Canonical correlations between high and low heritability wheat traits via mixed models / Correlações canônicas entre caracteres de trigo de alta e baixa herdabilidade via modelos mistos

ABSTRACT: Canonical correlation analysis based on genotypic correlations allows determining the associations between groups of traits and carrying out the direct or indirect selection of superior genotypes. This study investigated the existence of linear and multivariate relationships between high and low heritability traits via canonical correlation analysis based on genotypic correlations. The experiment was conducted at the Professor Diogo Alves de Melo Experimental Field at the Universidade Federal de Viçosa, in Viçosa, MG. 90 wheat cultivars were evaluated under a 9 × 10 alpha-lattice design, with three replications and plots consisting of four rows of three meters spaced at 0.20 meters. Canonical groups were established between spike height and plant height, days for heading, number of spikelets per spike, and number of grains per spike (Group I) and, spike weight, spike grain mass, 100-grain mass, hectoliter weight, and grain yield (Group II). There was dependence between the established groups, which allowed the investigation of the relationships between traits based on their genotypic values. The traits cycle and plant height can be used for indirect selection of genotypes superior in hectoliter weight and grain yield, which are important factors for industries and farmers.

RESUMO: As análises de correlações canônicas baseadas nas correlações genotípicas, permitem determinar associações entre grupos de caracteres e realizar a seleção direta ou indireta de genótipos superiores. Objetivou-se com este trabalho investigar a existência de relações lineares e multivariadas entre caracteres de alta e baixa herdabilidade via análise de correlações canônicas com base nas correlações genotípicas. O experimento foi conduzido no Campo Experimental Professor Diogo Alves de Melo da Universidade Federal de Viçosa, em Viçosa, Minas Gerais. 90 cultivares de trigo foram avaliadas sob o delineamento alpha-lattice 9 × 10, com três repetições e parcelas constituídas por quatro linhas de três metros espaçadas a 0.20 metros. Os grupos canônicos foram estabelecidos entre altura de espiga e planta, dias para o espigamento, número de espiguetas por espiga e número de grãos por espiga (Grupo I) e, peso de espiga, massa de grãos da espiga, massa de 100 grãos, peso hectolitro e produtividade de grãos (Grupo II). Houve dependência entre os grupos estabelecidos, o que permitiu a investigação das relações entre os caracteres com base em seus valores genotípicos. Os caracteres ciclo e altura de plantas podem ser utilizados para a seleção indireta de genótipos superiores em peso hectolitro e produtividade, fatores estes importantes para indústrias e produtores.

Genetic control of quality melon traits / Controle genético de caracteres de qualidade do melão

ABSTRACT: This research studied the genetic control of the traits related to melon fruit quality. The F1, F2, BC1, BC2 generations from the OL x A-16 and OL x PV crossings were evaluated in two separate trials conducted in randomized blocks with three replications. The evaluated traits were: average fruit weight, shape index, pulp thickness, pulp firmness, soluble solids content and cracking rate. The analyses were accomplished through a classic study of generations involving mixed models. The parameters on heritability and number of loci controlling the traits were evaluated in a broad and narrow sense. The inheritance of the evaluated traits is complex, presenting one gene of greater effect and polygenes with additive and dominant effects.

RESUMO: Objetivou-se com este trabalho estudar o controle genético de caracteres relacionados à qualidade do fruto do melão. Foram avaliadas as gerações F1, F2, RC1, RC2 dos cruzamentos OL x A-16 e OL x PV em dois ensaios separados conduzidos em blocos casualizados com três repetições. Os caracteres avaliados foram: peso médio do fruto, índice de formato, espessura da polpa, firmeza da polpa, sólidos solúveis e porcentagem de rachadura. As análises foram feitas por meio de estudo clássico de gerações envolvendo modelos mistos. Foram estimados os parâmetros de herdabilidades nos sentidos amplo e restrito e número de loci que controlam o caráter. A herança dos caracteres estudados é complexa com a presença de gene de efeito maior e poligenes com efeitos aditivos e de dominância.

Canonical correlations between high and low heritability wheat traits via mixed models / Correlações canônicas entre caracteres de trigo de alta e baixa herdabilidade via modelos mistos

Canonical correlation analysis based on genotypic correlations allows determining the associations between groups of traits and carrying out the direct or indirect selection of superior genotypes. This study investigated the existence of linear and multivariate relationships between high and low heritability traits via canonical correlation analysis based on genotypic correlations. The experiment was conducted at the Professor Diogo Alves de Melo Experimental Field at the Universidade Federal de Viçosa, in Viçosa, MG. 90 wheat cultivars were evaluated under a 9 × 10 alpha-lattice design, with three replications and plots consisting of four rows of three meters spaced at 0.20 meters. Canonical groups were established between spike height and plant height, days for heading, number of spikelets per spike, and number of grains per spike (Group I) and, spike weight, spike grain mass, 100-grain mass, hectoliter weight, and grain yield (Group II). There was dependence between the established groups, which allowed the investigation of the relationships between traits based on their genotypic values. The traits cycle and plant height can be used for indirect selection of genotypes superior in hectoliter weight and grain yield, which are important factors for industries and farmers.

As análises de correlações canônicas baseadas nas correlações genotípicas, permitem determinar associações entre grupos de caracteres e realizar a seleção direta ou indireta de genótipos superiores. Objetivou-se com este trabalho investigar a existência de relações lineares e multivariadas entre caracteres de alta e baixa herdabilidade via análise de correlações canônicas com base nas correlações genotípicas. O experimento foi conduzido no Campo Experimental Professor Diogo Alves de Melo da Universidade Federal de Viçosa, em Viçosa, Minas Gerais. 90 cultivares de trigo foram avaliadas sob o delineamento alpha-lattice 9 × 10, com três repetições e parcelas constituídas por quatro linhas de três metros espaçadas a 0.20 metros. Os grupos canônicos foram estabelecidos entre altura de espiga e planta, dias para o espigamento, número de espiguetas por espiga e número de grãos por espiga (Grupo I) e, peso de espiga, massa de grãos da espiga, massa de 100 grãos, peso hectolitro e produtividade de grãos (Grupo II). Houve dependência entre os grupos estabelecidos, o que permitiu a investigação das relações entre os caracteres com base em seus valores genotípicos. Os caracteres ciclo e altura de plantas podem ser utilizados para a seleção indireta de genótipos superiores em peso hectolitro e produtividade, fatores estes importantes para indústrias e produtores.

