieira nacional. Além do caldo da cana para produção de açúcar e etanol, do processo de industrialização obtém- se a biomassa, um material lignocelulósico, com elevado conteúdo energético, que pode ser convertido em biocombustíveis. É indispensável à caracterização de genótipos de bancos de germoplasmas, que constituem excelente variabilidade genética e podem ser utilizados como genitores potenciais nos programas de melhoramento. Reconhecida esta importância, o presente trabalho teve como objetivo o estudo da diversidade genética de um banco de germoplasma de cana-de-açúcar visando à seleção de genitores potenciais para produção de bioenergia. Noventa genótipos semeados em parcelas simples e sem repetições, foram caracterizados quanto suas constituições químicas e tecnológicas. A estatística descritiva possibilitou a verificação da existência de variabilidade entre os genótipos avaliados. As relações entre os caracteres foram estimadas a partir das análises de correlações simples e parciais e pela análise de trilha que teve como variável principal a matéria seca (MS). Para o estudo da diversidade genética foram realizadas análises multivariadas. A partir da matriz de distância euclidiana média padronizada foi aplicado técnicas de agrupamento pelo método de otimização de Tocher e pelo método aglomerativo hierárquico com base na ligação média entre grupos (UPGMA). Procedeu- se com a análise por componentes principais a fim de complementar as análises de agrupamentos. A seleção simultânea de caracteres, com o índice proposto por Mulamba e Mock (1978), possibilitou selecionar genótipos para diferentes finalidades. Foi possível observar alta amplitude de variação entre os genótipos para os caracteres avaliados, excetuado a celulose. Apesar das baixas correlações encontradas para maior parte das variáveis, foi possível obter resposta correlacionada entre os caracteres desejados para seleção, destacando-se a variável sólidos solúveis totais (BRIX), que é uma característica de fácil medição e pode ser considerada a principal característica para ser utilizada na seleção indireta de caracteres correlacionados. A análise de trilha não é a mais indicada para verificar as relações diretas e indiretas entre os caracteres estudados sobre a variável principal matéria seca (MS), pois apresentou baixo valor de coeficiente de determinação (R2 = 0,29) e alto efeito da variável residual (0,84). Os métodos de agrupamento reuniram os 90 genótipos, de forma similar, em oito grupos distintos. A técnica de componentes principais não foi satisfatória, pois foram necessários 8 componentes para explicar 83,3 % da variação, porém foi eficiente para identificar que a variável mais importante para a diversidade genética foi os açúcares totais (AT) e a que menos contribuiu foi a matéria seca (MS). Com a seleção simultânea de caracteres classificou-se os dez genótipos mais promissores para qualidade do caldo e para aproveitamento do bagaço para produção de bioeletricidade e /ou etanol celulósico. A partir dos genótipos selecionados e da similaridade entre eles, foi possível indicar cruzamentos entre genitores potenciais, com alta qualidade para produção de açúcar e etanol, bem como uma biomassa vegetal interessante para produção de bioenergia, destacando-se 18 cruzamentos para produção de bioeletricidade, 14 para etanol celulósico e 6 para ambas as finalidades.

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No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Tese - Cláudio Roberto Cardoso de Godoi - 2014.pdf: 1446327 bytes, checksum: 78154341b9ccb5964b8508984eea19e1 (MD5) Previous issue date: 2014-05-07 / Soybean breeding programs practice selection of high genetic value genotypes with two main objectives: a) to use them as parents in the hybridization process (first stage of the program), and b) to indicate them as new cultivars (final stage of the program). In this context, a first study used microsatellite markers (SSR) to assess the genetic diversity of soybean germplasm adapted to the Brazilian conditions. The experimental material consisted of 192 accessions, which included both introductions and Brazilian germplasm. The genetic divergence was assessed by descriptive analysis and the Rogers-W genetic distance. A total of 222 alleles were identified in the 37 genotyped loci, with an average of six alleles and a range of 2 to 14 alleles per locus. The genotypes were clustered according to the origin of the germplasm, and resulted in two groups: one group formed by introductions and other by Brazilian genotypes. Eighty five percent of the genetic distances estimates were above 0.70, suggesting that the assessed germplasm has good potential for hybridization in soybean breeding programs. It was concluded that the SSR markers are useful to identify divergent genotypic groups, as well as genotypic combinations with high genetic variability. It also became clear that the use of introduced germplasm ensures the incorporation of alleles necessary to increase the genetic base of soybeans and, consequently, the variability needed for the selective process. In a second study, the mixed model approach was used to assess some strategies of estimation and prediction of genotypic values for grain yield in the soybean regional yield trials. A total of 111 genotypes classified into three maturity groups were sown in up to 23 experiments in Central Brazil. The experiments were carried out in randomized complete block designs, with three replications. The biometrical analyses followed the fixed model and mixed model approaches, in the latter case assuming the genotypic effects as random. In the mixed model approach, analyses were made with or without information from the relationship estimates obtained either by genealogy or SSR markers, arranged in a genotypic covariance matrix (G). Also, in a context of spatial analysis, different structures were used in the residual covariance matrix (R) for each mixed model adjusted. The following conclusions were obtained: i) the fixed model analysis is adequate to estimate genotypic values in soybean trials with balanced data and orthogonal design; ii) under such conditions and intermediate to low heritability, the inclusion of relationship information associated to G matrix, although does not ensure the best fit models, improves the precision in predicting genotypic values; iii) the use of spatial structures associated to R matrix, in presence of the residual autocorrelation, improves the goodness of model fit to the data; and, iv) the choice of model for the analysis does not change the ranking of the genotypes in high heritability situations and, therefore, does not impact significantly on the selection of superior genotypes. / Os programas de melhoramento de soja visam à seleção de genótipos de alto valor genético, com a finalidade de uso principalmente em duas de suas etapas: a) como genitores no processo de hibridação (fase inicial); e, b) para indicação como nova cultivar (fase final). Nesse contexto, num primeiro estudo avaliou-se, por meio de marcadores microssatélites (SSR), a diversidade genética em germoplasma de soja adaptado às condições brasileiras. O material experimental constituiu-se de 192 acessos, entre introduções e germoplasma de origem nacional. Na avaliação da divergência genética, considerou-se a análise descritiva e a distância genética de Rogers-W. Nos 37 locos genotipados, identificaram-se 222 alelos, com média de seis alelos por loco e variação de 2 a 14 alelos. O agrupamento dos genótipos mostrou-se associado à origem do germoplasma, resultando em dois grupos: um introduzido e outro brasileiro. Das estimativas de distâncias genéticas obtidas, 85% foram superiores a 0,70, indicando bom potencial do germoplasma para hibridações em programas de melhoramento da soja. Concluiu-se que os marcadores SSR são úteis na identificação de grupos genotípicos divergentes, bem como de combinações de alta variabilidade genética. Ademais, o uso de germoplasma introduzido garante a incorporação de alelos necessários à ampliação da base genética da espécie e, consequentemente, da variabilidade necessária para uso no processo seletivo. Num segundo estudo, no contexto da análise de modelos mistos, avaliaram-se estratégias de estimação e predição de valores genotípicos para produtividade de grãos, a partir de ensaios de competição final de linhagens de soja. Os genótipos, em número de 111 e classificados em três grupos de maturação, foram semeados em até 23 experimentos conduzidos na região central do Brasil. Os experimentos foram conduzidos no delineamento de blocos completos casualizados, com três repetições. Nas análises biométricas adotaram-se as abordagens de modelo fixo e de modelo misto, neste caso, assumindo-se efeitos genotípicos como aleatórios. Na última abordagem, consideraram-se ainda análises com ou sem uso da informação de parentesco genético, obtida a partir de genealogias ou por marcadores SSR, e associada à matriz de covariâncias dos efeitos aleatórios (G). Para cada modelo, num contexto de análise espacial, adotaram-se também distintas estruturas para a matriz de covariâncias residuais (R). Concluiu-se, então, que: i) a análise com modelo fixo é adequada para estimar efeitos genotípicos em soja, sob condições de balanceamento dos dados e ortogonalidade do delineamento; ii) sob tais condições, a inclusão da informação de parentesco associada à matriz G, embora não garanta melhor ajuste aos modelos, sob herdabilidade moderada ou baixa, melhora a precisão das predições de valores genotípicos; iii) o uso de estruturas espaciais associadas à matriz R, na presença de autocorrelação residual, melhora o ajuste estatístico dos modelos; e, iv) corrobora-se a tese de que, sob alta herdabilidade, a escolha do modelo de análise não altera o posicionamento relativo dos genótipos, e, portanto, não impacta significativamente na seleção de genótipos superiores.

