Origin, evolution and strategies for the genetic improvement of physalis / Origem, evolução e estratégias para o melhoramento genético de fisális

ABSTRACT: Physalisperuviana L. (physalis) has significant economic potential by virtue of the unique flavor of its fruit. However, the productivity of Brazilian plantations is low because of the limited number of varieties or cultivars available. The main obstacle in the selection of superior genotypes is the lack of information about genetic variability within- and between- populations and limited genetic basis that has likely resulted from evolutionary, domestication and selection processes of the natural or artificial populations. Physalis currently cultivated in Brazil is tetraploid, and such polyploidy may have led to the reproductive isolation of the species, preventing the occurrence of intraspecific hybridization. Moreover, cultivated populations derive from a common gene pool and have undergone a long process of domestication and selection carried out empirically by farmers. In Colombia and other Andean countries there are wild populations that exhibit genetic diversity which; although, fundamental for the conservation of the species, have low potential for the development of genotypes with superior agronomic traits. In order to create and expand the genetic variability of physalis, breeders have employed various strategies including induction of mutation, chromosome duplication, and interspecific and intraspecific hybridization. Furthermore, the production of double haploid lines from in vitro anther cultures has shown good results in the selection of hybrids. The mutant genotypes and/or hybrids obtained using these methods in association with those of wide genomic selection can generate cultivars with superior agronomic traits.

RESUMO: Physalis peruviana L. (fisális) apresenta grande potencial econômico devido ao sabor diferenciado de seus frutos. A produtividade dos pomares brasileiros é baixa em função do número limitado de variedades ou cultivares disponíveis. O principal entrave na seleção de genótipos superiores é a falta de informação sobre a variabilidade genética dentro e entre as populações de fisális e, possivelmente, a base genética limitada das mesmas, que pode ser explicada pelos processos evolutivos, de domesticação e de seleção das populações naturais ou artificiais. A fisális cultivada atualmente no Brasil é tetraploide e tal poliploidia pode ter levado ao isolamento reprodutivo da espécie, o qual impede a ocorrência de hibridação intraespecífica. As populações cultivadas provêm de um pool genético comum e, além disso, sofreram um longo processo de domesticação e seleção realizadas empiricamente pelos agricultores. Porém, na Colômbia e em outros países andinos existem populações silvestres que exibem diversidade genética que, embora sejam fundamentais para a conservação da espécie, apresentam baixo potencial para o desenvolvimento de genótipos com características agronômicas superiores. A fim de criar e ampliar a variabilidade genética de fisális, os melhoristas tem empregado várias estratégias incluindo a indução de mutação, a duplicação cromossômica e a hibridação inter e intraespecífica. Além disso, a produção de linhagens duplo-haploides a partir da cultura de anterasin vitro vem demonstrando bons resultados para a seleção de híbridos. Os genótipos mutantes e/ou híbridos obtidos através dos métodos citados em associação com os de seleção genômica ampla podem gerar cultivares com características agronômicas superiores.

Multivariate selection of optimal genotypes within mutant populations of bean / Seleção multivariada entre e dentro de populações mutantes de feijão

Induction of mutation is a strategy widely used in plant breeding programs, providing the creation of genetic variability for many characteristics of agronomic importance. The aim of this study was to select promising genotypes within mutant populations of agronomically promising beans (Phaseolus vulgaris L.), in the agricultural year 2009/10 and 2010/11, in Lages, SC. Forty mutant bean populations derived from 60Co gamma irradiation at doses of 100 and 200 Grays were evaluated. The genotypes subjected to induced mutation were Pérola, Iapar_81, IPR Uirapuru and IPR Chopim. This study used a randomized block design, with three replicates. Multivariate analysis of variance and canonical discriminant analysis were performed to explore the hypotheses. Multivariate contrasts between the mutant populations and their original populations were conducted to test the hypotheses. Multivariate analysis of variance showed significant effect of mutant populations according to crop year. Variability was also detected within the mutant population. These results show the efficiency of the mutagen in creating variability. The PMP_100 and PMC_200 mutant populations were selected due to showing a promising performance for the characteristics stem diameter, thousand-grain mass and grain yield. Within the selected mutant populations was detected genetic variability that can contribute to effective selection. The PMP_100 and PMC_200 populations must be conducted and further selected plant-by-plant to obtain promising genotypes.