Heritability and genetics correlations for body weight in escargots

The objective of this study was to estimate genetic parameters for body weight at 60 (P60), 90 (P90), and 120 (P120) days of age in escargotsof the subspecies Cornu aspersum maximum, evaluating the influence of fixed and covariable effects on these traits. The data used were collected from escargotskept in a total confinement system. The significant fixed effects and covariates for these traits were tested in a general linear model by the F-test, considering a level of significance of 5%. Both the fixed effects of box and birth year and the quadratic effect of age of weighing as a covariate were significant (p < 0.05) for P60, P90, and P120. The Restricted Maximum Likelihood (REML) methodology was used to estimate (co)variance components and genetic parameters. High heritability for P60, P90, and P120 (0.38, 0.55 and 0.78, respectively) and high genetic correlations (0.58 to 0.77) among the traits were observed. The genetic parameterscan be used as a basis for studies and practical applications to increase zootechnical indexes in this population.(AU)

Impact of different search strategies on the results of a meta-analysis for mastitis in dairy cattle / Impacto de diferentes estratégias de busca sob os resultados de uma metanálise para a característica mastite em gado de leite

Poorly formulated search strategies can have great influences on the results of a meta-analysis, since it directly impacts the amount and adherence to the theme of the works used for study, therefore, the formulation of a consistent and functional search strategy is essential for the review system to achieve its goals. The objective of this work was to study the impact of different search strategies in a systematic review by performing a meta-analysis to estimate heritability for the mastitis trait in dairy cattle. Once the search strategies were defined, the searches carried out in the Web of science, Scopus, Scielo and Pubmed databases returned 921 studies from which, after going through the identification, selection, eligibility and inclusion processes, 25 studies were selected. Withdrawals from selected articles, 26 heritability estimates were used in the meta-analysis. A random effect model was used, with all analyzes performed by the R program, through the Metafor package. The estimates obtained through the combined statistics of studies for mastitis, presented values of low magnitude (0.05 and 0.06). The effects of search strategies have a significant impact on the meta-analysis estimates produced.

Estratégias de buscas mal formuladas podem apresentar grandes influências nos resultados de uma metanálise, uma vez que impacta diretamente na quantidade e aderência ao tema dos trabalhos utilizados para estudo, portanto, a formulação de uma estratégia de busca consistente e funcional é fundamental para que a revisão sistemática atinja seus objetivos. O objetivo deste trabalho foi estudar o impacto de diferentes estratégias de busca em uma revisão sistemática por meio da realização de uma metanálise para estimação de herdabilidade para a característica mastite em gado de leite. Uma vez definidas as estratégias de busca, as pesquisas realizadas nas bases de dados Web of science, Scopus, Scielo e Pubmed retornaram 921 estudos dos quais, após passarem pelos processos de identificação, seleção, elegibilidade e inclusão, 25 estudos foram selecionados. Retiradas dos artigos selecionados, 26 estimativas de herdabilidades foram utilizadas na realização da metanálise. Utilizou-se um modelo de efeito aleatório, sendo todas as análises realizadas pelo programa R, por meio do pacote Metafor. As estimativas obtidas através da estatística combinada de estudos para mastite, apresentou valores de baixa magnitude (0,05 e 0,06). Os efeitos das estratégias de busca têm impacto significativo nas estimativas de metanálise produzidas.

Updating knowledge in estimating the genetics parameters: Multi-trait and Multi-Environment Bayesian analysis in rice

Among the multi-trait models selected to study several traits and environments jointly, the Bayesian framework has been a preferred tool when constructing a more complex and biologically realistic model. In most cases, non-informative prior distributions are adopted in studies using the Bayesian approach. However, the Bayesian approach presents more accurate estimates when informative prior distributions are used. The present study was developed to evaluate the efficiency and applicability of multi-trait multi-environment (MTME) models within a Bayesian framework utilizing a strategy for eliciting informative prior distribution using previous data on rice. The study involved data pertaining to rice (Oryza sativa L.) genotypes in three environments and five crop seasons (2010/2011 until 2014/2015) for the following traits: grain yield (GY), flowering in days (FLOR) and plant height (PH). Variance components, genetic and non-genetic parameters were estimated using the Bayesian method. In general, the informative prior distribution in Bayesian MTME models provided higher estimates of individual narrow-sense heritability and variance components, as well as minor lengths for the highest probability density interval (HPD), compared to their respective non-informative prior distribution analyses. More informative prior distributions make it possible to detect genetic correlations between traits, which cannot be achieved with non-informative prior distributions. Therefore, this mechanism presented to update knowledge for an elicitation of an informative prior distribution can be efficiently applied in rice breeding programs.

Genome-enabled prediction through quantile random forest for complex traits / Predição genômica por meio do random forest quantílitico para características complexas

ABSTRACT: Quantile Random Forest (QRF) is a non-parametric methodology that combines the advantages of Random Forest (RF) and Quantile Regression (QR). Specifically, this approach can explore non-linear functions, determining the probability distribution of a response variable and extracting information from different quantiles instead of just predicting the mean. This evaluated the performance of the QRF in the genomic prediction for complex traits (epistasis and dominance). In addition, compare the accuracies obtained with those derived from the G-BLUP. The simulation created an F2 population with 1,000 individuals and genotyped for 4,010 SNP markers. Besides, twelve traits were simulated from a model considering additive and non-additive effects, QTL (Quantitative trait loci) numbers ranging from eight to 120, and heritability of 0.3, 0.5, or 0.8. For training and validation, the 5-fold cross-validation approach was used. For each fold, the accuracies of all the proposed models were calculated: QRF in five different quantiles and three G-BLUP models (additive effect, additive and epistatic effects, additive and dominant effects). Finally, the predictive performance of these methodologies was compared. In all scenarios, the QRF accuracies were equal to or greater than the methodologies evaluated and proved to be an alternative tool to predict genetic values in complex traits.

