FundaÃÃo de Amparo à Pesquisa do Estado do Cearà / O objetivo deste trabalho foi de analisar as caracterÃsticas de crescimento, reprodutivas e de habilidade materna de vÃrios grupos genÃticos compostos pelas raÃas Santa InÃs, Somalis Brasileira, Dorper, Poll Dorset, e seus cruzamentos, avaliando os diversos fatores genÃticos e nÃo genÃticos envolvidos. Foram utilizados registros de peso ao nascer (PN), peso ao desmame (PD), ganho de peso do nascimento ao desmame (GP), peso total de crias ao nascimento por matriz (PTCN), peso total de crias ao desmame por matriz (PTDC), idade ao primeiro parto (IPP), intervalo de partos (IDP) e perÃodo de gestaÃÃo (PG), no perÃodo de 1998 a 2007. Os dados foram oriundos de animais da Gaasa e Alimentos LTDA, localizada no MunicÃpio de Inhumas-GO, uma fazenda assistida pelo Programa de Melhoramento GenÃtico de Caprinos e Ovinos de Corte (GENECOC), pertencente à Empresa Brasileira de Pesquisa AgropecuÃria - Embrapa Caprinos. Os modelos de anÃlises foram definidos pelo procedimento MIXED do pacote estatÃstico SAS, apÃs a verificaÃÃo das restriÃÃes e limitaÃÃes dos dados. As avaliaÃÃes dos efeitos genÃticos aditivos e nÃo aditivos, e as estimativas dos componentes de (co)variÃncia foram obtidos pelo mÃtodo da mÃxima verossimilhanÃa restrita (REML), usando um algoritimo livre de derivadas, sob um modelo animal, utilizando o programa Multiple Trait Derivative-Free Restricted Maximum Likelihood (MTDFREML). Para as caracterÃsticas PN, PD e GP, utilizou-se o modelo animal considerando como aleatÃrios os efeitos genÃticos aditivos direto e maternos, o efeito de ambiente permanente materno e os efeitos residuais, enquanto os efeitos fixos foram os de grupo de contemporÃneos, interaÃÃo do sexo com o tipo de nascimento e classe de idade da mÃe, alÃm das (co)variÃveis para a obtenÃÃo das estimativas dos efeitos genÃticos aditivos diretos de cada raÃa, do efeito da heterose individual e heterose materna e do efeito de recombinaÃÃo. Para as caracterÃsticas PTCN, PTCD, IDP e PG, incluÃram-se o efeito genÃtico aditivo direto e o efeito de ambiente permanente do animal como aleatÃrios e os efeitos de grupo de contemporÃneas, ordem de parto e interaÃÃo do sexo com o tipo de nascimento das crias como fixos, alÃm das (co)variÃveis para a obtenÃÃo das estimativas do efeito genÃtico aditivo direto de cada raÃa, da heterose individual e de recombinaÃÃo. Jà para a IPP foram incluÃdos estes mesmos efeitos, exceto o efeito de ambiente permanente do animal. As anÃlises do desempenho mÃdio do rebanho para as caracterÃsticas estudadas foram de 3,75 kg, 14,91 kg, 0,200 kg/dia, 4,82 kg, 16,21 kg, 604,11 dias, 283,07 dias e 150,51 dias, respectivamente para PN, PD, GP, PTCN, PTCD, IPP IDP e PG. As estimativas para a diferenÃa genÃtica aditiva entre as raÃas ovinas foram significativas para todas as caracterÃsticas, exceto para o IDP. Os efeitos de heterose individual e materna tambÃm foram significativos para todas as caracterÃsticas, exceto para o PN (individual e materna) e para o GP (individual). Foi observada significativa perda por recombinaÃÃo para PD, GP, IPP e PG. As estimativas de herdabilidade para as PN, PD e GP foram de 0,38, 0,14 e 0,10, respectivamente, para herdabilidade direta e de 0,27, 0,09 e 0,04, respectivamente, para herdabilidade materna. Jà as estimativas de herdabilidade direta para PTCN, PTCD, IPP, IDP e PG foram de 0,19, 0,05, 0,21, 0,02 e 0,10, respectivamente. Foi observada a reduÃÃo do desempenho em vÃrias das caracterÃsticas estudadas, em funÃÃo de perdas por recombinaÃÃo. Isto significa que a formaÃÃo de uma populaÃÃo sintÃtica a partir das raÃas envolvidas neste estudo à uma aÃÃo bastante complexa, exigindo um rigoroso e bem conduzido processo de seleÃÃo para neutralizar estes efeitos indesejÃveis. Nas condiÃÃes do presente estudo, os genes da raÃa Somalis Brasileira contribuÃram para um melhor desempenho reprodutivo. Por outro lado, conduziu a reduÃÃo no ganho de peso, quando comparado Ãs demais raÃas estudadas / The aim of this study was to analyze growth, reproductiv e and maternal traits from Santa InÃs, Brazilian Somali, Dorper and Poll Dorset breeds and its crosses, evaluating the genetic and non-genetic factors presented. Records of birth weight (BW), weaning weight (WW), weight gain from birth to weaning (WG), litter weig ht at birth (LWB), litter weight at weaning (LWW), age at first lambing (AFL), lambing interval (LI) and gestation length (GL), between 1998 and 2007, were utilized. Data were from animals of the Gaasa e Alimentos LTDA, located in Inhumas-GO, a herd assisted by Programa de Melhoramento GenÃtico de Caprinos e Ovinos de Corte (GENECOC), of Empresa Brasileira de Pesquisa AgropecuÃria - Embrapa Caprinos. The analysis models were defined by MIXED procedure of the statistical package SAS, after verification of restrictions and limitations of data. The evaluations of additives and non-additives genetic effects, and the estimates of (co)variance components were obtained by Restricted Maximum Likelihood method (REML), using a derivative-free algorithm under animal model, using the software Multiple Trait Derivative-Free Restricted Maximum Likelihood (MTDFREML). For the traits BW, WW and WG, the animal model accomplished direct and maternal addictive genetic effects, maternal permanent environmental effect and residual effects as aleatory, while the fixed effects were