Este trabalho teve por objetivo caracterizar e comparar a estrutura genética de sete populações de cupuaçuzeiro, Theobroma grandiflorum (Willd. ex Spreng.) Schum., uma fruteira nativa da Amazônia brasileira, utilizando marcadores microssatélites e descritores botânico-agronômicos. Visou também conhecer, preliminarmente, o sistema reprodutivo do cupuaçuzeiro. A estrutura genética das sete populações, sendo três populações naturais, coletadas na suposta área de máxima diversidade da espécie, três populações estabelecidas em Banco Ativo de Germoplasma (BAG), e uma população coletada em plantios comerciais do município de Tomé açu - PA, foi analisada com auxílio de marcadores microssatélites. Foi observada alta variabilidade genética na espécie, ressaltado pelo elevado número de alelos por loco, alto nível de heterozigosidade e divergência entre as populações. A divergência foi mais acentuada entre as populações naturais, em comparação com as populações do Banco de Germoplasma. Essa divergência pode indicar um processo preliminar de diferenciação. Porém, foi mais acentuada entre as populações oriundas de Tucuruí e Nova Ipixuna, corroborando com as indicações que consideram essa região como o centro de máxima diversidade de T. grandiflorum. Estes resultados sugerem, como estratégia de conservação in situ, a necessidade de definição de mais de um local para reserva genética, bem como, em relação a conservação ex situ, as coletas devem ser realizadas em vários locais. A elevada diversidade genética observada nos plantios comerciais, permite recomendar essas plantações como uma fonte alternativa de genes e genótipos ao programa de melhoramento de T. grandiflorum. No BAG foi observada baixa divergência genética entre as populações, sendo que, a maior parte da variabilidade genética encontrava-se dentro das populações. Essa caracterização foi complementada com o emprego de descritores botânico-agronômicos, quando foi observada grande variabilidade para a maioria dos descritores empregados. Houve necessidade, inicialmente, de selecionar dentre as 53 variáveis, aquelas que melhor se prestavam para a caracterização dos acessos. Empregando análises univariada e multivariada por componentes principais, foi possível descartar 64% das variáveis iniciais, sendo sugerida uma lista mínima de 19 descritores para o cupuaçuzeiro. Com base nessa lista e o emprego da distância Euclideana média, foi obtida uma matriz de dissimilaridade entre os 31 acessos avaliados. Esses acessos foram agrupados pelo método de Tocher e UPGMA, tendo sido obtidos seis grupos de similaridade. A comparação entre as duas caracterizações realizadas no BAG, revelou uma correlação positiva e significativa entre distâncias genéticas e fenotípicas. Preliminarmente foi estudado o sistema de reprodução do cupuaçuzeiro, numa população natural de Nova Ipixuna – PA, sendo utilizadas oito progênies de polinização aberta, com dez indivíduos e oito locos microssatélites polimórficos. Baseado na estimativa da taxa de cruzamento multilocos ( $ t m =1,0) e individual por planta materna, o estudo nessa população sugere que o T. grandiflorum é uma espécie predominantemente alógama, com uma pequena percentagem (5,4%) de cruzamentos entre parentes. Esse fator tem implicações importantes nas estratégias de conservação in situ e na utilização de progênies oriundas de polinização aberta nos programas de melhoramento. / This work had the objectives to characterize and compare the genetic structure of seven populations of cupuassu, Theobroma grandiflorum (Willd. ex Spreng.) Schum., a fruit tree native to the Brazilian Amazon using microsatellite markers and botanic-agronomic descriptors; and to investigate the cupuassu mating system. The genetic structure of seven populations of cupuassu, with three originally collected at the putative center of maximum diversity of the species; three populations established at the active germplasm collection (BAG); and one population colected from commercial plantings were analyzed using microsatellite markers. High genetic variability was observed for the species, demonstrated by the elevated number of alleles per locus; high heterozigosity and divergence between populations. The divergence was more noticeable among natural populations than among populations from the germplasm collection. This divergence might indicate a preliminary process of diversification. However, it was more pronounced between the populations from Tucuruí and Nova Ipixuna, corroborating indications that this region is considered the center of maximum diversity of T. grandiflorum. These results suggested as strategy for in situ conservation, the requirement to define more than one site for genetic reserves, large enough to maintain rare alleles in the medium- to long term. For ex situ conservation, sample collection must be conducted in many sites, with low intensity in each site, due to the existing variability witihin population. The high genetic diversity observed in commercail plantings allow to recommend these areas as an alternative source for genes and genotypes for the breeding program of T. grandiflorum. The characterization of the germplasm populations was complemented using botanic-agronomic descriptors. The large observed variability for most of the evaluated descriptors indicated that the germplasm collection contained high phenotypic diversity. Initially, it was necessary to select from the 53 evaluated variables, those most suitable for characterization of the accessions. Using univariate and multivariate analyses of principal components, it was possible to discard 64% of the initial variables, and a minimum descriptor list with 19 traits was proposed for cupuassu. Based on the minimum descriptor list, a matrix of dissimilarity was constructed using Euclidean distances. The 31 evaluated cupuassu accessions were grouped using Tocher and UPGMA, into six groups. The comparison betwen the molecular and phenotypic characterization revealed a significant and positive correlation between the genetic and phenotypic distances. The mating system fo cupuassu was studied, based on a natural population from Nova Ipixuna – PA, using eight progenies derived from open-pollinated pods with ten individuals each and eight polymorphic microsatellite loci. Based on the estimation of the multilocus outcrossing rate ( $ t m =1,0) and individual outcrossing rate ( $ t =1.0), the results from this population suggested that T. grandiflorum is a predominatly outbreeding species, with a small percentage (5,4%) of biparental inbreeding. These results have important implications on the in situ conservation strategies and on the use of open-pollinated progenies in breeding programs.