RESUMO: Quantile Random Forest (QRF) é uma metodologia não paramétrica, que combina as vantagens do Random Forest (RF) e da Regressão Quantílica (QR). Especificamente, essa abordagem pode explorar funções não lineares, determinando a distribuição de probabilidade de uma variável resposta e extraindo informações de diferentes quantis em vez de apenas prever a média. O objetivo deste trabalho foi avaliar o desempenho do QRF em predizer o valor genético genômico para características com arquitetura genética não aditiva (epistasia e dominância). Adicionalmente, as acurácias obtidas foram comparadas com aquelas advindas do G-BLUP. A simulação criou uma população F2 com 1.000 indivíduos genotipados para 4.010 marcadores SNP. Além disso, doze características foram simuladas a partir de um modelo considerando efeitos aditivos e não aditivos, com número de QTL (Quantitative trait loci) variando de oito a 120 e herdabilidade de 0,3, 0,5 ou 0,8. Para treinamento e validação foi usada a abordagem da validação cruzada 5-fold. Para cada um dos folds foram calculadas as acurácias de todos os modelos propostos: QRF em cinco quantis diferentes e três modelos do G-BLUP (com efeito aditivo, aditivo e epistático, aditivo e dominante). Por fim, o desempenho preditivo dessas metodologias foi comparado. Em todos os cenários, as acurácias do QRF foram iguais ou superiores às metodologias avaliadas e mostrou ser uma ferramenta alternativa para predizer valores genéticos em características complexas.

Morpho-agronomic and leaf anatomical traits in Coffeacanephora genotypes / Caracteres morfoagronômicos e anatômicos foliares em genótipos de Coffea canephora

ABSTRACT: Genetic variability is the basis for coffee genetic breeding. This study evaluated the potential of leaf anatomy and morpho-agronomic traits in studies of genetic variability in C. canephoracultivars. Ten genotypes were distributed in randomized block designs with three replicates. Significant differences among genotypes were detected by F-test (P < 0.05) for 13 of 15 evaluated traits. These results evidenced the heterogeneity of the studied cultivars, which is essential in composition of genetic basis in breeding programs. The Scott-Knott test detected variability among genotypes, grouped into up to four mean groups. Leaf anatomy traits presented the largest variations. Five out of seven leaf anatomy traits presented heritability higher than 80%, with emphasis on stomatal density (95.69%) and stomatal pore length (92.72%). Positive correlations were observed among morpho-agronomic and anatomic traits. Cluster analysis used the Mahalanobis general distance (D2) as a measure of genetic dissimilarity and divided the genotypes into two distinct groups. The inclusion of leaf anatomic traits to characterize C. canephoragenotypes may assist plant breeders with better genetic discrimination and with greater security in plant selection when composing cultivars.

RESUMO: A variabilidade genética é a base para o progresso genético em café. Este estudo teve como objetivo, avaliar o potencial de caracteres morfoagronômicos e anatômicos foliares em estudos de variabilidade genética entre cultivares de Coffea canephora. Dez genótipos foram distribuídos em um experimento seguindo delineamento em blocos ao acaso com três repetições. Foram detectadas diferenças significativas entre os genótipos pelo teste F (P < 0,05) para 13 dos 15 caracteres avaliados. Esses resultados evidenciaram a heterogeneidade entre as cultivares estudadas, o que é essencial para a composição da base genética e avanço dos programas de melhoramento. O teste de Scott e Knott detectou as diferenças entre os genótipos, separando-os em quatro grupos. Os caracteres anatômicos foliares apresentaram as maiores variações. Cinco, dentre os sete caracteres anatômicos foliares, apresentaram estimativas de herdabilidade superiores a 80% com destaque para a densidade estomática (95,69%) e comprimento do poro estomático (92,72%). Correlações positivas foram observadas entre caracteres morfoagronômicos e anatômicos foliares. A análise de agrupamento, considerando a distância de Mahalanobis como medida de dissimilaridade (D²), apontou a distinção de dois grupos de genótipos. A inclusão de caracteres anatômicos foliares na caracterização de genótipos de C. canephora pode auxiliar os melhoristas de plantas na melhor discriminação entre genótipos e maior segurança na seleção de clones para geração de novas cultivares.

Genetic parameters and selection gain in tropical wheat populations via Bayesian inference / Parâmetros genéticos e ganho de seleção em populações tropicais de trigo via inferência bayesiana

ABSTRACT: The development process of a new wheat cultivar requires time between obtaining the base population and selecting the most promising line. Estimating genetic parameters more accurately in early generations with a view to anticipating selection means important advances for wheat breeding programs. Thus, the present study estimated the genetic parameters of F2 populations of tropical wheat and the genetic gain from selection via the Bayesian approach. To this end, the authors assessed the grain yield per plot of 34 F2 populations of tropical wheat. The Bayesian approach provided an adequate fit to the model, estimating genetic parameters within the parametric space. Heritability (h2) was 0.51. Among those selected, 11 F2 populations performed better than the control cultivars, with genetic gain of 7.80%. The following populations were the most promising: TbioSossego/CD 1303, CD 1303/TbioPonteiro, BRS 254/CD 1303, Tbio Duque/Tbio Aton, and Tbio Aton/CD 1303. Bayesian inference can be used to significantly improve tropical wheat breeding programs.