contemporary group, interaction of sex with birth type and class of the mother's age, besides the(co)variables for the obtaining of the estimates of direct addictive genetic effects of each breed, individual heterosis effects, maternal heterosis effects and recombination e ffects. For the traits LWB, LWW, LI and GL, direct addictive genetic effects and individual permanent environmental effects were included in the model as aleatory and contemporary group, lactation order and in teraction of the sex with birth type effects as fixed, besides the (co)variables for the obtaining of the estimates of direct addictive genetic effect s breed, individual heterosis effects and recombination effects. Already for AFL, all effects were included, except the individual permanent environmental effect. The averages for the the studied traits were 3,75 kg, 14,91 kg, 0,200 kg/day, 4,82 kg, 16,21 kg, 604,11 days, 283,07 days and 150,51 days for BW, WW, WG, LWB, LWW, AFL, LI and GL, respectively. The estimates for the addictive genetic differences among the breeds were also significant for all the traits, except for LI. The individual and maternal heterosis were also significant for all the traits, ex cept for BW (individual and maternal) and WG (individual). Significant recombination losses were observed for WW, WG, AFL and GL. The direct heritabilities for BW, WW and WG were 0,38, 0,14 and 0,10, respectively, while maternal heritabilities for the same traits were 0,27, 0,09 and 0,04, respectively. Already the direct heritabilities for LWB, LWW, AFL, LI and GL were 0,19, 0,05, 0,21, 0,02 and 0,10. Reduction of performance were observed in many studied traits due losses by recombination. This means that the formation of a synthetic breed from the breeds involved in this study is a complex action, requiring a rigorous and well conducted process of selection to neutralize these undesirable effects. In the conditions of this study, the genes of Brazilian Somali contributed to improve reproductive performance. On the other hand, it contributed to reduction of weight gain when compared to the other breeds studied.

Este trabalho teve como objetivo estimar a natureza e a magnitude dos parâmetros genéticos, principalmente a heterose dos híbridos F1 e as capacidades geral e específica de combinação em cruzamentos dialélicos parciais de pimentão (Capsicum annuum). Os genitores incluíram dois diferentes grupos de linhagens. O primeiro tem quatro linhagens resistentes ao PVY (AF3267, AF3269, AF3270 e AF3278) e o segundo grupo seis linhagens suscetíveis a esta virose (AF3248, AF3249, AF3252, AF3254, AF3255 e AF3256). Os 24 híbridos obtidos, os dez genitores e o híbrido-padrão Magali-R foram testados em um delineamento de blocos ao acaso, com quatro repetições, em campo aberto, na Estação Experimental da Sakata Seed Sudamérica Ltda, localizada em Bragança Paulista-SP, no período de 18/10/99 a 17/03/00. Cada parcela experimental teve dez plantas totais e cinco plantas úteis. O espaçamento utilizado foi o de 0,50m entre plantas dentro das parcelas e de 1,40m entre as parcelas. Foram avaliados os seguintes caracteres: altura de planta na maturidade (APM), número de dias para o florescimento (NDF), número de dias para a maturidade (NDM), produção de frutos por planta (PFP), número de frutos por planta (NFP), peso médio de fruto (PMF), comprimento de fruto (CF), diâmetro de fruto (DF), espessura de pericarpo de fruto (EP) e número de lóculos por fruto (NL). As análises estatístico-genéticas foram feitas utilizando-se a metodologia de análise dialélica de Gardner & Eberhart (1966) adaptada por Miranda Filho & Geraldi (1984). Os principais resultados foram: 1)Valores significativos de heterose em relação à média dos genitores foram encontrados para os caracteres: altura de planta na maturidade (-13,61 a 7,15%), produção de frutos por planta (até 18,11%), número de frutos por planta (14,22%), peso médio de fruto (até 18,06%), comprimento de fruto (-12,52 a 19,53%), diâmetro de fruto (5,79%), espessura de pericarpo de fruto (até 9,38%) e número de lóculos por fruto (6,11%); 2) Foram obtidos valores significativos de heterose em relação ao genitor resistente ao PVY para os caracteres altura de planta na maturidade (-16,03 a 35,84%), produção de frutos por planta (até 60,21%), número de frutos por planta (até 47,39%) e espessura de pericarpo de fruto (até 18,38%); 3) Ocorreram valores significativos de heterobeltiose para os caracteres peso médio de fruto (até 10,37%), comprimento de fruto (até 15,74%) e diâmetro de fruto (5,60%); 4) Houveram valores significativos de heterose em relação ao híbrido-padrão Magali-R para os caracteres produção de frutos por planta (29,27%), peso médio de fruto (até 25,73%), comprimento de fruto (até -25,28%), diâmetro de fruto (até 23,58%), espessura de pericarpo de fruto (até 32,97%) e número de lóculos por fruto (13,35%); 5) Houve maior predominância dos efeitos gênicos aditivos para os caracteres altura de planta na maturidade, número de dias para o florescimento, produção de frutos por planta, número de frutos por planta, espessura de pericarpo de fruto e número de lóculos por fruto. Os efeitos gênicos não-aditivos foram mais importantes para os caracteres : número de dias para a maturidade; peso médio, comprimento e diâmetro de fruto; 6) Valores significativos das heteroses média, do grupo 2 e específica foram observados para os