Phenotypic, cytogenetic and spike fertility characterization of a population of male-sterile triticale

Triticale (X Triticosecale Wittmack) is a good cereal for production of flour and feed. A segregating population of triticale was developed from a male-sterile (MS) plant. To determine whether this new source of male sterility in triticale is appropriate for use in breeding programs the expression of the male sterility phenotype was characterized through spike fertility, meiotic behavior, and pollen. Controlled crosses between male-sterile plants and control varieties male-fertile (MF) of triticale were also conducted, and cytological analyses were performed in the F2 and backcross plants. Plants with male-sterile phenotypes displayed reduced spike fertility when compared to plants with male-fertile phenotypes. Compared to male-fertile plants, male-sterile plants exhibited a lower percentage of normal meiotic cells, a reduced meiotic index and reduced pollen viability. The F2 plants had improved pollen fertility when compared to the male-sterile population; however there were no corresponding improvements in the percentage of normal meiotic cells or in the meiotic index. A single generation of backcrosses resulted in an improved meiotic index and increased pollen viability. However, no changes in the percentage of normal meiotic cells were observed. Meiotic instability, which was shown to be inheritable, was the likely cause of male sterility. Therefore, the use of this population in triticale breeding was considered to be inappropriate because it could promote or contribute to the maintenance of meiotic instability, which is commonly observed in this species.

Phenotypic, cytogenetic and spike fertility characterization of a population of male-sterile triticale

Triticale (X Triticosecale Wittmack) is a good cereal for production of flour and feed. A segregating population of triticale was developed from a male-sterile (MS) plant. To determine whether this new source of male sterility in triticale is appropriate for use in breeding programs the expression of the male sterility phenotype was characterized through spike fertility, meiotic behavior, and pollen. Controlled crosses between male-sterile plants and control varieties male-fertile (MF) of triticale were also conducted, and cytological analyses were performed in the F2 and backcross plants. Plants with male-sterile phenotypes displayed reduced spike fertility when compared to plants with male-fertile phenotypes. Compared to male-fertile plants, male-sterile plants exhibited a lower percentage of normal meiotic cells, a reduced meiotic index and reduced pollen viability. The F2 plants had improved pollen fertility when compared to the male-sterile population; however there were no corresponding improvements in the percentage of normal meiotic cells or in the meiotic index. A single generation of backcrosses resulted in an improved meiotic index and increased pollen viability. However, no changes in the percentage of normal meiotic cells were observed. Meiotic instability, which was shown to be inheritable, was the likely cause of male sterility. Therefore, the use of this population in triticale breeding was considered to be inappropriate because it could promote or contribute to the maintenance of meiotic instability, which is commonly observed in this species.

Caracterização fenotípica e genotípica de caracteres agronômicos em uma população de linhagens recombinantes de aveia (Avena sativa L.)

The genetic improvement of oats requires selection of multiple quantitative and qualitative traits. Knowledge of the genomic regions controlling them makes possible the adoption of marker-assisted selection. Therefore, the objective of this study was to identify genomic regions responsible for quantitative traits loci (QTLs) associated with molecular maker previously identified. The experiment was conducted in 2009 and employed a population of 150 recombinant inbred lines of oats from the cross between the oat genotypes UFRGS 8 and UFRGS 930605. QTL mapping was carried out by composite interval analysis. In all, 16 QTLs were detected for 8 of 9 traits analyzed, which were also distributed in seven linkage groups. Phenotypic variation explained by the QTLs ranged from 7.31% to 16.06%. QTLs with important effect on the phenotypic variance were identified for traits of interest in oat breeding programs, such as plant height, number of days to flowering, grain yield, panicle weight and number of grains per panicle. The results generated in this work provide a better understanding of the genetic basis controlling traits of interest, which can be useful for oat breeding programs. However, these results should be validated in other populations in order to allow the marker-assisted selection to be successful.

