Modelos mistos no estudo da heterose e predição do desempenho de híbridos de milho

Tese apresentada à Universidade Federal de Lavras, como parte das exigências do Programa de Pós- Graduação em Agronomia/Fitotecnia, área de concentração em Produção Vegetal, para a obtenção do título de Doutor.

The purpose of this study was to determine the epistatic effects in heterosis of maize by means of a single model based on analyses of di-, tri- and tetrallelic, and analyses with the information from microsatellite markers. In addition, the aim was to predict maize hybrid performance and validate the total effect of associated mark (TEAM) method using cross validation (predict the hybrids and validate with the results already obtained from them in trials) and results of trials conducted with the predicted hybrids. Two sets of data were used. To determine the importance of the epistatic effects, 51 lines from different origins were used, obtaining 6 double hybrids, 14 three-way hybrids and 58 single hybrids, for a total of 78 hybrids. For the prediction experiment, the same 58 single hybrids were used. Seventy-nine microsatellite markers were used in genotyping of the 51 lines and they produced 79 marks. These markers are distributed along the 10 maize linkage groups. This information was used in constructing the relationship information matrix and in construction of the matrices of the total effects of associated mark (TEAM) where the values of the marks were used in the random effects matrix in the mixed linear model. According to the study, it was possible to break down heterosis and better understand the participation of epistatic effects in it when jointly analyzing single, double and three-way hybrids under the same model. Under this approach, it was possible to understand heterosis in its diverse components. It was also possible to verify that with the use of molecular markers there was a trend toward improvement of the accuracy of the epistatic and dominance genetic effects. With different levels of imbalance of the model, the predictive accuracy of the TEAM method ranged from 0.10 to 0.96. In addition, when the hybrids not tested in the training population had their values predicted and tested in trials, the accuracy was 0.30. This is an excellent value when the prediction in locations totally different from the locations used for generating the prediction values is validated. In regard to discard of good hybrids, the total of the method total effects of associated mark was right in 50% of the hybrids selected in the regional trials and there was selective loss in only 33% of the cases. According to these results, it may be inferred that with the computational resources currently available and advanced statistical techniques, the concept of crosses may be expanded to frontiers far beyond the traditional general and specific combination capacities. It was also verified that predictive validation under different growing conditions is viable and that the results of cross validation represent the real field performance situation in a striking manner

Produção Vegetal

O objetivo com este trabalho foi determinar os efeitos epistáticos na heterose do milho por meio de um único modelo, com base em análises de di, tri e tetralelos e com a informação de marcadores de microssatélites. Além disto, objetivou-se predizer o desempenho de híbridos de milho e validar o método de efeitos totais das marcas associadas utilizando validação cruzada (predizer os híbridos e validar com os resultados já obtidos dos mesmos em ensaios) e resultados de ensaios conduzidos com os híbridos preditos. Dois conjuntos de dados foram utilizados. Para determinar a importância dos efeitos epistáticos utilizou-se 51 linhagens de diferentes origens obtendo-se 6 híbridos duplos, 14 híbridos triplos e 58 híbridos simples, totalizando 78 híbridos. Para o experimento de predição utilizou-se os mesmos 58 híbridos simples. Setenta e nove marcadores de microssatélites foram utilizados na genotipagem das 51 linhagens e produziram 79 marcas. Esses marcadores estão distribuídos ao longo dos 10 grupos de ligação do milho. Essa informação foi utilizada na construção da matriz de informação de parentesco e na construção das matrizes dos efeitos totais das marcas associadas (ETMA) em que os valores das marcas foram utilizados na matriz de efeitos aleatórios no modelo linear misto. De acordo com este trabalho foi possível desmembrar a heterose e entender melhor a participação dos efeitos epistáticos na mesma quando analisa conjuntamente híbridos simples, duplos e triplos sob um mesmo modelo. Sob esta abordagem, foi possível compreender a heterose nos seus diversos componentes. Também foi possível verificar que a utilização de marcadores moleculares teve uma tendência de melhora da acurácia dos efeitos genéticos epistáticos e de dominância. Com diferentes níveis de desbalanceamento do modelo, a acurácia preditiva do método ETMA variou de 0,10 a 0,96. Além disto, quando os híbridos não testados na população de treino tiveram seus valores preditos e testados em ensaios, a acurácia foi de 0,30, valor este excelente quando valida-se a predição em locais totalmente diferentes aos locais utilizados para gerar os valores de predição. No que diz respeito ao descarte de bons híbridos, o método de efeitos totais das marcas associada acertou em 50% dos híbridos selecionados nos ensaios regionais e houve perda seletiva em apenas 33% dos casos. De acordo com esses resultados pode-se inferir que, com os recursos computacionais disponíveis atualmente e técnicas estatísticas avançadas, pode-se expandir o conceito de cruzamentos para fronteiras muito além das tradicionais capacidades gerais e específicas de combinação. Também se verificou que a validação preditiva em diferentes condições de cultivo é viável e que os resultados de validação cruzada representam de forma contundente a situação real de desempenho no campo