caracteres : altura de planta na maturidade, peso médio e comprimento de fruto, indicando a contribuição de ambas capacidade geral e específica de combinação. / This research aimed to estimate the nature and magnitude of genetic parameters, mainly the heterosis of F1 hybrids and both general and specific combining ability in a partial diallel crossing system of pepper (Capsicum annuum). The parents included two different groups of lines : the first one has four PVY resistant lines (AF3267, AF3269, AF3270 and AF3278), and the second group of parents has six susceptible lines for this virosis (AF3248, AF3249, AF3252, AF3254, AF3255 and AF3256). The 24 obtained hybrids, the ten parental lines and the check cultivar Magali-R were tested in a randomized block design, with four replications, under field conditions, at Sakata Seed Sudamérica Ltda Research Station, located in Bragança Paulista, state of São Paulo, during the 10/18/99 to 03/17/00 period. Each experimental plot had ten total plants and five useful plants. The spacing used was 0.50m between plants inside the plot and 1.40m between plots. The following characters were evaluated : plant height at maturity (APM), number of days to flowering (NDF), number of days to maturity (NDM), fruit yield per plant (PFP), number of fruits per plant (NFP), average fruit weight (PMF), fruit length (CF), fruit diameter (DF), fruit pericarp thickness (EP) and number of locules per fruit (NL). The statistic-genetical analysis were done by using the methodology of diallel system of Gardner & Eberhart (1966) adapted by Miranda Filho & Geraldi (1984). The main result were: 1) Significant values of heterosis in relation to mid parent values were found out to the characters: plant height at maturity (-13.61 to 7.15%), fruit yield production (up to 18.11%), number of fruits per plant (14.22%), average fruit weight (up to 18.06%), fruit length (-12.52 to 19.53%), fruit diameter (5.79%), fruit pericarp thickness (up to 9.38%) and number of locules per fruit (6.11%); 2) They were obtained significant values of heterosis in relation to PVY resistant parent to the characters plant height at maturity (-16.03 to 35.84%), fruit yield per plant (up to 60.21%), number of fruit per plant (up to 47.39%) and fruit pericarp thickness (up to 18.38%); 3) Significant values of heterobeltiosis occurred to the characters fruit length (up to 15.74%), average fruit weight (up to 10.37%) and fruit diameter (5.60%); 4) There were significant values of heterosis in relation to the standard Magali-R to the characters fruit yield per plant (29.27%), average fruit weight (up to 25.73%), fruit length (up to -25.28%), fruit diameter (up to 23.58%), fruit pericarp thickness (up to 32.97%) and number of locules per fruit (13.35%); 5) There was higher predominance of additive genetic effects to the characters plant height, number of days to flowering, fruit yield per plant, number of fruits per plant, fruit pericarp thickness and number of locules per fruit. The non-additive genetic effects were more important to the characters: number of days to maturity, average weight, length and diameter of fruit; Significant values of medium, from group 2 and specific heterosis were observed to the characters: plant height at maturity, average weight and length of fruit, indicating the contribution of both general and specific combining ability.

Made available in DSpace on 2014-08-20T14:38:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_Oscar_Mario_Lema_Queijo.pdf: 1120537 bytes, checksum: c8914e2c0f4b4e6179284544e185417f (MD5) Previous issue date: 2011-04-29 / The study was divided into two independent but complementary parts. The first objective was to compare crossbreeding models to for weaning weight to design crossbreeding systems and evaluate the difference that would facilitate the selection of fitting models. A total of 4003 records were used, corresponding to 39 genotypes produced by crosses between Aberdeen Angus (A/A), Salers (S/S) and Nelore (N/N) with Hereford (H/H) breeds. Data were obtained from the Facultad de Agronomía UDELAR of Uruguay between 1993 and 2002. Nine mixed models were compared, starting from the additive model and gradually incorporated non-additive effects. In all models fixed effects where contemporary group, sex and category of the cow (primiparous or multiparous), the lineal covariates age at weaning and birth weight; random effect of were sire effect and the residual. Models including additive and dominance genetics effects fit the worst and models including epistatic effects fit the best. Models that estimate average epistatic effect for weaning weight among breeds have less capacity of detecting differences than those that estimate epistatic interaction for each breed combination. The incorporation of direct and maternal epistatic interactions is necessary for designing effective crossbreeding systems. The aim of the second study was to estimate additive and non-additive genetic effects for growth of crossbred H/H, A/A, S/S and N/N from birth to three-year-old of age. Data included 67,674 weight records of 4,050 animals from the same experiments. These records correspond to 39 different genotypes, and 143 sires. Analyses were by a multiple-trait model (MAM), with traits defined from birth to 36 mo and every 3 months; and with a repeated measure model (MMR) with records from birth to 1227 