O melhoramento genético de aveia envolve a seleção de múltiplos caracteres quantitativos e qualitativos. O conhecimento das regiões genômicas que afetam essas características possibilita a seleção assistida por marcadores moleculares. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho foi identificar regiões genômicas responsáveis por caracteres quantitativos (QTLs), associadas a marcadores moleculares previamente identificados. O experimento foi conduzido no ano de 2009, sendo empregadas 150 linhagens recombinantes de aveia, oriundas do cruzamento entre os genótipos UFRGS 8 e UFRGS 930605. O mapeamento de QTLs foi realizado através do método por intervalo composto. Foram detectados 16 QTLs para oito dos 9 caracteres avaliados, sendo estes distribuídos em sete grupos de ligação. A porção da variação fenotípica explicada pelos QTLs variou de 7,31% a 16,06%. Importantes QTLs foram identificados para caracteres de interesse aos programas de melhoramento de aveia, como a estatura de planta, o número de dias ao florescimento, o rendimento de grãos, o peso de panícula e o número de grãos por panícula. Os resultados gerados neste trabalho fornecem subsídios aos programas de melhoramento genético de aveia, proporcionando um maior entendimento dos mecanismos genéticos envolvidos com os caracteres de interesse. No entanto, estes resultados devem ser validados em outras populações para que a seleção assistida por marcadores moleculares possa ser realizada com sucesso.

Caracterização fenotípica e genotípica de caracteres agronômicos em uma população de linhagens recombinantes de aveia (Avena sativa L.)

The genetic improvement of oats requires selection of multiple quantitative and qualitative traits. Knowledge of the genomic regions controlling them makes possible the adoption of marker-assisted selection. Therefore, the objective of this study was to identify genomic regions responsible for quantitative traits loci (QTLs) associated with molecular maker previously identified. The experiment was conducted in 2009 and employed a population of 150 recombinant inbred lines of oats from the cross between the oat genotypes UFRGS 8 and UFRGS 930605. QTL mapping was carried out by composite interval analysis. In all, 16 QTLs were detected for 8 of 9 traits analyzed, which were also distributed in seven linkage groups. Phenotypic variation explained by the QTLs ranged from 7.31% to 16.06%. QTLs with important effect on the phenotypic variance were identified for traits of interest in oat breeding programs, such as plant height, number of days to flowering, grain yield, panicle weight and number of grains per panicle. The results generated in this work provide a better understanding of the genetic basis controlling traits of interest, which can be useful for oat breeding programs. However, these results should be validated in other populations in order to allow the marker-assisted selection to be successful.

O melhoramento genético de aveia envolve a seleção de múltiplos caracteres quantitativos e qualitativos. O conhecimento das regiões genômicas que afetam essas características possibilita a seleção assistida por marcadores moleculares. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho foi identificar regiões genômicas responsáveis por caracteres quantitativos (QTLs), associadas a marcadores moleculares previamente identificados. O experimento foi conduzido no ano de 2009, sendo empregadas 150 linhagens recombinantes de aveia, oriundas do cruzamento entre os genótipos UFRGS 8 e UFRGS 930605. O mapeamento de QTLs foi realizado através do método por intervalo composto. Foram detectados 16 QTLs para oito dos 9 caracteres avaliados, sendo estes distribuídos em sete grupos de ligação. A porção da variação fenotípica explicada pelos QTLs variou de 7,31% a 16,06%. Importantes QTLs foram identificados para caracteres de interesse aos programas de melhoramento de aveia, como a estatura de planta, o número de dias ao florescimento, o rendimento de grãos, o peso de panícula e o número de grãos por panícula. Os resultados gerados neste trabalho fornecem subsídios aos programas de melhoramento genético de aveia, proporcionando um maior entendimento dos mecanismos genéticos envolvidos com os caracteres de interesse. No entanto, estes resultados devem ser validados em outras populações para que a seleção assistida por marcadores moleculares possa ser realizada com sucesso.

Caracterização fenotípica e genotípica de caracteres agronômicos em uma população de linhagens recombinantes de aveia (Avena sativa L.)