A indução de mutação é estratégia amplamente utilizada nos programas de melhoramento de plantas, e proporciona a criação de variabilidade genética para muitos caracteres de importância agronômica. O objetivo do presente trabalho foi selecionar entre e dentro de populações mutantes de feijão (Phaseolus vulgaris L.) promissoras agronomicamente, nos anos agrícolas 2009/10 e 2010/11, em Lages, SC. Foram avaliadas 40 populações mutantes derivadas de radiação gama de 60Co, nas doses de 100 e 200 Grays. Os genótipos submetidos à mutação induzida foram Pérola, Iapar_81, IPR Uirapuru e IPR Chopim. O delineamento utilizado foi em blocos ao acaso, com três repetições. Foi efetuada análise de variância multivariada e análise discriminante canônica para a exploração das hipóteses. Contrastes multivariados entre as populações mutantes e suas populações originais foram efetuados para testar as hipóteses. A análise de variância multivariada revelou efeito significativo das populações mutantes aninhado aos anos agrícolas. Foi detectada, também, variabilidade dentro das populações mutantes. Estes resultados evidenciam a eficiência do agente mutagênico na criação de variabilidade genética. As populações mutantes selecionadas foram PMP_100 e PMC_200 por apresentarem desempenho promissor em relação aos caracteres diâmetro do caule, massa de mil grãos e rendimentos de grãos. Dentro das populações mutantes selecionadas foi detectada variabilidade genética que pode contribuir para seleção efetiva. As populações PMP_100 e PMC_200 devem ser conduzidas e ainda selecionadas, planta a planta, para obtenção de genótipos promissores.

Multivariate selection of optimal genotypes within mutant populations of bean / Seleção multivariada entre e dentro de populações mutantes de feijão

Induction of mutation is a strategy widely used in plant breeding programs, providing the creation of genetic variability for many characteristics of agronomic importance. The aim of this study was to select promising genotypes within mutant populations of agronomically promising beans (Phaseolus vulgaris L.), in the agricultural year 2009/10 and 2010/11, in Lages, SC. Forty mutant bean populations derived from 60Co gamma irradiation at doses of 100 and 200 Grays were evaluated. The genotypes subjected to induced mutation were Pérola, Iapar_81, IPR Uirapuru and IPR Chopim. This study used a randomized block design, with three replicates. Multivariate analysis of variance and canonical discriminant analysis were performed to explore the hypotheses. Multivariate contrasts between the mutant populations and their original populations were conducted to test the hypotheses. Multivariate analysis of variance showed significant effect of mutant populations according to crop year. Variability was also detected within the mutant population. These results show the efficiency of the mutagen in creating variability. The PMP_100 and PMC_200 mutant populations were selected due to showing a promising performance for the characteristics stem diameter, thousand-grain mass and grain yield. Within the selected mutant populations was detected genetic variability that can contribute to effective selection. The PMP_100 and PMC_200 populations must be conducted and further selected plant-by-plant to obtain promising genotypes.(AU)

A indução de mutação é estratégia amplamente utilizada nos programas de melhoramento de plantas, e proporciona a criação de variabilidade genética para muitos caracteres de importância agronômica. O objetivo do presente trabalho foi selecionar entre e dentro de populações mutantes de feijão (Phaseolus vulgaris L.) promissoras agronomicamente, nos anos agrícolas 2009/10 e 2010/11, em Lages, SC. Foram avaliadas 40 populações mutantes derivadas de radiação gama de 60Co, nas doses de 100 e 200 Grays. Os genótipos submetidos à mutação induzida foram Pérola, Iapar_81, IPR Uirapuru e IPR Chopim. O delineamento utilizado foi em blocos ao acaso, com três repetições. Foi efetuada análise de variância multivariada e análise discriminante canônica para a exploração das hipóteses. Contrastes multivariados entre as populações mutantes e suas populações originais foram efetuados para testar as hipóteses. A análise de variância multivariada revelou efeito significativo das populações mutantes aninhado aos anos agrícolas. Foi detectada, também, variabilidade dentro das populações mutantes. Estes resultados evidenciam a eficiência do agente mutagênico na criação de variabilidade genética. As populações mutantes selecionadas foram PMP_100 e PMC_200 por apresentarem desempenho promissor em relação aos caracteres diâmetro do caule, massa de mil grãos e rendimentos de grãos. Dentro das populações mutantes selecionadas foi detectada variabilidade genética que pode contribuir para seleção efetiva. As populações PMP_100 e PMC_200 devem ser conduzidas e ainda selecionadas, planta a planta, para obtenção de genótipos promissores.(AU)