days old. All available weights were used in MMR, but only 45,794 weights were used in MAM analysis. Both models consider the fixed effects of contemporary groups (754 and 1,066 for MAM to MMR), the random effect of sire and covariates for direct and maternal additive effects (gi, gm), individual and maternal heterosis (hi, hm) and individual and maternal recombination losses (ri, rm) according to the comprehensive model of Dickerson. Additionally MMR included the permanent environment random effect of the animal. For direct additive and non-additive effects there was a good fit between the estimates of MAM and MMR, but not for maternal effects, where we found discrepancies between them. A positive effect of gi was found for A/A and S/S, and a negative effect for N/ N. For all breed combinations and ages the effects of hi were positive and the effects of ri were negative. The zebu breed showed a negative gm for all ages, however A/A showed positive additive and non-additive effects for all ages. Maternal non-additive effects (hm and rm) were positive, and these effects were bigger for S/S and N/N compared to A/A. Best combinations of additive effects is achieved with British breeds, but higher values of heterosis and recombination losses are obtained with the Zebu breed. The advantage of using crossbred females in growth is maintained until three-year-old of age for British x British and British x Continental combinations. This advantage for the Zebu x British combinations is maintained but the proportions of the former are lower than the second. Maternal additive and non-additive effects have effect on growth up to thirty-six months for all breed combinations. Keywords: additive effects, beef cattle, crossbreeding, heterosis, non-additive effects / Este trabalho foi dividido em duas partes complementarias. O objetivo da primeira foi comparar modelos para ajuste do peso ao desmame de bovinos cruzados e verificar diferenças que facilitariam a tomada de decisões para uso dos de melhor ajustamento. Foram utilizados 4003 registros, correspondentes a 39 genótipos produzidos do cruzamento entre as raças Aberdeen Angus (A/A), Salers (S/S) e Nelore (N/N) com a raça Hereford (H/H), da Facultad de Agronomia UDELAR do Uruguai entre os anos de 1993 e 2002 provenientes de dois experimentos. Foram comparados nove modelos mistos, que partindo do modelo aditivo incorporaram gradativamente efeitos não aditivos, além de serem também considerados em todos os modelos os efeitos fixos grupo contemporâneo, sexo e categoria da vaca, as covariáveis idade ao desmame (linear) e peso ao nascimento e o efeito aleatório de reprodutor. Modelos que incluem efeitos aditivos e de dominância não são suficientes para explicar o desempenho de genótipos cruzados. A incorporação de interações epistáticas diretas e maternas é necessária para o planejamento de sistemas de cruzamentos. Modelos que estimam efeitos epistáticos médios entre raças têm menor capacidade de detectar diferenças entre combinações raciais para peso ao desmame que aqueles que estimam interações epistáticas para cada combinação racial. A segunda parte do estudo teve como objetivo obter estimativas de efeitos aditivos e não aditivos para crescimento de bovinos cruzados H/H, A/A, S/S e N/N do nascimento até os três anos de idade. Foram analisados 67.674 registros de peso de 4.050 animais, classificados em 39 genótipos diferentes, progênie de 143 touros e pertencentes aos mesmos experimentos. Foram utilizados um modelo multicaracterística (MAM) para pesos trimestrais do nascimento até os trinta e seis meses de idade e um modelo de medidas repetidas (MMR) com registros do nascimento até os 1.227 dias de idade. No MAM foram utilizados 45.794 pesos divididos em treze características e no MMR todas elas. Em ambos os modelos se considerou o efeito fixo do grupo de contemporâneo (754 para MAM e 1.066 para MMR) o efeito aleatório do reprodutor e covariáveis para efeitos aditivos diretos e maternos (gi, gm), heterose individual e materna (hi, hm) e perdas por recombinação individual e materna (ri, rm) segundo o modelo completo de Dickerson. MMR adicionalmente incluiu o efeito aleatório do ambiente permanente do animal. Para efeitos aditivos e não aditivos diretos se verificou bom ajuste entre as estimativas do MAM e MMR, não ocorrendo o mesmo para efeitos maternos que tiveram maior dificuldade em serem estimados. Observaram-se gi positivos para A/A e S/S e negativos para N/N. Para todas as combinações raciais, em todas as idades, hi incrementa o peso e ri o reduz. A raça zebuína apresentou gm negativos para todas as idades, entretanto A/A apresentou efeitos aditivos e não aditivos positivos em todas elas. Em combinações de S/S e N/N com H/H, hm e rm foram positivas e de maior magnitude do que para as britânicas. Melhores combinações de efeitos aditivos foi obtida com raças britânicas, no entanto maiores valores de heterose e perdas por recombinação foram obtidas com a raça zebuína. A vantagem da utilização de fêmeas cruzadas no crescimento foi mantida até os três anos de idade para combinações britânicas x britânica e britânica x continental. Esta vantagem em combinações zebuína x britânica foi mantida embora as proporções da primeira fossem menores que as da segunda. Efeitos aditivos e não aditivos maternos tem incidência no crescimento até os trinta e seis meses para todas as combinações raciais.