The genetic improvement of oats requires selection of multiple quantitative and qualitative traits. Knowledge of the genomic regions controlling them makes possible the adoption of marker-assisted selection. Therefore, the objective of this study was to identify genomic regions responsible for quantitative traits loci (QTLs) associated with molecular maker previously identified. The experiment was conducted in 2009 and employed a population of 150 recombinant inbred lines of oats from the cross between the oat genotypes UFRGS 8 and UFRGS 930605. QTL mapping was carried out by composite interval analysis. In all, 16 QTLs were detected for 8 of 9 traits analyzed, which were also distributed in seven linkage groups. Phenotypic variation explained by the QTLs ranged from 7.31% to 16.06%. QTLs with important effect on the phenotypic variance were identified for traits of interest in oat breeding programs, such as plant height, number of days to flowering, grain yield, panicle weight and number of grains per panicle. The results generated in this work provide a better understanding of the genetic basis controlling traits of interest, which can be useful for oat breeding programs. However, these results should be validated in other populations in order to allow the marker-assisted selection to be successful.

O melhoramento genético de aveia envolve a seleção de múltiplos caracteres quantitativos e qualitativos. O conhecimento das regiões genômicas que afetam essas características possibilita a seleção assistida por marcadores moleculares. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho foi identificar regiões genômicas responsáveis por caracteres quantitativos (QTLs), associadas a marcadores moleculares previamente identificados. O experimento foi conduzido no ano de 2009, sendo empregadas 150 linhagens recombinantes de aveia, oriundas do cruzamento entre os genótipos UFRGS 8 e UFRGS 930605. O mapeamento de QTLs foi realizado através do método por intervalo composto. Foram detectados 16 QTLs para oito dos 9 caracteres avaliados, sendo estes distribuídos em sete grupos de ligação. A porção da variação fenotípica explicada pelos QTLs variou de 7,31% a 16,06%. Importantes QTLs foram identificados para caracteres de interesse aos programas de melhoramento de aveia, como a estatura de planta, o número de dias ao florescimento, o rendimento de grãos, o peso de panícula e o número de grãos por panícula. Os resultados gerados neste trabalho fornecem subsídios aos programas de melhoramento genético de aveia, proporcionando um maior entendimento dos mecanismos genéticos envolvidos com os caracteres de interesse. No entanto, estes resultados devem ser validados em outras populações para que a seleção assistida por marcadores moleculares possa ser realizada com sucesso.

Inheritance of resistance to oat crown rust in recombinant inbred lines

Crown rust is the main disease affecting oats (Avena sativa L.), and genetic resistance has been the chief method utilized to control this disease. A population composed of 135 recombinant inbred lines, F5:6, generated by crossing the oat cultivar UFRGS 8 with the genotype Pc68/5*Starter, was assessed on the inheritance of resistance to crown rust (Puccinia coronata f. sp. avenae P. Syd. & Syd.). The evaluation of resistance in F5:6 seedlings was based on the type of infection resulting from inoculation with the race SQPT of P. coronata f. sp. avenae. The proportion of Resistant: Susceptible seedlings (R:S) was 62:64, which indicates that inheritance was governed by a single gene. The assessment of resistance inheritance in adult plants was performed in the field during the years 2004 and 2005. The distinction between resistant and susceptible classes was based on the final severity (FS) as well as the area under the disease progress curve, which was normalized and corrected (AUDPC*c). F5:6 and F5:7 were evaluated under field conditions in 2004 and 2005, demonstrating a ratio of approximately 1R:3S, which fits with a typical two genes inheritance model.

A ferrugem da folha é a principal doença que afeta a aveia (Avena sativa L.), e a resistência genética é o método mais usado para seu controle. Uma população composta por 135 linhagens recombinantes F5:6, gerada do cruzamento entre a cultivar de aveia UFRGS 8 e o genótipo Pc68/5*Starter foi avaliada quanto à resistência à ferrugem da folha (Puccinia coronata f. sp. avenae P. Syd. & Syd.). A avaliação em plântulas foi baseada no tipo de infecção produzido quando inoculadas com a raça SQPT do patógeno. A proporção entre plântulas resistentes e suscetíveis (R:S) foi de 62:64, o que indica uma herança governada por um único gene. A avaliação da herança da resistência em plantas adultas foi realizada em condições de campo nos anos 2004 e 2005. A distinção entre as classes resistentes e suscetíveis foi baseada na severidade final (SF) e na área sob a curva de progresso da doença normalizada e corrigida (ASCPD*c). As populações F5:6 e F5:7 foram avaliadas no campo nos anos de 2004 e 2005, demonstraram uma proporção de aproximadamente 1R:3S, o que se ajusta a um modelo de herança governado por dois genes.