Tesis por compendio / [ES] Hemos utilizado descriptores convencionales y digitales para caracterizar germoplasma español, con el fin de evaluar la variabilidad y probar la eficiencia de esos métodos para diferenciar los materiales. Los resultados muestran gran diversidad dentro de la colección. Además, el fenotipado digital fue capaz de proporcionar una separación más potente. Finalmente, se seleccionó un subconjunto 17 descriptores capaz de distinguir entre accesiones, explicando el 81.81% de la varianza total. Los rasgos del fruto son los más relevantes para la separación entre variedades. Estos hallazgos serán útiles para la recuperación de las variedades tradicionales y el manejo del germoplasma. Las variedades tradicionales más apreciadas de México poseen una aptitud extraordinaria para ser usados como materiales de pre-mejora. Por lo tanto, nos propusimos estudiar la diversidad fenotípica y genotípica de estos materiales, así como el efecto de la polinización abierta en la fijación de las características. La caracterización morfológica y genética de la progenie mostró niveles similares de uniformidad y heterocigocidad a aquellos mostrados por las líneas parentales, sugiriendo que el sistema de reproducción por polinización abierta es eficiente en términos de alcanzar uniformidad agronómica, preservando un cierto grado de diversidad genética. Los estudios genéticos del germoplasma aportan información de gran utilidad. Se utilizó el GBS para estudiar una colección de Capsicum spp. española con el fin de arrojar luz sobre las relaciones filogenéticas de las variedades locales y evaluar su diversidad. Las accesiones europeas mostraron estar estrechamente relacionadas. Además, el origen y tipo de fruto fueron los principales factores que determinaron estructura genética. Los estudios de filogenia también mostraron una estrecha relación entre las accesiones española y mexicana. Los valores Tajima D fueron consistentes con selección positiva en los grupos de C. annuum relacionados con la domesticación. C. baccatum surge como una importante fuente de variabilidad genética y proporcionando a los investigadores la oportunidad de seleccionar individuos para ser introducidos en programas de mejora para el contenido en compuestos bioactivos y resilientes a las condiciones del cambio climático. Por ello, decidimos caracterizar una colección de C. baccatum y C. annuum. Se observó una gran influencia del sistema de cultivo sobre el contenido nutricional donde las concentraciones vieron favorecidas bajo cultivo al aire libre. Asimismo, las accesiones control de C. annuum mostraron concentraciones superiores para la mayoría de compuestos para los dos ambientes. Por otro lado, la buena respuesta C. baccatum demuestra que existe la posibilidad de mejorar estos materiales bajo las condiciones mediterráneas y un alto contenido en compuestos bioactivos. Por último, bajo nuestras condiciones, una ración de pimiento puede aportar entre un 70% y un 120% de la dosis diaria recomendada de ácido ascórbico y entre un 10% y un 60% de la dosis recomendada de minerales. La mejora de las variedades de pimiento para la absorción y uso del fósforo es de suma importancia en la tarea actual de reducir significativamente la necesidad de fertilizantes. El objetivo de este trabajo fue caracterizar una colección de pimiento frente a bajos insumos de fósforo. En general, las condiciones de estrés condujeron a una reducción significativa de la biomasa. Además, el tratamiento de bajo fósforo estimuló el desarrollo de la raíz lateral y pelos radiculares. Además, la concentración de fósforo en los tejidos vegetales disminuyó significativamente. Esta respuesta fue notoriamente superior en las raíces, mostrando la capacidad de movilizar el fósforo hacia otros órganos. Esto proporciona evidencias de la existencia de variabilidad dentro de Capsicum para la eficiencia del uso del fósforo susceptible de ser utilizada en lo / [CA] Hem utilitzat descriptors convencionals i digitals per a caracteritzar una col·lecció de varietats espanyoles, amb la finalitat d'avaluar la variabilitat i provar l'eficiència d'aqueixos mètodes per a diferenciar els materials. Els resultats mostren una gran diversitat dins de la col·lecció. A més, el fenotipat digital va permetre una separació més potent. Finalment, es va seleccionar un subconjunt de 17 descriptors digitals per a distingir entre accessions, explicant el 81.81% de la variància total. Els trets del fruit són els més rellevants per a la separació entre varietats. Aquestes troballes seran útils per a la recuperació de les varietats tradicionals i el maneig del germoplasma. Moltes de les varietats tradicionals més benvolgudes es poden trobar a Mèxic y posseeixen una aptitud extraordinària per a ser usats com a materials de pre-millora. Per tant, ens vam proposar estudiar la diversitat fenotípica i genotípica d'aquests materials, així com l'efecte de la pol·linització oberta en la fixació de les característiques morfològiques i en la fixació genètica. La caracterització morfològica y genètica va mostrar nivells similars d'uniformitat de la progènie a aquells mostrats per les línies parentals, sugerint que la reproducció de pol·linització oberta és eficient en termes d'aconseguir uniformitat agronòmica i alhora preservant un cert grau de diversitat genètica, un fet d'enorme rellevància per a l'adaptació a les condicions de canvi climàtic. Els estudis genètics del germoplasma existent aporten informació de gran utilitat. En la present tesi es va utilitzar el GBS per a estudiar una col·lecció de Capsicum spp. amb la finalitat de llançar llum sobre les relacions filogenètiques de les varietats locals i avaluar la seua diversitat i estructura. Les accessions europees estaven estretament relacionades. A més, les característiques dels fruits i l'origen van ser els principals factors que van determinar la l'estructura genètica. Els estudis de filogènia també van mostrar una estreta relació entre les accessions espanyola i mexicana. Els valors del mètode estadístic Tajima D van ser consistents amb la selecció positiva en els grups de C. annuum relacionats amb la domesticació. C. baccatum sorgeix com una important font de variabilitat i proporcionant l'oportunitat de seleccionar individus per a programes de millora per al contingut en compostos bioactius i condicions del canvi climàtic. Ací es va caracteritzar una col·lecció de C. baccatum i C. annuum. Es va observar una gran influència del sistema de cultiu, on les compostos es van veure afavorides baix cultiu a l'aire lliure. C. annuum van mostrar concentracions superiors per a la majoria de compostos. La bona resposta de C. baccatum demostra que existeix la possibilitat de millorar aquests materials de cara a obtindre individus adaptats a les condicions mediterrànies i un alt contingut en compostos bioactius. Per ultime, sota les nostres condicions, una ració de pimentó pot aportar entre un 70% i un 120% de la dosi diària recomanada d'acidifique ascòrbic i entre un 10% i un 60% de la dosi recomanada de minerals. La millora de les varietats de pimentó per a l'absorció i ús del fòsfor és de suma importància en la tasca actual de reduir la necessitat de fertilitzants. L'objectiu va ser caracteritzar una col·lecció de pimentó enfront de baixos inputs de fòsfor. En general, les condicions d'estrés van conduir a una reducció de la biomassa. A més, va estimular el desenvolupament de l'arrel lateral i de pèls radiculars. A més, la concentració de fòsfor en els teixits vegetals va disminuir significativament. Aquesta resposta va