Made available in DSpace on 2014-08-20T14:06:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Thais_Raquel_Hagemann.pdf: 1726784 bytes, checksum: b79802da554c2a9f97bffa5ebdfa03e1 (MD5) Previous issue date: 2011-02-22 / The selection of parents for a breeding program, is the main step to obtain genotypes with superior genetic constitution, however, the selection based only on phenotype is influenced by the environment, undermining the recommendation of cultivars for different environments. Thus, the aim was to estimate the general (GCA) and specific (SCA) combining ability, inbreeding depression and heterosis in F1 and F2 generations in two environments, Pelotas and Pato Branco, by diallel cross of eight wheat genotypes. Eight elite parents were crossed in a diallel, excluding reciprocals. The results revealed a greater participation of additive effects in the expression of genotypic constitutions used. The cultivars that had higher values for GCA were BRSTangará (EP), BRS Guamirim (NAFP), Quartzo (NGE, PE, MMG) and Mirante (PGP), The best hybrids, were in accordance with locations, generation, GCA and SCA averages: 1 (BRS Tangará x F. Cristalino), 2 (BRS Tangará x BRS Guamirim), 3 (BRS Tangará x Quartzo) e14 (BRS Guamirim x Quartzo). The hybrid combination displaying high heterosis were a function of the conmbination of at least one parent with high performance and high GCA, The BRS Guamirim x CD 114, BRS CD Guamirim x 117, 114 x Vaqueno CD, CD 117 x Vaqueano, heterotic effects were considered high when the generation x location interactions were considered. Thus, this study revealed differences in the genetic parameters of GCA, SCA and heterosis of eight genotypes of wheat, evaluated in two environments. / A escolha de genitores para um programa de melhoramento é o principal passo para a obtenção de genótipos com constituições genéticas superiores, entretanto, a seleção somente com base no fenótipo é influenciada pelo ambiente o que prejudica a recomendação de cultivares para diversos ambientes. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi o de estimar a capacidade geral (CGC) e específica (CEC) de combinação, heterose e depressão endogâmica, nas gerações F1 e F2, em dois ambientes, Pelotas e Pato Branco, através de cruzamento dialélico de oito genótipos de trigo, para isso oito genitores elite foram cruzados de forma dialélica, desconsiderando os recíprocos. Os resultados obtidos revelaram uma maior participação dos efeitos aditivos na expressão genotípica das constituições utilizadas. Os cultivares que apresentaram valores mais elevados para CGC foram: BRS Tangará (EP), BRS Guamirim (NAFP), Quartzo (NGE, PE, MMG) e Mirante (PGP), As combinações híbridas com melhores resultados foram, de acordo com as médias entre os locais, gerações, a CGC e CEC: 1 (BRS Tangará x F. Cristalino), 2 (BRS Tangará x BRS Guamirim), 3 (BRS Tangará x Quartzo) e 14 (BRS Guamirim x Quartzo). As combinações híbridas que apresentaram valores elevados de heterose são resultantes da combinação dos melhores genitores ou onde pelo menos um genitor de elevado desempenho e capacidade de combinação geral de combinação esteve envolvido. Os híbridos BRS Guamirim x CD 114, BRS Guamirim x CD 117, CD 114 x Vaqueano, CD 117 x Vaqueano, apresentaram efeitos heteróticos elevados quando considerado a interação entre gerações e locais. Para o caractere PGP, os cruzamentos BRS Guamirim x Quartzo, Quartzo x Mirante e BRS Tangará x Quartzo, são os mais recomendados, pois apresentaram bons percentuais para heterose e valores baixos de depressão endogâmica. Dessa maneira, este estudo revelou diferenças para as estimativas genéticas CGC, CEC e heterose, nos cruzamentos dialélicos entre oito genitores de trigo, analisados em dois ambientes.

<p>  </p> <p>Plant complex traits are controlled by multi-layer of dynamic and complicated gene networks regulated at different levels. To better inform crop breeding to promote desired traits, a comprehensive and fundamental understanding of their genetic basis is much needed. With the rapid developments of <em>omics</em> planforms and next generation sequencing technology, we now have large-scale data from genome, epigenome, transcriptome, metabolome, and others for the crop plants. Integration of those multiple <em>omics</em> data together with computational approaches led to the establishment of a novel science known as system biology. Research described in this thesis used system biology approaches to dissect complex crop traits such as disease response of tomato (Chapter2 and Chapter3) and the heterosis of nitrogen use efficiency of maize (Chapter4).</p> <p>Plant disease response is an elaborate, multilayered complex trait involving several lines of defense signaling. In the past decades, progress in molecular analyses of plant immune system has revealed key elements of a complex response network in Arabidopsis, a model species. Histone modifications, a type of epigenetic regulation, have emerged as key modulators that regulate defense responses, while our understanding of the role of histone-modifying enzymes in this process is still in its infancy. Here, we described the immune function of two histone methyltransferases SDG33 and SDG34 in tomato. We found the single mutants in <em>sdg33</em> and <em>sdg34</em> showed increased susceptibility to hemibiotrophic bacterial pathogen <em>Pseudomonas syringae</em> whereas the double mutant <em>sdg33sdg34</em> is comparable to wild type. Using RNA-seq and histone ChIP-seq approaches, we investigated the possible underlying mechanisms and found that the expression of a set of immune-related genes is misregulated by <em>P. syringae</em> only in the single mutants but not in the double mutant. Integrating with epigenomic data, we found that the misexpression of those SDG33/SDG34 dependent immune-response genes was associated with altered histone methylation status in the single mutant. Intriguingly, the double mutant also showed altered histone methylation but unaffected gene expression, suggesting a compensating regulatory