Seleção genômica ampla e novos métodos de melhoramento do milho | Genome wide selection and new methods of maize breeding

A avaliação para eficiência no uso (EU) de nutrientes utiliza geralmente métodos destrutivos da planta, não permitindo, dependendo da estrutura genética da população, usar as identificadas como superiores em hibridações. Conseqüentemente, há redução no potencial dos ganhos com a seleção. Além disso, alguns métodos convencionais de melhoramento, como os da seleção recorrente, são muito trabalhosos e apresentam baixos ganhos com a seleção por unidade de tempo. A seleção genômica ampla (GWS) foi proposta visando aumentar a eficiência do melhoramento genético. Com a GWS, a predição e a seleção podem ser realizadas em fases juvenis das plantas, acelerando assim o processo. Diante do exposto, os objetivos deste trabalho foram: i) verificar a eficácia do método da GWS no melhoramento de milho para condições de estresse nutricional; ii) propor novos métodos de melhoramento do milho baseados em GWS. Para isto, foram avaliadas 41 combinações híbridas em dois experimentos, em baixa e alta disponibilidade de N e P, delineados em blocos ao acaso com duas repetições, em esquema fatorial simples (híbridos x níveis de N ou P). Os experimentos foram conduzidos em casa de vegetação (20º45'14"S; 42º52'53"W), na Universidade Federal de Viçosa, durante o mês de outubro de 2010. As plantas foram colhidas no estádio V6. A partir do material coletado, foram estimados os dois componentes da EU de N ou P. Os dados obtidos foram submetidos a análises estatísticas via REML/BLUP, para a obtenção dos componentes de variância e as estimativas dos parâmetros genéticos. Na genotipagem da população de estimação, foram utilizados 80 marcadores microssatélites (SSR). A predição dos valores genéticos genômicos dos híbridos foi obtida via RR-BLUP/GWS. Para os caracteres que a GWS apresentou valores de acurácia seletiva superior a fenotipica, ela foi comparada com os métodos da Seleção Recorrente Intra e Interpopulacional. Com um ciclo de GWS por ano, foi possível obter aumento na eficiência de seleção em relação aos métodos de seleção recorrente, para os caracteres EA e EUt em baixo P (BP) e massa de parte aérea seca (MPS) em alto P (AP) de 1028,01%, 960,21% e 1240,86%, respectivamente. Quando foi considerada a possibilidade de dois ciclos de GWS por ano, estes valores passaram para 3317,05%, 3098,27% e 4003,85%, respectivamente. No experimento do N, com um ciclo de GWS por ano, para os caracteres EA em baixo N (BN), EA, EUt e MPS em alto N (AN), o aumento na eficiência foi de 306,98%, 393,84%, 816,99% e 363,82%, respectivamente. Na possibilidade de dois ciclos de GWS por ano, estes valores passaram para 990,53%, 1270,80%, 2636,15% e 1173,92%, respectivamente. Com isto, é possível concluir que com a GWS há um aumento significativo na acurácia seletiva, nos ganhos por unidade de tempo e no processo de melhoramento. Conseqüentemente, os métodos Seleção Recorrente Genômica propostos neste trabalho podem modificar significativamente a forma como é feita a seleção nos programas de melhoramento

The evaluation for nutrient efficiency use (UE) generally use destructive methods of the plant, not allowing, depending on the population genetic structure, using those identified as superior in hybridizations. Consequently, there is a reduction in the potential gains with selection. Additionally, some conventional breeding methods, such as the recurrent selection, are very laborious and have low gains with selection per unit time. The genome wide selection (GWS) was proposed to increase the efficiency of breeding. With the GWS, the prediction and selection can be performed on early plant stages, thus accelerating the process. Given the above, the objectives of this work were: i) verify the effectiveness of the GWS method in maize breeding for nutritional stress conditions, ii) propose new methods to maize breeding based on GWS. For this, 41 single crosses were evaluated in two experiments in high and low availability of N and P, using complete blocks design with two replications, in two-way scheme (single crosses x levels of N and P). The experiments were conducted in a greenhouse (20°45'14 "S; 42°52'53"W), at the Federal University of Viçosa, during the month of October 2010. The plants were harvested at the V6 stage. From the material collected, were estimated the two components of N or P UE. The data were subjected to statistical analysis by REML / BLUP, to obtain the variance components and genetic parameter estimates. In genotyping of estimation population, were used 80 microsatellite markers (SSR). The prediction of genomic breeding values of the single crosses were obtained by RR-BLUP/GWS. For the traits that GWS showed higher selective accuracy values than the phenotypic, it was compared with the methods of intra and interpopulation recurrent selection. With a cycle of GWS per year, it was possible to increase the efficiency of selection in relation to recurrent selection methods for the traits EA and EUt in low (LP) and shoot dry mass (SDM) in high P (HP) of 1028.01%, 960.21% and 1240,86% respectively. When was considered the possibility of two GWS cycles per year, these values changed to 3317.05%, 3098.27% and 4003,85%, respectively. In the experiment of N, with a cycle of GWS per year, for the traits EA in low N (LN), EA, EUt and SDM in high N (HN), the increase in efficiency was 306.98%, 393.84%, 816.99% and 363.82%, respectively. With the possibility of two cycles of GWS per year, these values changed to 990.53%, 1270.80%, 2636.15% and 1173,92%, respectively. Thus, we conclude that with the GWS is a significant increase in selective accuracy, earnings per unit of time and process improvement. Therefore, the recurrent selection genomic methods proposed in this work can modify significantly the way as done the selection in breeding programs

Universidade Federal de Viçosa