ser notòriament superior en les arrels, mostrant la capacitat de mobilitzar el fòsfor acumulat cap a altres òrgans. Això proporciona evidències de l'existència de variabilitat dins de Capsicum per a l'eficiència de l'ús del fòsfor susceptible de ser utilitzada en / [EN] Herein we used conventional and digital descriptors to characterize a collection Spanish landraces in order to assess the diversity and to test the discriminating ability of said methods. A considerable variation was found for the collection. Digital phenotyping enabled a more powerful separation. We conclude by selecting a subset of 17 descriptors which enable to distinguish among closely related C. annuum accessions. Finally, fruit traits explained the highest percentage of variance for our collection. These findings will be useful to the recovery of heirloom peppers and will boost germplasm characterization and management in seed banks. Some of the most known landraces from Mexico encompass a remarkable aptitude to be used as pre-breeding materials. Hence, we studied the phenotypic and genotypic diversity within these materials and the open-pollination effect on the fixation of morphological characteristics and on the genetic fixation. Morphological and genetic analysis of the progeny showed similar or lower levels of genetic and morphological uniformity than those from progenitors, suggesting that open-pollinated program is efficient in terms of reaching enough agronomic uniformity, while preserving a certain degree of genetic diversity, of paramount importance for the adaptation to climate change. Germplasm genetic studies provide vital information. Herein we used GBS to study a Spanish collection of Capsicum spp. to shed light into phylogenetic relationships and to evaluate their diversity and structure. European accessions showed a close relationship. Furthermore, fruit traits and region of origin were the main factors defining population structure. Spanish and Mexican accessions showed a close phylogenetic relationship; Finally, Tajima's D statistic values were consistent with positive selection in the C. annuum clusters related to domestication. These findings provide relevant information on the origin and relationships of Spanish landraces and for future association mapping studies in pepper. C. baccatum represents a remarkable genetic pool that provides opportunity to select superior individuals to be used in breeding programs for improved bioactive compounds content and resilience to climate change materials. Hence, we characterized a collection of C. baccatum and C. annuum materials. Cultivation system had a major effect controlling fruit's nutrient profile. C. annuum controls presented higher concentrations for most compounds under both conditions. The good performance of C. baccatum accessions shows that there are opportunities to breed materials adapted to the Mediterranean conditions and with interesting properties, especially under open-field conditions. Finally, under our conditions, a serving of pepper cultivated could provide between 70% and 120% of the recommended dietary allowance for ascorbic acid and between 10% and 60% for minerals. Improving pepper varieties for their uptake and use of phosphorus would significantly reduce the need for fertilizer applications. Hence, we characterized the main adaptations, of a Capsicum spp. collection, to low phosphorus inputs. Overall, stress conditions lead to significant reduction of biomass. Stress treatment stimulated lateral root length and root hairs growth. Furthermore, concentration of this mineral in plant tissues decreased significantly. This response was notoriously higher in the roots, demonstrating a high ability to mobilise accumulated phosphorus to other plant organs, providing evidence that within the Capsicum genus there is usable variability for phosphorus use efficiency for breeding programs for low input adaptation. / Pereira Dias, L. (2019). Study and exploitation of varietal diversity for agroclimatic adaptation and nutritional content improvement in Capsicum spp [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/134055 / Compendio

[ES] El impacto del cambio climático en los cultivos hortícolas es cada vez más evidente, lo que ha llevado a la pérdida y erosión de diversidad genética de manera drástica. Esto plantea importantes desafíos para la mejora de los cultivos, que requiere la exploración de los recursos fitogenéticos conservados en los bancos de germoplasma y el desarrollo de tecnologías que permitan evaluar el valor fenotípico y genotípico de estos materiales. Sin embargo, la situación actual de las colecciones de germoplasma es la existencia de duplicados no identificados entre colecciones, errores en la clasificación taxonómica, documentación insuficiente y no disponible para investigadores y mejoradores, añadido a la falta de financiación para la conservación y gestión adecuadas. Esto dificulta enormemente la utilización de estos recursos. En la presente Tesis se aborda este problema comenzando por la unificación de datos de pasaporte, fenotipado e imágenes de las principales colecciones de tomate, pimiento y berenjena en un mismo repositorio en el primer capítulo. El segundo capítulo se centra en el desarrollo y optimización de un método de extracción de ADN genómico de alta calidad, rápido y económico que combina las ventajas del método de extracción basado en el CTAB, añadido a la purificación de los ácidos nucleicos en una matriz de sílice. Es un método universal que puede utilizarse para diferentes especies y tejidos. Se ha evaluado la eficiencia del ADN genómico resultante en diferentes plataformas de secuenciación como SPET (Single Primer Enrichment Technology) y Oxford Nanopore, generando resultados muy prometedores. Esto facilita el paso previo al genotipado de las colecciones que es la extracción de ADN. En el tercer capítulo se aborda el genotipado de las colecciones. El elevado número de accesiones de cada cultivo, en particular el tomate, supone un problema de tipo económico, en ocasiones irresoluble. Por ello, el tercer capítulo está orientado a la evaluación del potencial de la tecnología de secuenciación SPET, más económica que otras conocidas, para el genotipado de alto rendimiento de colecciones de germoplasma de tomate y berenjena. Los resultados revelan que el genotipado SPET es una tecnología robusta y de alto rendimiento para estudios genéticos, incluyendo la posibilidad de identificación de duplicados y errores de clasificación taxonómica en las entradas conservadas en los bancos. Con la información generada en los primeros tres capítulos se establecieron las colecciones nucleares para cada cultivo, abarcando la máxima diversidad genética y fenotípica en un conjunto de 450 individuos. Finalmente, en el cuarto capítulo, se analiza y describe la colección nuclear de tomate a nivel genético y fenotípico, mediante un enfoque basado en el establecimiento de grupos genéticos basados en su proximidad genética. El análisis de la diversidad genética y fenotípica reveló patrones de variación distintos entre diferentes grupos genéticos, contradiciendo afirmaciones anteriores que proponían una disminución en la diversidad genética como consecuencia de la mejora genética y descubriendo correlaciones entre rasgos morfológicos únicas dentro de los diferentes grupos. En resumen, esta tesis aumenta el conocimiento y accesibilidad a las colecciones de Solanaceae en bancos de germoplasma y proporciona herramientas moleculares. Destaca la importancia de estos bancos como reservorios de