RESUMO: O processo de desenvolvimento de uma nova cultivar de trigo requer tempo entre a obtenção da população base e a seleção da linhagem mais promissora. Estimar parâmetros genéticos com mais precisão nas primeiras gerações com vistas a antecipar a seleção significa avanços importantes para os programas de melhoramento de trigo. Assim, o presente estudo estima os parâmetros genéticos de populações F2 de trigo tropical e o ganho genético da seleção via abordagem Bayesiana. Para tanto, os autores avaliaram a produtividade de grãos por parcela de 34 populações F2 de trigo tropical. A abordagem Bayesiana proporcionou um ajuste adequado ao modelo, estimando parâmetros genéticos dentro do espaço paramétrico. A herdabilidade (h2) foi de 0,51. Dentre as selecionadas, 11 populações F2 obtiveram desempenho superior às cultivares controle, com ganho genético de seleção de 7,80%. As seguintes populações foram as mais promissoras: Tbio Sossego/CD 1303, CD 1303/Tbio Ponteiro, BRS 254/CD 1303, Tbio Duque/Tbio Aton e Tbio Aton/CD 1303. A inferência Bayesiana pode ser usada para melhorar significativamente programas de melhoramento de trigo tropical.

Environmental variability in simultaneous selection of common bean for grain quality and mineral concentration traits

The selection of common bean (Phaseolus vulgaris L.) lines based on grain quality and mineral concentration traits will be more efficient if a minimum number of experiments is established. This study was carried out to determine whether grain quality and mineral concentration traits are significantly affected by the genotype × environment interaction; to estimate heritability and genetic gain in individual and combined experiments; and to select superior common bean lines considering a minimum number of experiments. A total of 17 common bean genotypes were evaluated in four experiments. Grain quality was determined through seven traits, and the concentration of six minerals was analyzed by acid digestion. Statistical analyses were completed using data obtained from both individual (I, II, III and IV) and combined (I and II; I, II and III; and I, II, III and IV) experiments. Except for the potassium concentration, all traits showed a significant genotype × environment interaction effect. Heritability and genetic gain estimates of grain quality and mineral concentration traits varied when the data were obtained from one or more experiments. Genetic gain may be inflated because of the data being based on one or two experiments. Four carioca bean (BRS MG Uai, LP 09-33, LEC 01-16 and Pérola) and four black bean (TB 02-19, CHP 04-239-52, TB 03-11 and IAC Netuno) genotypes were selected for their high grain quality and mineral concentration based on four experiments. Data from at least four experiments should be used to select common bean lines superior in grain quality and mineral concentration traits to increase the efficiency of simultaneous selection.

Genotypic selection of pre-clultivars of carioca and early carioca beans for the Agreste-Sertão of Pernambuco, Brazil / Seleção genotípica de pré-cultivares de feijão carioca e carioca precoce para o Agreste-Sertão de Pernambuco, Brasil

ABSTRACT: Genotype x environment interactions represent a major challenge in identifying and selecting genotypes responsive to different climate and soil conditions. This research evaluated and selected pre-cultivars of carioca bean and early carioca bean based on adaptability, stability, and grain yield. In the 2014 crop season, two regional competition trials were conducted in the state of Pernambuco: carioca beans (14 genotypes in Arcoverde, Belém de São Francisco, Caruaru and São João) and early carioca beans (11 genotypes in Araripina, Arcoverde, and Caruaru) and, in the 2015 crop season, with early carioca beans (11 genotypes in Araripina, Arcoverde, and Brejão). Parameters were estimated by mixed models, and the selection was performed using the Harmonic Mean of Relative Performance of Genetic Values (HMRPGV) method following three strategies: i) selection based on predicted genetic value with no interaction; ii) selection according to predicted genetic value considering each location; and iii) simultaneous selection for grain yield, adaptability, and stability. The environments influenced the phenotypic expression of the carioca and early carioca bean genotypes, representing a specific adaptation. The genotypes BRS Notável, BRS Estilo and BRS Pérola, of carioca beans, and CNFC 15875, BRS Notável and CNFC 15630, of early carioca beans, had the best results in the environments tested, regarding, simultaneously, adaptability to different soil and climate conditions, performance stability, and grain yield.

RESUMO: A interação genótipo x ambiente representa um grande desafio na identificação e seleção de genótipos responsivos às diversas condições de clima e solo. O objetivo deste trabalho foi avaliar e selecionar pré-cultivares de feijão carioca e feijão carioca precoce com base na adaptabilidade, estabilidade e produtividade de grãos. Na safra 2014 foram conduzidos dois ensaios regionais de competição no estado de Pernambuco: feijão carioca (14 genótipos em Arcoverde, Belém de São Francisco, Caruaru e São João) e feijão carioca precoce (11 genótipos em Araripina, Arcoverde e Caruaru) e na safra de 2015 com feijão carioca precoce (11 genótipos, em Araripina, Arcoverde e Brejão). Os parâmetros foram estimados por meio de modelos mistos e a seleção foi realizada pelo método da Média Harmônica do Desempenho Relativo dos Valores Genéticos (MHPRVG), adotando-se três estratégias: i) seleção com base no valor genético predito, sem interação; ii) seleção com base no valor genético predito, considerando cada local; iii) seleção simultânea quanto à produtividade de grãos, adaptabilidade e estabilidade. Observou-se que os ambientes influenciaram na expressão fenotípica dos genótipos de feijão carioca e carioca precoce, configurando adaptação específica. Os genótipos BRS Notável, BRS Estilo e BRS Pérola, de feijão carioca, e CNFC 15875, BRS Notável e CNFC 15630, de feijão carioca precoce, apresentaram os melhores desempenhos nos ambientes testados, considerando-se, simultaneamente, a adaptabilidade a diferentes condições edafoclimáticas, estabilidade de desempenho e produtividade de grãos.