mechanism at play. The function of SDG33 and SDG34 in immune response seems to be specific for the pathogen, as the double mutants exhibited enhanced resistance the single mutants showed no altered responses when treated with necrotrophic fungal pathogen <em>Botrytis cinerea</em>. Network analysis found the most regulatory gene by <em>B. cinerea</em> in a SDG33/SDG34 dependent manner have been implicated in biotic stress response such as <em>ERF4, TOPLESS, PUB23 </em>and<em> RCD1</em>. Comparing the immune response of double mutant against <em>P. syringae</em> and <em>B. cinerea</em>, we found that the disease related genes are only mis-regulated in the interaction of <em>B. cinerea</em> treatment not in the <em>P. syringae</em> treatment, which could be the reason of enhanced resistance to <em>B. cinerea</em> but not for <em>P. syringae</em> in the double mutants. In summary, we found the histone methyltransferases SDG33 and SDG34 has different functions in the immune response against <em>P. syringae</em> and <em>B. cinerea</em>, which might be direct or indirect relevant to the histone methylation level of the expression of downstream immune related gene.</p> <p>In addition to biotic stress, another complex trait studied in this thesis is the heterosis of nitrogen use efficiency (NUE) in Maize. NUE is another complex trait associated with multiple physiological processes including N sensing, uptake, assimilation, transport, and storage. Heterosis refers to a phenomenon where the progeny generated by crossing two different cultivars of the same species exhibit superior fitness than the inbred parents. Even though, heterosis has been exploited to improve complex traits including NUE, the underlying molecular mechanisms is not completely understood. Here, we analyzed N-responsive transcriptomes and physiological traits of a panel of six maize hybrids and their corresponding inbreds grown in the field at two different N levels. We observed diverse levels of trait heterosis that are dependent on the N conditions and organ types. We discovered dramatic pattern shift of beyond-parental-range gene expression in hybrids in response to varying N levels. We identified through integrative analyses a set of genes whose expression heterosis are quantitatively correlated to trait heterosis. These genes are involved in response to stimulus, photosynthesis, and N metabolism, and likely mediate the heterosis phenotype of N-use and growth traits in maize. In summary, our integrated analysis provided insights into the mechanistic basis of the heterosis of NUE. </p> <p>Together, applying systems and functional genomics approaches to investigate important agricultural traits could lead to a comprehensive understanding of plant complex traits to inform future engineering and breeding for better crops.</p>

Le mélèze d'Europe (Larix decidua) est traditionnellement exploité pour son bois de qualité. Malheureusement, la culture de cette essence hors de son aire de distribution a été un échec. L'hybridation avec le mélèze du Japon (L. kaempferi) est une voie prometteuse, en particulier grâce à l'hétérosis manifesté par cet hybride. Au cours de cette dissertation, nous valorisons les données d'un diallèle multi-site intra- et inter-spécifique d'âge avancé. Le 1er chapitre présente l'analyse de traits de production et de qualité du bois. Nous confirmons ainsi l'hétérosis pour les traits liés au volume. Cet hétérosis n’entraîne pas de contrepartie en termes de qualité, et se montre stable d'un site à l'autre.Au contraire, d'autres traits ne présentent pas d'hétérosis, mais davantage d'héritabilité.Les performances additives pour ces traits sont stables d'un site à l'autre, et en espèce pure vs. en hybridation. Au cours du 2ème chapitre, nous nous intéressons au rôle de la plasticité phénotypique de traits de formation du bois dans la construction de l'hétérosis.Le mélèze hybride apparaît comme le taxon le plus plastique : tout comme ses espèces parentes, il produit un cerne de croissance étroit en conditions hydriques limitantes, mais sa croissance radiale surpasse celle de ses parents quand l'eau est abondante. Ce 2èmechapitre est également un premier pas vers la compréhension du rôle de la plasticité phénotypique dans la construction de l'architecture de la variance génétique entre la circonférence et la densité des troncs. Cette thèse se termine sur une synthèse, au cours de laquelle nous discutons les retombées de nos résultats pour l'amélioration du mélèze hybride. / European larch (Larix decidua) has been historically exploited within its natural rangefor its high quality wood, but the attempt to grow this species outside its native range was a failure. Hybridization with Japanese larch (L. kaempferi) is a promising path, in particular because of the heterosis this hybrid manifests. In this dissertation, we took advantage ofan old-enough, multi-site experiment with an inter-/intra-specific mating design. The first chapter presents the analysis of several traits involved in wood quality and productivity. We confirmed heterosis for volume related traits. The heterosis came with no counter part inwood quality, and it was stable across sites. Contrarily, some other traits showed no heterosis but higher heritabilities, and the additive performances for these traits were stable across sites and in pure species vs. in hybridization. In the second chapter, we investigated the role of phenotypic plasticity of some wood formation traits in the construction of the heterosis. Hybrid larch appeared as the most plastic taxon: it equaled the parental controls in producing narrow growth increments under drought, but it produced the largest rings in favorable water availability conditions. This second chapter was also a first step towards a better understanding of the role of phenotypic plasticity on the construction of the genetic variance architecture between larch stem circumference and density. The dissertation ends with a synthesis in which we discussed the implicationof our findings for the breeding of hybrid larch.