Inheritance of resistance to oat crown rust in recombinant inbred lines

Crown rust is the main disease affecting oats (Avena sativa L.), and genetic resistance has been the chief method utilized to control this disease. A population composed of 135 recombinant inbred lines, F5:6, generated by crossing the oat cultivar UFRGS 8 with the genotype Pc68/5*Starter, was assessed on the inheritance of resistance to crown rust (Puccinia coronata f. sp. avenae P. Syd. & Syd.). The evaluation of resistance in F5:6 seedlings was based on the type of infection resulting from inoculation with the race SQPT of P. coronata f. sp. avenae. The proportion of Resistant: Susceptible seedlings (R:S) was 62:64, which indicates that inheritance was governed by a single gene. The assessment of resistance inheritance in adult plants was performed in the field during the years 2004 and 2005. The distinction between resistant and susceptible classes was based on the final severity (FS) as well as the area under the disease progress curve, which was normalized and corrected (AUDPC*c). F5:6 and F5:7 were evaluated under field conditions in 2004 and 2005, demonstrating a ratio of approximately 1R:3S, which fits with a typical two genes inheritance model.

A ferrugem da folha é a principal doença que afeta a aveia (Avena sativa L.), e a resistência genética é o método mais usado para seu controle. Uma população composta por 135 linhagens recombinantes F5:6, gerada do cruzamento entre a cultivar de aveia UFRGS 8 e o genótipo Pc68/5*Starter foi avaliada quanto à resistência à ferrugem da folha (Puccinia coronata f. sp. avenae P. Syd. & Syd.). A avaliação em plântulas foi baseada no tipo de infecção produzido quando inoculadas com a raça SQPT do patógeno. A proporção entre plântulas resistentes e suscetíveis (R:S) foi de 62:64, o que indica uma herança governada por um único gene. A avaliação da herança da resistência em plantas adultas foi realizada em condições de campo nos anos 2004 e 2005. A distinção entre as classes resistentes e suscetíveis foi baseada na severidade final (SF) e na área sob a curva de progresso da doença normalizada e corrigida (ASCPD*c). As populações F5:6 e F5:7 foram avaliadas no campo nos anos de 2004 e 2005, demonstraram uma proporção de aproximadamente 1R:3S, o que se ajusta a um modelo de herança governado por dois genes.

SELEÇÃO INDIRETA EM AVEIA PARA O INCREMENTO NO RENDIMENTO DE GRÃOS

Different traits of economic importance for oat are correlated to each other in magnitude and varied sense. Such fact implies that the selection on a character can provide changes in the other, whose result can be or not interesting. Thus, the quantification of direct and indirect selection effects of one or several traits on others are of fundamental importance to guide improvement programs, representing the objective of this paper. 58 oat genotypes were evaluated, in Pelotas, RS, Brazil, in random block design with three replicates, on which phenotypic evaluations were conducted. These data were used to determine the simple correlation coefficients among variables. Starting from these coefficients, the path analysis procedure was applied on grain yield trait. In agreement with the obtained results, no analyzed variable presented direct effect on the grain yield similar to the phenotypic correlations coefficient, showing the existence of another traits influencing both in the magnitude and in the sense of the correlation, preventinng isolated selection on grain yield. Panicle weight showed the highest positive correlation with grain yield. However, stature and head date showed lower correlation coefficients, what makes difficult the indirect selection for grain yields. Grain number and grain weight, although positive and contributing to determine panicle weight, showed intermediary correlation with grain yield. Thus, to consider the effects of panicle weight, grain number and grain weight seems to be the best strategy for indirect selection of grain yield in oat.