Herança predominante de caracteres em trigo com enfoque multivariado / Predominant trait inheritance in wheat with multivariate approach

The objective of this study was to analize the inheritance of characters in wheat using multivariate analysis of variance. Sixteen genetic constitutions were evaluated between commercial cultivars and progenies F1 and F2. Treatments were arranged in completely randomized blocks, with three replicates. Five characters were evaluated. Multivariate analysis of variance and multivariate contrasts were then performed to test the hypotheses. The significant differences, obtained for comparison between parents and progenies F1, may be evidence of heterosis occurrence. However, only comparisons between progenies P1_P3 (F1) vs. P1_P3 (F2) and P4_P2 (F1) vs. P4_P2 (F2) showed significant differences. Multivariate analysis of variance revealed that inheritance of the characters studied is predominantly of the additive type. It is possible that, this occurred due to the degree of relationship between parents who reunited identical alleles at the same locus, by ancestry, as a result of inbreeding effects. The knowledge of additive inheritance may represent a faster incorporation of resistance or quality characteristics in new cultivars.

O objetivo deste trabalho foi estudar a herança de caracteres em trigo utilizando análise de variância multivariada. Foram avaliadas dezesseis constituições genéticas, entre cultivares comerciais e progênies F1 e F2. Os tratamentos foram dispostos em blocos completos casualizados, com três repetições. Cinco caracteres foram mensurados. Para testar as hipóteses foi realizada análise de variância multivariada, e posteriormente contrastes multivariados. As diferenças significativas obtidas para as comparações entre os genitores e as progênies F1, podem ser indícios da ocorrência de heterose. No entanto, somente as comparações entre as progênies P1_P3 (F1) vs. P1_P3 (F2) e P4_P2 (F1) vs. P4_P2 (F2) apresentaram diferenças significativas. A análise de variância multivariada revelou que a herança dos caracteres estudados é predominantemente do tipo aditiva. Isto ocorreu, possivelmente pelo grau de parentesco entre os genitores que reuniram alelos idênticos no mesmo loco por ascendência, como resultado dos efeitos da endogamia. O conhecimento da herança aditiva pode representar a incorporação mais rápida de resistência ou de características de qualidade em novas cultivares.

Herança predominante de caracteres em trigo com enfoque multivariado / Predominant trait inheritance in wheat with multivariate approach

The objective of this study was to analize the inheritance of characters in wheat using multivariate analysis of variance. Sixteen genetic constitutions were evaluated between commercial cultivars and progenies F1 and F2. Treatments were arranged in completely randomized blocks, with three replicates. Five characters were evaluated. Multivariate analysis of variance and multivariate contrasts were then performed to test the hypotheses. The significant differences, obtained for comparison between parents and progenies F1, may be evidence of heterosis occurrence. However, only comparisons between progenies P1_P3 (F1) vs. P1_P3 (F2) and P4_P2 (F1) vs. P4_P2 (F2) showed significant differences. Multivariate analysis of variance revealed that inheritance of the characters studied is predominantly of the additive type. It is possible that, this occurred due to the degree of relationship between parents who reunited identical alleles at the same locus, by ancestry, as a result of inbreeding effects. The knowledge of additive inheritance may represent a faster incorporation of resistance or quality characteristics in new cultivars.(AU)

O objetivo deste trabalho foi estudar a herança de caracteres em trigo utilizando análise de variância multivariada. Foram avaliadas dezesseis constituições genéticas, entre cultivares comerciais e progênies F1 e F2. Os tratamentos foram dispostos em blocos completos casualizados, com três repetições. Cinco caracteres foram mensurados. Para testar as hipóteses foi realizada análise de variância multivariada, e posteriormente contrastes multivariados. As diferenças significativas obtidas para as comparações entre os genitores e as progênies F1, podem ser indícios da ocorrência de heterose. No entanto, somente as comparações entre as progênies P1_P3 (F1) vs. P1_P3 (F2) e P4_P2 (F1) vs. P4_P2 (F2) apresentaram diferenças significativas. A análise de variância multivariada revelou que a herança dos caracteres estudados é predominantemente do tipo aditiva. Isto ocorreu, possivelmente pelo grau de parentesco entre os genitores que reuniram alelos idênticos no mesmo loco por ascendência, como resultado dos efeitos da endogamia. O conhecimento da herança aditiva pode representar a incorporação mais rápida de resistência ou de características de qualidade em novas cultivares.(AU)