A obtenção de cultivares de arroz de alta produtividade e com tolerância a baixas temperaturas para a zona temperada da América Latina é um dos mais importantes desafios para a agricultura local. Neste trabalho buscou-se estimar parâmetros genéticos visando o entendimento do controle genético de tais caracteres para fins de melhoramento genético. Foram avaliadas 13 linhagens de arroz, separados em dois grupos: Grupo 1 composto de seis linhagens suscetíveis ao frio, e Grupo 2 composto de sete linhagens tolerantes ao frio. Os dois grupos foram cruzados de acordo com o delineamento em dialelo parcial (MIRANDA FILHO; GERALDI, 1984) originando 42 combinações híbridas. Os 55 tratamentos (42 híbridos e 13 genitores) foram avaliados no campo em 2005, em duas épocas de plantio, no Centro Internacional de Agricultura Tropical - CIAT. Utilizou-se um delineamento em blocos casualizados com quatro repetições e parcelas constituídas de uma linha com 17 plantas. Os mesmos tratamentos foram avaliados para tolerância ao frio em câmara de crescimento, em três experimentos, utilizando solo como substrato, temperaturas de 16 °C e 12 °C durante o dia e noite, respectivamente, e fotoperíodo de 12 horas com luz artificial. Utilizou-se o mesmo delineamento experimental, com três repetições e parcelas constituídas de uma linha com 20 sementes. Os resultados mostraram a existência de heterose para todos os caracteres agronômicos (altura da planta, número de perfilhos, comprimento da panícula, número de grãos por panícula, porcentagem de esterilidade e peso de 1.000 grãos) e de tolerância ao frio (índice de emergência e produção de matéria seca). O sentido da dominância foi negativo para dias para florescimento e positivo para os demais caracteres, com contribuições desiguais dos genitores para a heterose média. Os efeitos da capacidade geral de combinação (CGC) e da capacidade específica de combinação (CEC) foram importantes para todos os caracteres; entretanto, a CGC foi mais importante que a CEC. Os dois grupos de genitores têm alelos favoráveis para os caracteres agronômicos e para a tolerância. Algumas linhagens como Irga 417 e FL03188 do Grupo 1, FL04423, FL04402, e FL04452 do Grupo 2 apresentaram os menores índices de esterilidade nos cruzamentos intra-grupos. Os genótipos CT6748, Quilla 173201 e Quilla 145601 foram os mais tolerantes a baixas temperaturas e, portanto, promissores para serem utilizados em programas de melhoramento genético de arroz para condições de baixas temperaturas. / The development of high yielding and cold tolerant rice cultivars for the temperate region of Latin America is one of the most important challenges for the local agriculture. The objective of the present work was to estimate the genetic and phenotypic parameters related to the control of cold tolerance and agronomic traits, in order to obtain a better understanding of the genetic control of these traits for breeding purposes. The genetic material comprised two sets of rice lines: Group 1 composed by six cold susceptible lines and Group 2 composed by seven cold tolerant lines. The two groups were crossed according a partial diallel design (MIRANDA FILHO; GERALDI, 1984) giving rise to 42 hybrid combinations. The 55 entries (42 crosses plus 13 parents) were evaluated in 2005 under field conditions, at the International Center for Tropical Agriculture - CIAT, in a randomized complete block design with four replicates, in two planting dates; plots were single-rows with 17 plants. The same entries were evaluated for cold tolerance in growth chambers, in three experiments, using soil as substrate, temperature of 16 °C and 12 °C during the day and night, respectively, and photoperiod of 12 hours using artificial lights. The experimental design was the same with three replications per experiment; and plots were single-rows with 20 seeds. General results revealed the presence of heterosis for the agronomic traits (plant height, tiller number, days to flowering, panicle length, grains by panicle, sterility and one-thousand grain weight) as well as for cold tolerance traits (emergence index and dry matter production), with different contributions of the parents to the mean heterosis effect. The direction of the dominance was negative for days to flowering and positive for all others traits. General combining ability (GCA) and specific combining ability (SCA) were important for all traits; however, the GCA was more important than SCA. Both groups showed the presence of favorable alleles for agronomic and cold tolerance traits. Several lines such as Irga 417 and FL03188 from the Group 1, FL04423, FL04402, and FL04452 from the Group 2, presented lower sterility in the inter-group crosses. The tolerant lines, CT6748, Quilla 173201 and Quilla 145601 were considered the best parents to be used as cold tolerant donors in rice breeding programs.

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This dissertation aimed to determine, by means of diallel crosses from Mini-ERICC lowland accessions, plus four additional genotypes from ERICC, the estimates of genitor effect, genitor heterosis, Specific Combining Ability (SCA), General Combining Ability (GCA) and the correlation between heterosis and molecular genetics distance. The 16 genitors and 120 F1 hybrids were evaluated by 10 traits in a field experiment using a 12 x 12 Lattice experimental design. It was possible to identify crosses with high SCA for all traits. These information will be useful in planning new broad genetic basis crosses, aiming new hybrid combinations and the development of populations to extract genetically divergent inbred lines in relation to those currently selected in Brazilian rice breeding programs.The 33 hybrid combinations that did not differ the productivity in relation to high-yielding genitors and controls (P<0,05) indicated that crosses involving at least one less adapted genitor are able to generate favorable allele combinations to breeding programs. The RW genetic distance between genitors from hybrid combinations was positively correlated to traits plant height, panicle length, spikelet number, and negatively correlated to percentage of filled grains and yield. The crossings with rice must prioritize, initially, the maximization of rice genetic variability, and at the end, the development of lines and cultivars with new favorable allele and allele combinations, resulting in a reduction of the rice vulnerability to biotic and abiotic stresses, increasing the yield and the food security of the Brazilian population. / A Coleção Nuclear de Arroz da Embrapa (CNAE) foi estabelecida inicialmente com a finalidade de representar a variabilidade genética presente no seu Banco Ativo de Germoplasma de arroz. A caracterização agronômica e molecular dos 550 acessos componentes da CNAE permitiu conhecer a extensão da variabilidade genética dessa coleção. Os dados moleculares obtidos por 86 marcadores SSR fluorescentes foram utilizados para a montagem de uma sub-amostra, a Mini-CNAE, composta pelos 24 acessos com maior distância genética média, sendo 12 do sistema de cultivo de sequeiro e 12 do sistema de cultivo irrigado. Como a Mini-CNAE reúne grande parte da variabilidade genética disponível para a cultura do arroz no Brasil, o cruzamento entre seus acessos componentes poderia viabilizar o surgimento de novas e diversas combinações alélicas. A presente dissertação objetivou determinar, via cruzamentos em dialelo dos acessos irrigados da Mini-CNAE, além de quatro outros acessos da CNAE, as estimativas do efeito de genitor, da heterose de genitor, da capacidade específica de combinação (CEC), da capacidade geral de combinação (CGC) e da correlação entre a heterose e distância genética molecular. Os 16 genitores e os 120 híbridos F1 foram avaliados para 10 caracteres em experimento em láttice triplo 12 x 12. Foi possível identificar cruzamentos com alta CEC para todos os caracteres. Essas informações serão úteis para orientar novos cruzamentos de base genética ampla objetivando novas combinações híbridas e desenvolvimento de populações para extração de linhagens geneticamente divergentes das selecionadas atualmente por programas nacionais de melhoramento genético do arroz. As 33 combinações híbridas cuja produtividade não diferiu das testemunhas e genitores mais produtivos (P<0,05), indicaram que cruzamentos envolvendo ao menos um genitor menos adaptado são capazes de gerar combinações alélicas favoráveis para o programa de melhoramento genético. A distância genética Rogers-W entre genitores das combinações híbridas foi correlacionada positivamente com as variáveis altura de plantas, comprimento de panículas e número de espiguetas, e negativamente com porcentagem de grãos cheios e produtividade. Os cruzamentos de arroz devem privilegiar , em um primeiro momento, a maximização da variabilidade genética do arroz, e ao final, a obtenção de linhagens e cultivares com alelos e combinações alélicas favoráveis inéditas, resultando na diminuição da vulnerabilidade da cultura frente a estresses bióticos e abióticos, aumentando a produtividade e a segurança alimentar da população brasileira.

