Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2017-05-09T17:14:16Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 865049 bytes, checksum: e1f0232ee5da962b69abe15831e4525c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-09T17:14:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 865049 bytes, checksum: e1f0232ee5da962b69abe15831e4525c (MD5) Previous issue date: 2001-08-12 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Os objetivos deste trabalho foram avaliar a resposta ginogênica em 11 genótipos, adequar metodologia para indução in vitro de poliplóides e detectar alelos da auto - incompatibilidade em maracujazeiro azedo ( Passiflora edulis f. flavicarpa Degener). Para avaliar os 11 genótipos, óvulos não -fertilizados foram inoculados em meio MS suplementado com as vitaminas do meio B5, 100 mg.L -1 de mio-inositol, 3% de sacarose, 5,0 mg.L -1 de 2,4 – D e 1,0 mg.L -1 de BAP e cultivado na ausência d e luz a 27°C ± 1. Na indução dos poliplóides, utilizou -se explantes de segmentos de hipocótilo (1,0 cm de comprimento) de plantas germinadas in vitro e o meio MS suplementado com agentes antimitóticos, colchicina (0, 25, 250 e 1250 μM) e orizalina (0, 5, 15 e 30 μM). A determinação do nível ploidia das plantas regeneradas e aclimatadas foi feita por meio da contagem do número de cromossomos em células metafásicas de ponta de raiz. Na detecção molecular dos alelos S da auto -incompatibilidade, reações de PCR foram conduzidas utilizando DNA genômico extraído de folhas jovens e oligonucleotídeos iniciadores específicos para os alelos-S das classes I e II. O genótipo II – 20 apresentou melhor resposta ginogênica, produzindo 21 embriões (7,0 7% dos óvulos inoculados). Na indução dos poliplóides, os meios mais adequados foram MS suplementado com colchicina a 25 μM e MS suplementado orizalina a 15 μM. A colchicina, em concentrações superiores (250 e 1250 μM) foi fitotóxica aos explantes. Os indivíduos diplóides apresentaram 2n = 2x = 18 cromossomas, enquanto os tetraplóides, 2n = 4x = 36. O número de cloroplastos por célula guarda foi eficiente indicador do nível de ploidia nesta espécie. Plantas diplóides possuem quatro cloroplastos por célula-guarda e as tetraplóides oito, em média. Utilizando- se os iniciadores específicos para os alelos -S, foi possível detectar e incluir a nível molecular, os alelos S 1 e S 3 do maracujazeiro, no subgrupo I das glicoproteínas do loco -S (SLG) das brassicas. / The objectives of this work were to evaluate the gynogenic ability of 11 genotypes, to adapt in vitro methodology for poliploidy induction and detection of self -incompatibility alleles in yellow passion fruit (Passiflora edulis f. flavicarpa Degener). For the evaluation of gynogenic ability, no-fertilized ovules were inoculated in a MS medium supplemented with vitamin B5, 100 mg.L -1 mio-inositol, 3 g.L -1 sucrose, 5,0 mg.L -1 2,4 - D and 1,0 mg.L -1 BAP and cultivated in dark at 27°C ± 1. For poliploidy induction, explants from hypoc otyl segments (1,0 cm length) of plants germinated in vitro were inoculated in BAD medium, supplemented with antimitotic agents: colchicine (0, 25, 250 and 1250 μM) and orizaline (0, 5, 15 and 30μM). The ploidy level of regenerated and acclimatized plants was determinated by counting the number of chromosomes at root tips metaphasic cells. For the molecular detection of self-incompatibility S-alleles, genomic DNA was extracted from young leaves and submitted to PCR reaction with specific oligonucleotides primers for the classes I and II of the S-alleles. The genotype II - 20 presented the better gynogenic ability, producing 21 embryos (7,07% of the inoculated ovules). For the induction of poliploidy, the most appropriate media were BAD supplemented with 25 μM colchicine and BAD supplemented with 15 μM orizaline. Higher concentrations of colchicine (250 and 1250 μM) were toxic to the explants. The diploid individuals presented 2n = 2x = 18 chromosomes, while the tetraploids had 2n = 4x = 36. The number of chlor oplasts in the guard-cells was an efficient indicator of the ploidy level in this species. The guard -cells had four chloroplasts in diploid plants and eight in tetraploid ones. The alleles S1 and S3 were detected at molecular level and included in the subgroup I of glicoproteins of S-locus (SLG) of the Brassica. / Tese importada do Alexandria

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

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

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

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