diversidad genética, aunque enfrenten desafíos como datos limitados y duplicados. Estos avances sientan las bases para la conservación y programas de mejora futuros. / [CA] L'impacte del canvi climàtic en els cultius hortícoles és cada vegada més evident, la qual cosa ha portat a la dràstica pèrdua i erosió de la diversitat genètica. La reduïda diversitat genètica planteja importants reptes per a la millora dels cultius. Sent necessari l'exploració dels recursos genètics vegetals conservats en els bancs de germoplasma i el desenvolupament de tecnologies que permeten avaluar el valor fenotípic i genotípic d'aquests materials. Pel que fa a les col·leccions de germoplasma presenten duplicats no identificats entre col·leccions, errors en la classificació taxonòmica, falta de finançament per a la conservació i gestió adequades a banda de documentació insuficient i no disponible (investigadors i milloradors vegetals). En la present tesi doctoral en el primer capítol s'aborda aquest problema unificant les dades de passaport, fenotipat i imatges de les principals col·leccions de tomaca, pebre i albergínia en un mateix repositori. El segon capítol es focalitza en el desenvolupament i optimització d'un mètode d'extracció de ADN genòmic d'alta qualitat, ràpid i econòmic que combina els avantatges del mètode d'extracció basat en el CTAB amb l'ús de matrius de sílice. El mètode desenvolupat pot utilitzar-se de manera universal per a diferents espècies i teixits vegetals. S'ha avaluat l'eficiència del ADN genòmic resultant en diferents plataformes de seqüenciació com SPET (Single Primer Enrichment Technology) i Oxford Nanopore, generant resultats molt prometedors. Això facilita el pas previ al genotipat de les col·leccions que és l'extracció d'ADN. En el tercer capítol aborda l'optimització del procés de genotipat de les col·leccions generades. L'elevat nombre d'accessions de cada cultiu, en particular la tomaca, suposa un problema de tipus econòmic, a vegades irresoluble. Per això, aquest capítol està orientat a l'avaluació del potencial de la tecnologia de seqüenciació SPET per al genotipat d'alt rendiment de col·leccions de germoplasma de tomaca i albergínia a un preu econòmic. Els resultats revelen que el genotipat SPET és una tecnologia robusta i d'alt rendiment per a estudis genètics, incloent-hi la possibilitat d'identificació de duplicats i errors de classificació taxonòmica en les entrades conservades en els bancs de germoplasma. La informació generada va permetre establir col·leccions nuclears per a cada cultiu, abastant la màxima diversitat genètica i fenotípica en un conjunt de 450 individus. Finalment, en el quart capítol, s'analitza i descrigué la col·lecció nuclear de tomaca a nivell genètic i fenotípic, focalitzant-se en l'establiment de grups genètics basats en la seua proximitat genètica. L'anàlisi de la diversitat genètica i fenotípica va revelar patrons de variació diferents entre diferents grups genètics, contradient afirmacions anteriors que proposaven una disminució en la diversitat genètica a conseqüència de la millora genètica. També és descobriren noves correlacions entre trets morfològics únics dins dels diferents grups. L'estudi destaca la importància d'abordar les iniciatives de millora de la tomaca tenint en compte tant la diversitat genètica com la fenotípica, amb especial èmfasi en aspectes com la grandària, la forma, el color i la qualitat del fruit. En definitiva, els treballs realitzats en aquesta tesi doctoral augmenten, d'una banda, el coneixement i l'accessibilitat a les principals col·leccions de solanàcies conservades en els bancs de germoplasma. Per un altre, generen eines moleculars que permeten l' avaluació genotípica de les col·leccions analizades. En resum, aquests avanços suposen una base per al futur, proporcionant informació valuosa per a la pròpia conservació de les col·leccions i el seu ús en programes de millora. / [EN] The impact of climate change on horticultural crops is increasingly evident, leading to drastic loss and erosion of genetic diversity. This poses significant challenges for crop improvement, which requires the exploration of plant genetic resources conserved in germplasm banks and the development of technologies. However, the current situation of germplasm collections is characterized by the existence of unidentified duplicates among collections, taxonomic mislabelling, insufficient and unavailable documentation for researchers and breeders, and a lack of funding for proper conservation and management. This greatly hampers the utilization of these resources. This thesis addresses this problem by starting with the unification of passport, phenotyping, and image data from the main collections of tomato, pepper, and eggplant. Genotyping these collections enables the creation of core collections, enhancing knowledge of genotypic and phenotypic variability for researchers and breeders. In the first chapter, an inventory of available passport and phenotypic data of tomato, pepper, and eggplant accessions conserved in major European and non-European germplasm banks were conducted to improve the efficiency of plant genetic resource management. The second chapter focuses on the development and optimization of a high-quality, fast, and cost-effective genomic DNA extraction method that combines the advantages of the CTAB-based extraction method with nucleic acid purification on a silica matrix. The efficiency of the resulting genomic DNA was evaluated on different sequencing platforms, such as Single Primer Enrichment Technology (SPET) and Oxford Nanopore, yielding promising results. This facilitates the prerequisite step of DNA extraction before genotyping the collections. Chapter three addresses the genotyping of the collections. The high number of accessions for each crop, particularly tomato, poses an often insurmountable economic problem. Therefore, chapter three is focused on evaluating the potential of SPET sequencing technology, which is more cost-effective than other known methods, for high-throughput genotyping of tomato and eggplant germplasm collections. The results reveal that SPET genotyping is a robust and high-performance technology for genetic studies, including the identification of duplicates and taxonomic misclassifications in the accessions stored in the germplasm banks. Based on the information generated in the first three chapters, core collections were established for each crop, encompassing maximum genetic and phenotypic diversity in a set of 450 individuals. Finally, in the fourth chapter, the genetic and phenotypic analysis of the tomato core collection is examined and described using an approach based on establishing genetic groups based on their genetic proximity. Genetic and phenotypic diversity analysis revealed distinct patterns of variation among different genetic groups, contradicting previous claims of a decrease in genetic diversity due to genetic improvement and uncovering unique correlations between morphological traits within different groups. The study highlights the importance of considering both genetic and phenotypic diversity in tomato breeding initiatives, with a particular emphasis on aspects such as fruit size, shape, color, and quality. In conclusion, this thesis enhances knowledge and accessibility to major Solanaceae collections in germplasm banks, while providing molecular tools for genotypic evaluation. It underscores germplasm banks' role as genetic diversity reservoirs, despite challenges such as data limitations and inaccuracies, emphasizing the importance of data