Seleção precoce no melhoramento genético de cana-de-açúcar para tolerância a estresses abióticos

Orientador: Prof. Dr. Ricardo Augusto de Oliveira

Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Agronomia - Produção Vegetal. Defesa : Curitiba, 02/2021

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Resumo: Estresses abióticos causam a redução de produtividade na cana-de-açúcar e limita a expansão do cultivo no mundo. O melhoramento genético tem papel fundamental no desenvolvimento de genótipos com tolerância superior, garantindo a segurança alimentar. Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi desenvolver e validar metodologias para seleção precoce de famílias de cana-de-açúcar visando tolerância ao frio e ao déficit hídrico. Os testes de tolerância ao frio foram conduzidos na estação experimental da Embrapa Clima Temperado, em Pelotas/RS, enquanto de déficit hídrico na estação experimental da Universidade Federal do Paraná (PMGCA/UFPR/RIDESA), em Paranavaí/PR. Foram avaliadas 21 famílias de irmãos completo de cana-de-açúcar, sendo 13 comuns em todos os testes, totalizando aproximadamente 6500 indivíduos. A primeira etapa de testes foi conduzida em ambiente controlado no estádio inicial de desenvolvimento, simulando os estresses em câmara fria (frio) e em casa de vegetação (déficit hídrico), definida como "fase precoce". A segunda etapa foi realizada a campo sob condições naturais de estresse, definida como "fase de validação". Em todos os experimentos foram avaliados caracteres fisiológicos e biométricos, sendo os principais teor de clorofila, dano foliar e altura de planta. Foram estimados os componentes de variância e os valores genotípicos via modelos mistos (REML/BLUP), as correlações genéticas entre variáveis e fases, bem como o índice de coincidência para seleção e descarte de famílias em fase precoce. Os resultados revelam elevada variabilidade entre e dentro das famílias para ambos os estresses nas diferentes fases. As famílias RB996962 x RB016916, RB996963 x RB92579 e RB867515 x RB92579 possuem valores genotípicos superiores para tolerância ao frio, enquanto que RB036152 x SP93-3500, RB867515 x RB92579, RB996963 x RB92579, RB106802 x RB036088 e BJ7504 x RB835089 apresentam valores genotípicos superiores para rendimento de açúcar associado a maior nível de tolerância ao déficit hídrico. Foram observadas correlações genotípicas significativas entre as fases avaliadas, com índice de coincidência geral médio superior a 70% para seleção precoce de famílias em ambos os estresses. As metodologias utilizadas neste trabalho são relevantes e podem ser utilizadas como estratégia de seleção precoce no melhoramento genético de cana-de-açúcar para tolerância ao frio e ao déficit hídrico. Palavras-chave: Saccharum spp., tolerância ao frio; tolerância ao déficit hídrico; estratégia de seleção; REML/BLUP.

Abstract: Abiotic stresses reduce sugarcane productivity and limits the cultivation expansion worldwide. Crop breeding plays a fundamental role with the development of genotypes with superior tolerance, ensuring food security. In this sense, the objective of this work was to develop and validate methodologies for the early selection of sugarcane aiming cold tolerance and drought tolerance. The cold tolerance tests were conducted at the Embrapa Clima Temperado experimental station, in Pelotas/RS, while the drought tests took place at the experimental station of the Universidade Federal do Paraná (PMGCA/UFPR/RIDESA), in Paranavaí/PR. Twenty-one sugarcane full-sib families were evaluated, 13 of which were common in all tests, totaling approximately 6500 individuals. The first stage of testing was conduced in a controlled environment at the initial stage of development, simulating stresses in a cold chamber (cold) and in a greenhouse (drought), defined as an "early phase". The second stage was carried out in the field under natural stress conditions, defined as the "validation phase". In all experiments, physiological and biometric characters were evaluated, mainlychlorophyll content, leaf damage and plant height. The variance components and the genotypic values were estimated via mixed models (REML/BLUP), the genetic correlations between variables and phases, as well as the coincidence index for selection and discard of families at an early stage. The results reveal high variability between and within families for both stresses in the different phases. The families RB996962 x RB016916, RB996963 x RB92579 and RB867515 x RB92579 have higher genotypic values for cold tolerance, while RB036152 x SP93-3500, RB867515 x RB92579, RB996963 x RB92579 and RB106802 x RB106802 present superior genotypic values for sugar yield associated with higher level of drought tolerance. Significant genotypic correlations were observed between the evaluated phases, with an average general coincidence index greater than 70% for early selection of families in both stresses. The methodologies used in this work are relevant and can be used as an early selection strategy in the sugarcane breeding for cold and drought tolerance. Keywords: Saccharum spp.; cold tolerance; drought tolerance; selection strategy; REML/BLUP.