Os diferentes caracteres de importância econômica para a cultura da aveia estão correlacionados entre si em magnitude e sentido variado. Tal fato implica que a seleção realizada sobre um caráter pode proporcionar alterações em outros, cujo resultado pode ou não ser de interesse. Assim, a quantificação dos efeitos diretos e indiretos da seleção de um ou vários caracteres sobre outros é de fundamental importância para orientar programas de melhoramento em que se tenham constituições genéticas que reúnam atributos favoráveis, constituindo-se no objetivo do trabalho. Foram avaliadas 58 linhagens de aveia, em Pelotas, em delineamento de blocos ao acaso com três repetições, sobre as quais foram realizadas avaliações fenotípicas, que foram utilizadas para a determinação dos coeficientes de correlação simples entre as variáveis. A partir desses coeficientes, aplicou-se o procedimento de análise de trilha sobre a variável rendimento de grãos. De acordo com os resultados obtidos, nenhuma variável analisada apresentou efeito direto sobre o rendimento de grãos semelhante ao coeficiente de correlação fenotípico total, demonstrando a existência de outras características influenciando, tanto na magnitude, como no sentido da correlação, impedindo a seleção isolada sobre um caractere visando ao rendimento de grãos. O caráter peso de panícula apresentou a maior correlação positiva com o rendimento de grãos, ao passo que os caracteres estatura de planta e ciclo apresentaram os menores coeficientes de correlação, o que dificulta a seleção indireta para rendimento de grãos por essas variáveis. Os caracteres número de grãos e peso de grãos, embora positivos e contribuindo para a determinação do peso de panícula, apresentaram correlação intermediária com o rendimento de grãos. Assim, considerar os efeitos do peso de panícula, número de grãos e peso de grãos parece ser a melhor estratégia para seleção indireta visando ao rendimento de grãos em aveia.

Seleção indireta em aveia para o incremento no rendimento de grãos

Different traits of economic importance for oat are correlated to each other in magnitude and varied sense. Such fact implies that the selection on a character can provide changes in the other, whose result can be or not interesting. Thus, the quantification of direct and indirect selection effects of one or several traits on others are of fundamental importance to guide improvement programs, representing the objective of this paper. 58 oat genotypes were evaluated, in Pelotas, RS, Brazil, in random block design with three replicates, on which phenotypic evaluations were conducted. These data were used to determine the simple correlation coefficients among variables. Starting from these coefficients, the path analysis procedure was applied on grain yield trait. In agreement with the obtained results, no analyzed variable presented direct effect on the grain yield similar to the phenotypic correlations coefficient, showing the existence of another traits influencing both in the magnitude and in the sense of the correlation, preventinng isolated selection on grain yield. Panicle weight showed the highest positive correlation with grain yield. However, stature and head date showed lower correlation coefficients, what makes difficult the indirect selection for grain yields. Grain number and grain weight, although positive and contributing to determine panicle weight, showed intermediary correlation with grain yield. Thus, to consider the effects of panicle weight, grain number and grain weight seems to be the best strategy for indirect selection of grain yield in oat.

Os diferentes caracteres de importância econômica para a cultura da aveia estão correlacionados entre si em magnitude e sentido variado. Tal fato implica que a seleção realizada sobre um caráter pode proporcionar alterações em outros, cujo resultado pode ou não ser de interesse. Assim, a quantificação dos efeitos diretos e indiretos da seleção de um ou vários caracteres sobre outros é de fundamental importância para orientar programas de melhoramento em que se tenham constituições genéticas que reúnam atributos favoráveis, constituindo-se no objetivo do trabalho. Foram avaliadas 58 linhagens de aveia, em Pelotas, em delineamento de blocos ao acaso com três repetições, sobre as quais foram realizadas avaliações fenotípicas, que foram utilizadas para a determinação dos coeficientes de correlação simples entre as variáveis. A partir desses coeficientes, aplicou-se o procedimento de análise de trilha sobre a variável rendimento de grãos. De acordo com os resultados obtidos, nenhuma variável analisada apresentou efeito direto sobre o rendimento de grãos semelhante ao coeficiente de correlação fenotípico total, demonstrando a existência de outras características influenciando, tanto na magnitude, como no sentido da correlação, impedindo a seleção isolada sobre um caractere visando ao rendimento de grãos. O caráter peso de panícula apresentou a maior correlação positiva com o rendimento de grãos, ao passo que os caracteres estatura de planta e ciclo apresentaram os menores coeficientes de correlação, o que dificulta a seleção indireta para rendimento de grãos por essas variáveis. Os caracteres número de grãos e peso de grãos, embora positivos e contribuindo para a determinação do peso de panícula, apresentaram correlação intermediária com o rendimento de grãos. Assim, considerar os efeitos do peso de panícula, número de grãos e peso de grãos parece ser a melhor estratégia para seleção indireta visando ao rendimento de grãos em aveia.