Genetic parameters and association between longevity and milk production in buffaloes using the ssGBLUP method

The objectives of this work were to estimate the genetic parameters for the traits longevity (LG) and accumulated milk yield at 305 days (MY305) using a bitrait animal model and the single-step GBLUP method and estimate the genetic gain for LG through direct and indirect selection for MY305. We used 4,057 records of first lactations of Murrah dairy buffaloes, collected between 1987 and 2020, belonging to six Brazilian herds located in the states Ceará, Rio Grande do Norte, and São Paulo and 960 animals genotyped using the 90K Axiom Buffalo Genotyping (Thermo Fisher Scientific, Santa Clara, CA) to estimate the genetic parameters. The heritability estimate was 0.25 for MY305 and 0.13 for LG. The genetic gain for LG was 0.13 months under direct selection, and 0.14 months under indirect selection, which results in a relative selection efficiency of 11% under selection for MY305 compared with the direct selection. The genetic correlation between the two traits was 0.77, indicating that animals with genetic potential for high MY305 tend to live longer. The genetic trends for MY305 and LG were 0.22 kg/year and 5.20 days/year, respectively, indicating a positive response, which reaffirms its relationship with the high genetic correlation between the two traits.(AU)

Genome-enabled prediction through quantile random forest for complex traits / Predição genômica por meio do random forest quantílitico para características complexas

Quantile Random Forest (QRF) is a non-parametric methodology that combines the advantages of Random Forest (RF) and Quantile Regression (QR). Specifically, this approach can explore non-linear functions, determining the probability distribution of a response variable and extracting information from different quantiles instead of just predicting the mean. This evaluated the performance of the QRF in the genomic prediction for complex traits (epistasis and dominance). In addition, compare the accuracies obtained with those derived from the G-BLUP. The simulation created an F2 population with 1,000 individuals and genotyped for 4,010 SNP markers. Besides, twelve traits were simulated from a model considering additive and non-additive effects, QTL (Quantitative trait loci) numbers ranging from eight to 120, and heritability of 0.3, 0.5, or 0.8. For training and validation, the 5-fold cross-validation approach was used. For each fold, the accuracies of all the proposed models were calculated: QRF in five different quantiles and three G-BLUP models (additive effect, additive and epistatic effects, additive and dominant effects). Finally, the predictive performance of these methodologies was compared. In all scenarios, the QRF accuracies were equal to or greater than the methodologies evaluated and proved to be an alternative tool to predict genetic values in complex traits.

Quantile Random Forest (QRF) é uma metodologia não paramétrica, que combina as vantagens do Random Forest (RF) e da Regressão Quantílica (QR). Especificamente, essa abordagem pode explorar funções não lineares, determinando a distribuição de probabilidade de uma variável resposta e extraindo informações de diferentes quantis em vez de apenas prever a média. O objetivo deste trabalho foi avaliar o desempenho do QRF em predizer o valor genético genômico para características com arquitetura genética não aditiva (epistasia e dominância). Adicionalmente, as acurácias obtidas foram comparadas com aquelas advindas do G-BLUP. A simulação criou uma população F2 com 1.000 indivíduos genotipados para 4.010 marcadores SNP. Além disso, doze características foram simuladas a partir de um modelo considerando efeitos aditivos e não aditivos, com número de QTL (Quantitative trait loci) variando de oito a 120 e herdabilidade de 0,3, 0,5 ou 0,8. Para treinamento e validação foi usada a abordagem da validação cruzada 5-fold. Para cada um dos folds foram calculadas as acurácias de todos os modelos propostos: QRF em cinco quantis diferentes e três modelos do G-BLUP (com efeito aditivo, aditivo e epistático, aditivo e dominante). Por fim, o desempenho preditivo dessas metodologias foi comparado. Em todos os cenários, as acurácias do QRF foram iguais ou superiores às metodologias avaliadas e mostrou ser uma ferramenta alternativa para predizer valores genéticos em características complexas.

Genotypic selection of pre-clultivars of carioca and early carioca beans for the Agreste-Sertão of Pernambuco, Brazil / Seleção genotípica de pré-cultivares de feijão carioca e carioca precoce para o Agreste-Sertão de Pernambuco, Brasil

Genotype x environment interactions represent a major challenge in identifying and selecting genotypes responsive to different climate and soil conditions. This research evaluated and selected pre-cultivars of carioca bean and early carioca bean based on adaptability, stability, and grain yield. In the 2014 crop season, two regional competition trials were conducted in the state of Pernambuco: carioca beans (14 genotypes in Arcoverde, Belém de São Francisco, Caruaru and São João) and early carioca beans (11 genotypes in Araripina, Arcoverde, and Caruaru) and, in the 2015 crop season, with early carioca beans (11 genotypes in Araripina, Arcoverde, and Brejão). Parameters were estimated by mixed models, and the selection was performed using the Harmonic Mean of Relative Performance of Genetic Values (HMRPGV) method following three strategies: i) selection based on predicted genetic value with no interaction; ii) selection according to predicted genetic value considering each location; and iii) simultaneous selection for grain yield, adaptability, and stability. The environments influenced the phenotypic expression of the carioca and early carioca bean genotypes, representing a specific adaptation. The genotypes BRS Notável, BRS Estilo and BRS Pérola, of carioca beans, and CNFC 15875, BRS Notável and CNFC 15630, of early carioca beans, had the best results in the environments tested, regarding, simultaneously, adaptability to different soil and climate conditions, performance stability, and grain yield.