standardization and maintenance. These advancements lay a foundation for conservation and breeding programs in the future. / This work was supported by grants CIPROM/2021/020 from Conselleria d’Innovació, Universitats, Ciència i Societat Digital (Generalitat Valenciana, Spain), PID2021-128148OB-I00 funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033/ and by “ERDF A way of making Europe”, PDC2022-133513-I00 funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033/, and by “European Union NextGenerationEU/PRTR”, by Grant Agreement No. 677379 (G2P-SOL project: Linking genetic resources, genomes and phenotypes of Solanaceous crops) from European Union’s Horizon 2020 Research and Innovation Programme, by the Grant Agreement No. 101094738 (PRO-GRACE project: Promoting a Plant Genetic Resource Community for Europe) from the European Union’s Horizon Europe programme, as well as by the initiative "Adapting Agriculture to Climate Change: Collecting, Protecting and Preparing Crop Wild Relatives", which is supported by the Government of Norway. This later project is managed by the Global Crop Diversity Trust with the Millennium Seed Bank of the Royal Botanic Gardens, Kew and implemented in partnership with national and international gene banks and plant breeding institutes around the world. For further information, see the project website: htp://www.cwrdiversity.org/. The overall work also partially fulfils some goals of the Agritech National Research Center and received funding from the European Union Next-Generation EU (PIANO NAZIONALE DI RIPRESA E RESILIENZA (PNRR)–MISSIONE 4 COMPONENTE 2, INVESTIMENTO 1.4—D.D. 1032 17/06/2022, CN00000022). David Alonso is grateful to Universitat Politècnica de València for a predoctoral (PAID-01-16) / Alonso Martín, D. (2023). Linking Genetic Resources, Genomes and Phenotypes of Solanaceus Crops [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/201550

Made available in DSpace on 2014-07-29T14:52:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TESE LUICE gomes.pdf: 3188724 bytes, checksum: c4156187d61efe808b3d021846f674dd (MD5) Previous issue date: 2010-08-31 / The plant genetic resources stored ex situ are considered as a genetic repository, and are raw material for the development of the world agriculture. In rice, despite its high genetic variability, the lack of information of accessions to compose a databank prevents its use to help the choice of genitors for the breeding programs. The Embrapa Rice Core Collection (ERiCC) was developed from 10,000 accessions from Embrapa GeneBank, and it was set up by 550 accessions, divided in three subsets: 1) 94 lines and cultivars from Brazil (LCB); 2) 148 lines and cultivars from abroad (LCI); and 3) 308 traditional varieties (VT), obtained from germplasm collection expeditions in Brazil. This work aimed: 1) to evaluate the extension of genetic variability of 550 accessions from ERiCC by means of agronomic traits characterization using mixed models and multivariate statistics; 2) to perform a comparative analysis of the genetic divergence considering the agronomical and SSR markers characterizations; and 3) to identify the genotypes with higher genetic diversity and with the best agronomic performances, aiming to promote the most efficient use of such germplasm in breeding programs. The agronomic characterization of 550 accessions was performed in nine field experiments, evaluating 18 phenological-agronomic traits. The data were analyzed using the mixed linear and AMMI models. There was wide variation range of genotypical values for most evaluated traits. In different environments, it was observed VT accessions among the high-yielding materials, demonstrating the potential of this group of germplasm, particularly important due to its high genetic variability, to contribute to the development of cultivars regionally adapted. The AMMI approach allowed a good discrimination of ERiCC rice genotypes in relation to the adaptive performance, identifying the accessions CA880078, CA990001, CA870071 (subset VT), and CNA0009113 (LCI) as having good yield and broad adaptation to distinct environments. The comparative analysis of genetic diversity between agronomic and molecular data was performed using the 242 lines and cultivars accessions from ERiCC, which were characterized by 86 fluorescent SSR markers, and five agronomic traits with genotypic values predicted (values without from the effects of interaction genotypes x environment, from a joint analysis of nine experiments. The genetic divergence among accessions was estimated by the average Euclidian distance for phenotypical data, and by the Rogers modified by Wright (RW) genetic distance. The datasets were jointly analyzed by descriptive and multivariate statistics, using correlation analyses from hierarchical grouping of Ward and UPGMA methods. The phenotypical and molecular data showed a broad distribution of dissimilarity indexes, despite they showed different patterns of variation between them. Low molecular distances were associated to low phenotypical distances, however to high molecular distances, occurred a high broad range of phenotypical variation. The correlation between genetical and phenotypical dissimilarities was significant for both lowland and upland accessions, despite with different values (r=0.156 and r=0.409, respectively). Due to the low relation between phenotypical and molecular data, the analysis of genotypes to be used in breeding programs must include both evaluations to a better accession characterization. Considering the high yielding accessions, the higher molecular distances were identified among the accessions from lowland system of cultivation, among which BR IRGA 413 and CNA0005014, BR IRGA 413 and CNA0005853, and CNA0004552 and CNA0005014. Considering the upland accessions, maximum genetic distances were identified in CNA0000482 and CNA0006422, CNA0001006 and CNA0006422, and CNA0001006 and CNA0003490. The molecular analysis was able to identify accessions with reduced genetic relationship, that if used as genitors, will result in a progeny with a high probability to find new allelic combinations. On the other hand, the phenotypical characterization is important to identify accessions not just genetically divergent, but with superior agronomic trait performances for breeding programs. The results of this work will permit to increase the activities related to the characterization of accessions from rice Genebank, giving support of breeding programs to choose the best accessions to obtain new cultivars, with favorable traits, and broad genetic basis. In addition, a continuous program of phenotypical and molecular characterization of germplasm will be able to identify accessions to increase the genetic variability of ERiCC. / Os recursos genéticos vegetais armazenados ex situ são considerados reservatórios de genes e funcionam como matéria-prima para o desenvolvimento da agricultura mundial. Na cultura do arroz, apesar da extensa variabilidade genética existente, a deficiência de informações que integrem dados que possam efetivamente auxiliar na escolha de genótipos importantes para os programas de melhoramento constitui o principal fator que limita a utilização mais ampla dos acessos armazenados nos bancos de germoplasma. A Coleção Nuclear de Arroz da Embrapa (CNAE) representa a variabilidade genética de mais de 10 mil acessos constituintes do Banco Ativo de Germoplasma (BAG) da Embrapa Arroz e Feijão, e é composta por 550 acessos subdivididos em três estratos: 1) 94 Linhagens e Cultivares