O elevado valor sócioeconômico da soja é atribuído, em grande parte, à combinação muito favorável de altos teores de proteína e óleo, juntamente com níveis adequados de produtividade de grãos. Porém, existe uma alta correlação negativa entre os teores de proteína e óleo, fato que dificulta o melhoramento simultâneo destes caracteres. Além disso, também existe tendência de correlação negativa e moderada entre o teor de proteína e a produtividade de grãos. Existem evidências de que a seleção para densidade da semente pode promover ganhos indiretos simultâneos no teor de proteína e na produtividade de grãos. Assim, os principais objetivos deste trabalho foram: a) estimar parâmetros genéticos relacionados com a herança da densidade da semente; b) avaliar a eficiência da seleção para densidade da semente no melhoramento do teor de proteína e da produtividade de grãos. Para o estudo de herança foram utilizados quatro cruzamentos diferentes: USP98-06.011.10 x Abura, MSOY 8001 x Abura, USP98-06.027.03 x Biloxi e USP98-06.009.01 x PI 239.235, sendo que os parentais e as plantas F2 foram avaliados durante a safra 2006/07. Já para avaliar as respostas correlacionadas à seleção para densidade da semente foram delineados três experimentos distintos: Experimento Inicial, no qual foram avaliadas 520 progênies F7:6, durante a safra 2005/06; Experimento Densidade, em que foram avaliadas 100 progênies F8:6 selecionadas para densidade da semente; Experimento Alimentos, em que foram avaliadas 100 progênies F8:6 selecionadas para soja tipo alimento. Os dois últimos experimentos foram realizados durante a safra 2006/07, e as progênies avaliadas neles foram selecionadas dentre as 520 progênies F7:6 do Experimento Inicial. Os resultados permitiram chegar as seguintes conclusões: a) existe ampla variabilidade genética para densidade da semente; b) a herdabilidade no sentido amplo para este caráter é baixa quando estimada na geração F2, mas em geração avançada de endogamia atinge valor alto; c) a herança genética é aditiva e, assim, o caráter não manifesta heterose; d) existe correlação moderada e positiva da densidade da semente com a produtividade de grãos e o teor de proteína e, por outro lado, a correlação entre a densidade da semente e o teor de óleo é negativa; e) é possível identificar genótipos tipo alimento com médias altas de produtividade de grãos e teor de proteína; f) a seleção para aumentar a densidade da semente é eficiente no melhoramento simultâneo do teor de proteína e da produtividade de grãos, permitindo a obtenção de genótipos com alta produtividade de proteína; g) a seleção para reduzir a densidade da semente não promove aumentos significativos do teor de óleo. / The high socioeconomic importance of soybean is mainly attributed to its much favorable combination of high protein and oil contents, together with appropriate levels of seed yield. However, there is a high negative correlation between protein and oil contents, fact that difficult the simultaneous breeding of these traits. Besides, also there is tendency of negative and moderate correlation between protein content and seed yield. There are evidences that the selection for seed density can promote indirect responses in protein content and seed yield, simultaneously. The main objectives of this work were: a) to estimate genetic parameters related to inheritance of seed density; b) to evaluate the efficiency of selection for seed density in breeding protein content and seed yield. In the inheritance study, four different crosses were used: USP98-06.011.10 x Abura, M-SOY 8001 x Abura, USP98-06.027.03 x Biloxi e USP98-06.009.01 x PI 239.235. The parents and F2 plants were evaluated during the 2006/07 season. For evaluating the correlated responses to selection for seed density three different experiments were designed: the Initial Experiment, in which were evaluated 520 F7:6 progenies, during the 2005/06 season; the Seed Density Experiment, in that were evaluated 100 F8:6 progenies selected for seed density; and the Food Soybean Experiment, in that were evaluated 100 F8:6 progenies selected for food type soybean. The last two experiments were accomplished during the 2006/07 season, and the progenies were selected among the 520 F7:6 progenies of the Initial Experiment. The results allowed the following conclusions: a) there is genetic variability for seed density; b) the broad sense heritability for seed density is low in F2 and high in advanced generations; c) the genetic inheritance is additive, because this, there is no heterosis for seed density; d) there is moderate and positive correlation of seed density with seed yield and protein content, but the correlation between seed density and oil content is negative; e) is possible to identify food type genotypes with high means of seed yield and protein content; f) the selection to increase seed density is efficient in breeding protein content and seed yield simultaneously, obtaining genotypes with high protein yield; g) the selection to reduce seed density promote no significant increases of oil content.

Disputats. Universität Hohenheim, 2004. / Haves kun i elektronisk udg.