A interação genótipo x ambiente representa um grande desafio na identificação e seleção de genótipos responsivos às diversas condições de clima e solo. O objetivo deste trabalho foi avaliar e selecionar pré-cultivares de feijão carioca e feijão carioca precoce com base na adaptabilidade, estabilidade e produtividade de grãos. Na safra 2014 foram conduzidos dois ensaios regionais de competição no estado de Pernambuco: feijão carioca (14 genótipos em Arcoverde, Belém de São Francisco, Caruaru e São João) e feijão carioca precoce (11 genótipos em Araripina, Arcoverde e Caruaru) e na safra de 2015 com feijão carioca precoce (11 genótipos, em Araripina, Arcoverde e Brejão). Os parâmetros foram estimados por meio de modelos mistos e a seleção foi realizada pelo método da Média Harmônica do Desempenho Relativo dos Valores Genéticos (MHPRVG), adotando-se três estratégias: i) seleção com base no valor genético predito, sem interação; ii) seleção com base no valor genético predito, considerando cada local; iii) seleção simultânea quanto à produtividade de grãos, adaptabilidade e estabilidade. Observou-se que os ambientes influenciaram na expressão fenotípica dos genótipos de feijão carioca e carioca precoce, configurando adaptação específica. Os genótipos BRS Notável, BRS Estilo e BRS Pérola, de feijão carioca, e CNFC 15875, BRS Notável e CNFC 15630, de feijão carioca precoce, apresentaram os melhores desempenhos nos ambientes testados, considerando-se, simultaneamente, a adaptabilidade a diferentes condições edafoclimáticas, estabilidade de desempenho e produtividade de grãos

Genetic correlation between feed efficiency and carcass traits in Nellore cattle in Brazil / Correlação genética entre características de eficiência alimentar e de carcaça em bovinos da raça Nelore no Brasi

The aim was to estimate the genetic correlations between residual feed intake (RFI) and dry matter intake (DMI) with carcass finish (CF), rib eye area (REA), and marbling (MAR) of Nellore cattle. Data from 7,808 animals were considered. In addition, data from 2,261 females included in the complete database were also considered. Estimates of variance and covariance components, as well as heritabilities and genetic correlations were obtained by means of two-character analysis under animal model. Heritability estimates were found to be moderate for the RFI (0.22) and DMI (0.29) traits. It was observed that genetic correlation was close to zero for all traits, except between RFI and REA (-0.11). However, considering the female population, there was an increase in the estimated genetic correlation between RFI and DMI, although still a favorable genetic association of low magnitude (-0.30). There was also an increase in the genetic association of REA with RFI (-0.21). It can be concluded that the direct selection for RFI and DMI will not influence the CF, MAR, or REA of Nellore cattle. However, this selection may generate some favorable responses in MAR and REA in Nellore females.

Objetivou-se estimar as correlações genéticas entre consumo alimentar residual (CAR) e ingestão de matéria seca com acabamento de carcaça (ACAB), área de olho de lombo (AOL) e marmoreio (MAR) para bovinos da raça Nelore. Foram consideradas informações de 7.808 animais. Além disso foram consideradas informações de 2.261 animais fêmeas que compunham o banco de dados completo. As estimativas dos componentes de variâncias e covariâncias, bem como das herdabilidades e correlações genéticas foram obtidas por meio de análises bicaracterísticas sob modelo animal. Verificou-se que as estimativas de herdabilidade foram moderadas para as características de CAR (0,22) e IMS (0,29). Observou-se que as estimativas de correlação genética foram próximos a zero para todas as Características, exceto entre CAR e AOL (-0,11). No entanto, considerando a população de fêmeas, houve um aumento na estimativa de correlação genética com CAR e IMS, apesar de ainda ser uma associação genética favorável de baixa magnitude (-0,30). Também houve um aumento na associação genética da AOL com o CAR (-0,21). Conclui-se, assim, que a seleção direta para o CAR e IMS não influenciará no ACAB, MAR e AOL de bovinos da raça Nelore. No entanto, essa seleção poderá gerar alguma resposta favorável em MAR e AOL em fêmeas Nelore.

Genetic parameters and genetic trends for production traits in dairy Gir cattle / Parâmetros genéticos e tendências genéticas de características de produção de bovinos Gir Leiteiro

The objective of this research was to estimate genetic parameters and genetic trends (GT) for 305-day milk yield (MY305) and 305-day fat yield (FY305) of purebred Dairy Gir animals of the National Dairy Gir Breeding Program. The restricted maximum likelihood method was used in an animal model. GT were obtained via linear regression and divided into two periods (1935-1992 and 1993-2013 for PL305; 1935-1992 and 1993-2010 for MY305). The estimated heritabilities were 0.23 (MY305) and 0.10 (FY305). The GT (kg/year) values for MY305 in the 2nd period for measured females (25.49), females (26.11), and males (35.13) were higher than those found in the 1st period (2.52; 2.06, and 1.00, respectively). The heritability estimated for MY305 confirmed the possibility of genetic improvement by selection and indicated a lower additive genetic effect on FY305 of purebred animals. The genetic progress for MY305 in all purebred population is denoted by the more expressive gains found from 1990's, when the first bull catalogs were published.

Objetivou-se estimar os parâmetros genéticos e tendências genéticas (GT) para produção de leite (MY305) e produção de gordura (FY305), ambas em 305 dias, de animais puros Gir Leiteiro, integrantes do Programa Nacional de Melhoramento do Gir Leiteiro. Foi utilizada a metodologia da máxima verossimilhança restrita em modelo animal. As GT foram obtidas via regressão linear e divididas em dois períodos (1935-1992 e 1993-2013 para PL305; 1935-1992 e 1993-2010 para MY305). As herdabilidades foram de 0,23 (MY305) e 0,10 (FY305). Para PL305, as GT (kg/ano) do 2º período para fêmeas mensuradas (25,49), fêmeas (26,11) e, machos (35,13) foram claramente superiores às do 1º período (2,52; 2,06 e 1,00; respectivamente). A estimativa de herdabilidade para MY305 reafirma ser possível melhoramento genético por meio de seleção, enquanto para FY305 sugere uma menor influência genética aditiva em animais puros. O progresso genético para MY305 em toda a população pura está evidenciado pelos ganhos mais expressivos, observados a partir da década de 90, quando foram divulgados os primeiros sumários de touros.