Brasileiras (LCB), provenientes de programas de melhoramento de instituições brasileiras; 2) 148 Linhagens e Cultivares Introduzidas (LCI), provenientes de programas de melhoramento de outros países; e 3) 308 Variedades Tradicionais (VT), que reúne acessos obtidos por expedições de coleta de germoplasma realizadas em vários estados do Brasil. Este trabalho teve como principais objetivos: 1) avaliar a extensão da variabilidade genética dos 550 acessos pertencentes à CNAE por meio da caracterização agronômica via metodologias de modelos mistos e estatísticas multivariadas; 2) realizar a análise comparativa da divergência genética entre acessos, determinada pela avaliação de caracteres agronômicos e marcadores moleculares SSR; e 3) identificar os genótipos com maior diversidade genética e com melhores atributos agronômicos, a fim de indicar uma melhor utilização destes recursos genéticos em programas de melhoramento. Na caracterização agronômica foram avaliados 550 acessos em experimentos conduzidos em nove locais no Brasil, envolvendo um total de 18 caracteres fenológico-agronômicos. Os dados foram analisados empregando-se a abordagem de modelos lineares mistos e modelo AMMI de análise. Verificou-se grande amplitude de variação dos valores genotípicos para a maioria dos caracteres avaliados. Nos diferentes ambientes, houve ocorrência de genótipos do estrato VT entre os mais produtivos, o que demonstra o potencial deste grupo de germoplasma, particularmente importante por sua grande variabilidade genética, em contribuir para o desenvolvimento de cultivares regionalmente adaptadas. A abordagem AMMI permitiu uma boa discriminação dos genótipos de arroz da CNAE quanto ao seu comportamento adaptativo, identificando os acessos CA880078, CA990001, CA870071 (do estrato VT), e CNA0009113 (LCI) com estabilidade, produtividade satisfatória e ampla adaptação à diferentes ambientes. Para a análise comparativa da diversidade genética entre dados agronômicos e moleculares foram considerados 242 acessos da CNAE, os quais foram caracterizados utilizando-se 86 marcadores SSR fluorescentes, sendo que para os dados agronômicos, foram realizadas análises conjuntas dos experimentos e considerados os valores genotípicos preditos de cinco caracteres (valores livres dos efeitos de interação genótipos x ambientes). A divergência genética entre os acessos foi estimada pelo procedimento de distância Euclidiana média para os dados fenotípicos, e por meio da distância de Rogers modificada por Wright (RW) para os dados moleculares, analisando-se os conjuntos de dados por meio de estatísticas descritivas e multivariadas, empregando-se análises de correlação entre matrizes de dissimilaridade e análises de agrupamento hierárquico de Ward e UPGMA. Os dados fenotípicos e moleculares apresentaram uma ampla distribuição dos índices de dissimilaridade, embora tenham apresentado diferentes padrões dessa variação. Baixas distâncias moleculares estiveram associadas a baixas distâncias baseada nos valores genotípicos, no entanto para elevadas distâncias moleculares houve ocorrência de ampla escala de variação fenotípica. A correlação entre as dissimilaridades genéticas e valores genotípicos foi significativa tanto no conjunto de acessos irrigados quanto no de sequeiro, porém, com diferentes magnitudes (r=0,156 e r=0,409, respectivamente). Devido esta baixa relação entre os dados fenotípicos e moleculares, o estudo de genótipos para fins de uso no melhoramento genético deve incluir ambas avaliações para a melhor caracterização dos acessos. Entre os materiais mais produtivos, as maiores distâncias moleculares foram identificadas entre os genótipos do sistema de cultivo irrigado, dentre eles BR IRGA 413 e CNA0005014, BR IRGA 413 e CNA0005853, e CNA0004552 e CNA0005014. Entre os materiais de sequeiro, máximas distâncias genéticas foram identificadas entre os acessos CNA0000482 e CNA0006422, CNA0001006 e CNA0006422, e CNA0001006 e CNA0003490. A análise molecular permitiu que fossem identificados genótipos de vínculo genético reduzido, que quando utilizados como parentais em cruzamentos, possibilitarão que as progênies obtidas apresentem maiores chances de combinações alélicas inéditas. Por sua vez, a caracterização fenotípica tem papel fundamental na identificação de materiais que além de divergentes, apresentem desempenho agronômico superior para os programas de melhoramento. Os resultados deste trabalho permitirão aumentar eficazmente as atividades relacionadas à caracterização de acessos do Banco Ativo de Germoplasma de arroz, subsidiando os programas de melhoramento na escolha de genótipos a serem utilizados para a obtenção de novas cultivares, com características favoráveis, de ampla base genética. Em adição, um programa contínuo de caracterização fenotípica e molecular de germoplasma permitirá ainda a escolha de acessos para a ampliação da variabilidade genética da CNAE.

Made available in DSpace on 2014-07-29T14:52:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 claudio takao karia.pdf: 2242096 bytes, checksum: 8b502fdb3ff4995409e0345270eaaed3 (MD5) Previous issue date: 2008-08-21 / Plant genetic resources maintained ex situ, in germplasm banks, are few used in agricultural systems and genetic plant breeding programs. One of the main reasons of this incipient use is the difficulty to obtain information about stored accessions, especially the characterization and preliminary evaluation data. Stylosanthes guianensis is a predominantly self-pollinated and diploid species, which has a great number of this stored accessions and potential for use in agricultural systems. There are approximately one thousand accessions of the S. guianensis in Embrapa‟s germplasm bank. Moreover, only one genotype of this species is now available to commercial growers in Brazil, the cultivar Mineirão. To promote the use of these resources, this study aimed to characterize accessions of S. guianensis, stored in the germplasm bank of Embrapa, using morpho-agronomic traits and microstellites markers (SSR). In morpho-agronomic characterization 535 accessions were evaluated using 23 quantitative traits. The data were analyzed by a principal component analysis (PCA), the Ward's agglomerative hierarchical clustering method, and by univariate analysis of variance, associated to a Tukey test for comparisons among means of the established groups. Thirteen similarity accession groups were established, five of them were considered the ones with the highest potential use in agricultural systems. Regarding these potential groups, it is possible to reduce from 535 to 126 accessions to be thoroughly evaluated. The molecular characterization was made in 437 accessions, using seven microsatellites fluorescent primers, and the detection of the DNA fragments generated by PCR (Polimerase Chain Reaction) was accomplished by a capillary electrophoresis. The seven loci provided 45 alleles (6.43 alleles/locus), of which four were private alleles. Both, principal coordinates analysis and cluster analysis, in this case, by UPGMA agglomerative method, showed a tendency to group accessions together by botanical varieties (canescens, guianensis and pauciflora), except for the microcephala variety. The correlation between the genetic and morpho-agronomic dissimilarities was highly significant, however, it was of low magnitude (r = 0.23, P ≤ 0.0001). This indicates that both evaluations are important and should be performed to achieve a more complete characterization of these accessions and, possibly, of the species. Taking account the germplasm