Association of visual scores with reproductive traits in Nelore cattle using Bayesian Inference / Associação de escores visuais com características reprodutivas em bovinos Nelore utilizando Inferência Bayesiana

The use of morphological traits assessed using visual scores as indirect selection criteria in cattle has the advantage of evaluating young animals regarding potential productive and reproductive performance. This enables breeders to make earlier decisions compared to later measurements, such as scrotal circumference at 450 days (SC450) and stayability (STAY). The aim of this study was to estimate the genetic parameters for visual score traits and their associations with reproductive traits: scrotal circumference at 365 days of age (SC365), SC450, STAY, probability of precocious calving (PPC30) and age at first calving (AFC) in Nellore cattle. Visual score data from 4,175 Nellore cattle, with an average age of 22 months, and reproductive data from 3,075 cattle belonging to the HoRa Genetics Provada herd were used. The morphological traits were evaluated by the MERCOS methodology. The heritability estimates obtained ranged from 0.15 to 0.28 for visual scores and 0.10 to 0.54 for reproductive traits. Genetic correlations between visual scores and reproductive traits were generally low, except between: muscularity and PPC30; structure and STAY; racial and SC450; conformation and SC365, SC450, STAY, and AFC; navel and STAY and AFC; and sacrum and SC365, STAY, and AFC, which were moderate to high. The identification of animals with flat sacral bone (not protruding or sloping) can also be an efficient characteristic in the identification for early pregnancy, and together with the musculature score, they can be related to animals with lower age at the first calving.(AU)

A utilização de características morfológicas de bovinos, pelo uso de escores visuais como critério de seleção indireta tem como vantagem a avaliação em animais jovens quanto ao potencial desempenho produtivo e reprodutivo, antecipando a tomada de decisão em comparação a medidas tomadas de forma tardia, como perímetro escrotal aos 450 dias (PE450) e stayability (STAY). Objetivou-se estimar os parâmetros genéticos para características de escores visuais e a associação dessas com características reprodutivas, perímetro escrotal aos 365 (PE365) dias de idade, PE450, STAY, probabilidade de parto precoce (3P) e idade ao primeiro parto (IPP) em bovinos Nelore. Foram utilizadas informações de escores visuais e de reprodução de 4.175 e 3.075 bovinos, respectivamente, com idade média de 22 meses, pertencentes a fazenda HoRa Genética Provada. As características morfológicas foram avaliadas pela metodologia MERCOS. As estimativas de herdabilidade obtidas apresentam grande amplitude, variando de 0,15 a 0,28 para escores visuais e 0,10 a 0,54 para características reprodutivas. As correlações genéticas entre característica de escores visuais e reprodução foram, de maneira geral baixas (0.03-0.66), com exceção entre a musculosidade e 3P, estrutura e STAY, racial e PE450, conformação com PE365, PE450, STAY e IPP, ônfalo com STAY e IPP, e sacro com PE365, STAY e IPP, que foram moderadas a altas. A identificação de animais com melhor osso sacro (mesmo nível das ancas), ou seja, não saliente ou inclinado pode ser uma característica eficiente na identificação para prenhez precoce, e juntamente ao escore de musculatura poderão ser relacionados a animais com menor idade ao primeiro parto.(AU)

Genetic parameters for growth, reproductive, and carcass traits in Tabapuã cattle

We aimed to estimate genetic parameters for growth, reproductive, and carcass traits in Tabapuã cattle. Phenotypic data were collected between 1990 and 2019 in 1,218 farms, and the pedigree file had 340,868 animals. The traits evaluated were body weight at 120 (W120), 210 (W210), 365 (W365), and 550 (W550) days of age; age at first calving (AFC), scrotal circumference at 365 days of age (SC365), ribeye area (REA), backfat thickness (BF), and rump fat thickness (RF). The (co)variance components were estimated using the restricted maximum likelihood method, considering single and two-traits animal models. For all traits, the models considered fixed, direct additive genetic, and residual random effects. In addition, for W120 and W210, the maternal additive genetic and maternal permanent environmental effects were also included. Heritabilities for W120, W210, W365, W550, SC365, REA, BF, and RF were of moderate magnitude (0.15, 0.16, 0.23, 0.19, 0.22, 0.36, 0.31, and 0.27, respectively). Low heritability was observed for AFC (0.07). The genetic correlations between growth traits were higher than 0.90, while AFC and SC365 presented negative moderate correlation (−0.66). The REA showed low genetic correlations with BF (0.07) and RF (0.07), whereas BF and RF were highly correlated (0.77). Considering the heritability estimates, selection for AFC would result in limited genetic gain, while for the other traits, it would be satisfactory. Based on the high genetic correlations between growth traits, selection of Tabapuã animals can be performed at younger ages. Additionally, animals can be indirectly selected for AFC through SC365, and only one fat thickness trait may be used in the selection process considering the high genetic correlation and similar heritability values for BF and RF.(AU)

Estimation of genetic parameters in dairy production in girolando cattle / Estimação de parâmetros genéticos na produção leiteira em bovinos girolando

Milk production is an important economic activity in Brazil. Dairy farmers would benefit from animal breeding programs that aid in identification and selection of animals with the best cost/benefit ratio to maximize productivity, and additionally provide advice on disposal of less productive animals. This study aims to estimate the heritability and repeatability of milk production corrected for 305 days (PL305) in a herd of Girolando cattle. We analyzed 528 lactations in 251 cows. For the analysis, uniform a priori distribution was defined for systematic effects. Gaussian and inverted Wishart distributions were defined as a priori distributions for random effects. The variance components were estimated based on Bayesian inference using the MCMCglmm function available in the MCMCglmm package of the R software. Convergence was verifed with the Geweke test available in the R software. The heritability and repeatability were estimated from the variance component results. Heritability was at 0.28, suggesting that selection for the milk production trait leads to efficient genetic progress in the herd. Phenotypic variance was mainly due to environmental variance; therefore, the phenotype of individuals should not be considered as indicator for additive genetic variance. Repeatability was at 0.93, indicating that the first performance of the animals based on milk production average is a good indicator of the second, and the data could be used for disposal decisions.(AU)