accessions with agronomic potential, selected based on the morpho-agronomic evaluation, several of them presented significant genetic dissimilarities to the Mineirão cultivar. These accessions should be better assessed for agronomic traits, and crossed with this cultivar in breeding programs of the species. The results of this research will allow increasing the efficiency and effectiveness of the germplasm bank activities, helping the choice of genotypes to be tested in agronomic evaluations, and stimulating further researches with these genetic resources. / Os recursos genéticos vegetais armazenados ex situ, em geral, são pouco utilizados nos sistemas de produção e no melhoramento genético de plantas. Um dos principais motivos deste uso incipiente é a dificuldade de se obterem as informações sobre os acessos armazenados, sobretudo os dados de caracterização e avaliação preliminar. A espécie Stylosanthes guianensis, diplóide e preferencialmente autógama, possui grande quantidade desses acessos e potencial de utilização em sistemas agrícolas. Somente no Banco de Germoplasma da Embrapa existe uma coleção com cerca de mil acessos registrados de S. guianensis. Por outro lado, apenas um genótipo dessa espécie é hoje comercializado no Brasil, a cultivar Mineirão. Para promover a utilização desses recursos, o presente trabalho teve como objetivo caracterizar os acessos de S. guianensis, armazenados no Banco de Germoplasma da Embrapa, utilizando-se caracteres morfoagronômicos e marcadores de locos microssatélites (SSR). Na caracterização morfoagronômica, foram avaliados 535 acessos acerca de 23 caracteres quantitativos. Os dados correspondentes foram estatisticamente investigados empregando-se a análise de componentes principais, a análise de agrupamento, pelo método aglomerativo de Ward, e a análise de variância (univariada), associada ao teste de Tukey, para comparar as médias dos grupos identificados. Foram estabelecidos treze grupos de acessos similares, dos quais, cinco foram considerados de maior potencial para a utilização nos sistemas agrícolas. Considerando-se apenas os grupos potenciais, é possível reduzir o número de acessos a serem avaliados mais detalhadamente, de 535 para 126 acessos. Na caracterização genético-molecular foram considerados 437 acessos da coleção, utilizando-se sete primers microssatélites, marcados com fluorescência, e a detecção dos fragmentos de DNA obtidos via PCR (reação da polimerase em cadeia) foi feita por meio da técnica de eletroforese em capilar. Os sete locos produziram 45 alelos (6,43 alelos/loco), dos quais quatro foram alelos privados. Tanto na análise de coordenadas principais, como na análise de agrupamento, neste caso pelo método UPGMA, os acessos demonstraram tendência de se reunirem em grupos, conforme as variedades botânicas da espécie (canescens, guianensis e pauciflora), exceto para a variedade microcephala. A correlação entre as dissimilaridades genéticas e morfoagronômicas foi altamente significativa, porém, de baixa magnitude (r = 0,23; P ≤ 0,0001), indicando que ambas as avaliações são importantes e devem ser realizadas para a melhor caracterização desses acessos e, possivelmente, da espécie. Considerando-se os grupos com potencial agronômico, selecionados na avaliação morfoagronômica, identificaram-se acessos geneticamente bastante dissimilares da cultivar Mineirão, que devem ser mais bem avaliados agronomicamente, para compor possíveis cruzamentos com essa cultivar, em programas de melhoramento da espécie. Assim, os resultados deste trabalho permitirão aumentar a eficiência e a eficácia das atividades no Banco de Germoplasma em estudo, subsidiar a escolha de genótipos a serem testados em avaliações agronômicas, podendo, ainda, estimular outras pesquisas com esses recursos genéticos.

Landwirtschaftliche Systeme müssen sich immerfort an Druckfaktoren wie Klimawandel und Bevölkerungswachstum anpassen. Hierbei spielt die genetische Vielfalt von Pflanzen eine wichtige Rolle, da diese für die Sicherung der Ernährung und des Einkommens von entscheidender Bedeutung ist. Dennoch wird der wirtschaftliche Wert pflanzengenetischer Ressourcen selten untersucht. Um diese Forschungslücke zu schließen, werden in dieser Arbeit drei Bewertungen vorgestellt, welche die wirtschaftlichen Werte pflanzengenetischer Ressourcen untersuchen. Im Rahmen dieser Dissertation werden zwei verschiedene Agrarsystemen analysiert. Diese unterscheiden sich hinsichtlich des Klimas, der agrarökologischen Bedingungen, der landwirtschaftlichen Praxis, der politischen und ökonomischen Rahmenbedingungen sowie der soziokulturellen Verankerung der Kulturart. Die ersten beiden Analysen befassen sich mit der Züchtung und Produktion von Winterweizen in Deutschland. Charakterisiert sind diese durch ein gemäßigtes Klima und intensive Anbaubedingungen. In diesem System überwiegen moderne Sorten, die in einem formalisierten Züchtungsprozess entstanden sind. Es werden die folgenden Forschungsfragen beantwortet: 1) Was ist der ökonomische Wert, der durch den Austausch von Zuchtmaterial entsteht? und 2) Wie hoch ist der mikroökonomische Wert von Resistenzzüchtung? In der dritten Analyse wird ein weiteres Agrarsystem vorgestellt: Die Andenlandwirtschaft, wo im Hochland unter extensiven Bedingungen eine Vielzahl von Kartoffellandrassen angebaut wird. Dort wird folgende Frage analysiert: 3) Welche Mehrwerte wurden durch die Repatriierung oder Neuverteilung von Kartoffellandrassen erzielt? Diese Analysen zeigen, dass die Verfügbarkeit, der Austausch und die Nutzung von pflanzengenetischen Ressourcen die Agrarproduktion verbessern; es entstehen sowohl sektorale, mikroökonomische als auch ernährungsbezogene und kulturelle Mehrwerte. / Agricultural systems must constantly adapt to pressuring events such as climate change and population growth to maintain and improve production processes in a sustainable manner. Thereby the genetic diversity of plants used in agriculture constitute a strategic asset. Nevertheless, their economic value is often overlooked. To fill this research gap, this thesis presents three assessments that produce more evidence on the economic value of plant genetic resources. Two very distinct agricultural systems are discussed. These differ greatly in terms of climate, agroecological conditions, farming practices, seed systems, political and economic frameworks, and the socio-cultural embeddedness of the crop in question. The first two assessments are concerned with winter wheat (Triticum aestivum) breeding and production in the temperate climate and intensive growing conditions in Germany. Modern cultivars created in a formalized breeding process prevail in this system. The following two research questions are elaborated: 1) What is the economic value of exchanging breeding material? and 2) What is the microeconomic value of resistance breeding? The third assessment presents a different agricultural system: Andean agriculture, where a wide variety of potato landraces (Solanum spp.) are grown extensively in the Peruvian highlands. In this case, the research question I investigated is: 3) What are the benefits of repatriating (i.e., redistributing) potato landraces to Andean farmers? These studies demonstrate that the availability, exchange, and adoption of plant genetic resources, which are well adapted to and culturally embedded in specific agricultural systems, improve the overall quantity and sustainability of agricultural production. These improvements can be translated into sectoral, microeconomic as well as nutritional and cultural benefits.