A produção de leite é uma das atividades econômicas mais importantes da agropecuária brasileira. Produtores podem usufruir de programas de melhoramento genético que permitem a identificação dos melhores animais e sua seleção para maximizar a produtividade com a melhor relação custo/benefício, além do aconselhamento do descarte de animais menos produtivos. Objetivou-se estimar a herdabilidade e repetibilidade da produção de leite corrigida para 305 dias (PL305) de um rebanho de bovinos da raça Girolando. Foram analisadas 528 lactações de 251 vacas. Para análise foi definida a distribuição uniforme a priori para efeitos sistemáticos. As distribuições de Wishart gaussiana e invertida foram definidas como distribuições a priori para efeitos aleatórios. Os componentes de variância foram estimados utilizando inferência bayesiana pela função MCMCglmm disponível no pacote MCMCglmm do software R. A convergência foi verificada pelo teste de Geweke disponível no software R. Após a obtenção dos componentes de variância foram estimados a herdabilidade e repetibilidade. A herdabilidade observada foi 0,28, o que sugere que a seleção para esta característica resultará em progresso genético eficiente no rebanho. A maior parte da variância fenotípica é devido a variância ambiental, com isso, o fenótipo dos indivíduos não é um bom indicador da variância genética aditiva. A repetibilidade foi de 0,93, indicando que o primeiro desempenho dos animais é considerado um bom indicador do segundo, podendo ser utilizadas em decisões de descarte.(AU)

Genetic parameters controlling the inheritance of glaucousness and yield traits in bread wheat

Abstract Wheat breeders frequently use generation mean analysis to obtain information on the type of gene action involved in inheriting a trait to choose the helpful breeding procedure for trait improvement. The present study was carried out to study the inter-allelic and intra-allelic gene action and inheritance of glaucousness, earliness and yield traits in a bread wheat cross between divergent parents in glaucousness and yield traits; namely Mut-2 (P1) and Sakha 93 (P2). The experimental material included six populations, i.e. P1, P2, F1, F2, BC1, and BC2 for this wheat cross. A randomized complete block design with three replications was used, and a six parameters model was applied. Additive effects were generally more critical than dominance for all studied traits, except for plant height (PH) and grain yield/plant (GYPP). The duplicate epistasis was observed in spike length; SL, spikes/plant; SPP and days to heading; DTH. All six types of allelic and non-allelic interaction effects controlled SL, GYPP, DTH and glaucousness. All three types of epistasis, i.e. additive x additive, additive x dominance, and dominance x dominance, are essential in determining the inheritance of four traits (SL, GYPP, DTH and glaucousness). Dominance × dominance effects were higher in magnitude than additive × dominance and additive × additive in most traits. The average degree of dominance was minor than unity in six traits (glaucousness, grains/spike, spike weight, days to maturity, 100-grain weight and SL), indicating partial dominance and selection for these traits might be more effective in early generations. Meanwhile, the remaining traits (PH, SPP, GYPP and DTH) had a degree of dominance more than unity, indicating that overdominance gene effects control such traits and it is preferable to postpone selection to later generations. The highest values of narrow-sense heritability and genetic advance were recorded by glaucousness trait followed by SL and SPP, indicating that selection in segregating generations would be more effective than other traits.

Resumo Os criadores de trigo frequentemente usam a análise da média de geração para obter informações sobre o tipo de ação do gene envolvida na herança de uma característica para escolher o procedimento de melhoramento útil para o aprimoramento da característica. O presente estudo foi conduzido para estudar a ação do gene interalélico e intraalélico e a herança de características de glaucosidade, precocidade e produção em um cruzamento de trigo mole entre pais divergentes em glaucosidade e características de produção; nomeadamente Mut-2 (P1) e Sakha 93 (P2). O material experimental incluiu seis populações, ou seja, P1, P2, F1, F2, BC1 e BC2 para este cruzamento de trigo. O delineamento experimental foi em blocos ao acaso com três repetições e aplicado um modelo de seis parâmetros. Os efeitos aditivos foram geralmente mais críticos do que a dominância para todas as características estudadas, exceto para altura da planta (AP) e rendimento de grãos / planta (GYPP). A epistasia duplicada foi observada no comprimento da ponta; SL, espigas/planta; SPP e dias para o cabeçalho; DTH. Todos os seis tipos de efeitos de interação alélica e não alélica controlaram SL, GYPP, DTH e glaucosidade. Todos os três tipos de epistasia, ou seja, aditivo x aditivo, aditivo x dominância e dominância x dominância, são essenciais na determinação da herança de quatro características (SL, GYPP, DTH e glaucosidade). Os efeitos de dominância × dominância foram maiores em magnitude do que aditivo × dominância e aditivo × aditivo na maioria das características. O grau médio de dominância foi menor do que a unidade em seis características (glaucosidade, grãos / espiga, peso da espiga, dias até a maturidade, peso de 100 grãos e SL), indicando dominância parcial, e a seleção para essas características pode ser mais eficaz nas gerações iniciais. Enquanto isso, os traços restantes (PH, SPP, GYPP e DTH) tiveram um grau de dominância maior do que a unidade, indicando que os efeitos do gene de superdominância controlam tais traços e é preferível adiar a seleção para gerações posteriores. Os maiores valores de herdabilidade no sentido restrito e avanço genético foram registrados pelo traço de glaucosidade seguido por SL e SPP, indicando que a seleção em gerações segregadas seria mais eficaz do que outros caracteres.