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)

Embryo biopsies for genomic selection in tropical dairy cattle

Genomic selection has transformed the livestock industry, enabling early-life selection of animals. Biopsy sampling of pre-implantation embryos has been described since 1968. However, it was only after 2010, with the advancement of molecular biology techniques such as whole genomic amplification and SNP Chips, that next-generation sequencing became commercially available for bovine embryos. It is now possible to make decisions about which embryos to transfer not only based on recipients' availability or embryo morphology but also on genomic estimates. This technology can be implemented for a wide spectrum of applications in livestock. In this review, we discuss the use of embryo biopsy for genomic selection and share our experience with Gir and Girolando Brazilian breeding programs, as well as future goals for implementing it in Brazilian bovine in vitro embryo production practices.(AU)

Overview of the use of genomic data in animal breeding / Panorama do uso de dados genômicos no melhoramento genético animal

The use of molecular information in breeding programs contributed to important advances in the improvement of traits of economic interest in livestock production. The advent of single nucleotide polymorphism (SNP) panels applied to genome-wide selection (GWS) and genome-wide association studies (GWAS), along with computational advances (e.g., use of powerful software and robust analyses) allowed a better understanding of the genetic architecture of farm animals and increased the selection efficiency. In this context, the statistic method single-step GBLUP has been frequently used to perform GWS, and more recently GWAS analyses, providing accurate predictions and QTL detection, respectively. Nevertheless, in developing countries, species such as sheep and goats, whose genomic data are more difficult to be obtained, the use of data simulation has been efficient in the study of the major factors involved in the selection process, such as size of training population, density of SNP chips, and genotyping strategies. The effects of these factors are directly associated with the prediction accuracy of genomic breeding values. In this review we showed important aspects of the use of genomics in the genetic improvement of production traits of animals, the main methods currently used for prediction and estimation of molecular marker effects, the importance of data simulation for validation of those methods, as well as the advantages, challenges and limitations of the use of GWS and GWAS in the current scenario of livestock production.

Em programas de melhoramento genético, o uso de informações moleculares garantiu importantes avanços para a melhoria de características de interesse econômico, no âmbito da produção animal. O advento da tecnologia de painéis de SNPs aplicados à seleção genômica ampla (GWS) e associação genômica ampla (GWAS), aliado ao avanço computacional, com o uso de softwares e análises robustas, permitiram melhor compreensão sobre a arquitetura genética dos animais de produção e, consequentemente, maior eficiência na seleção. Nesse contexto, o método estatístico single-step GBLUP tem sido utilizado, frequentemente, na execução da GWS e, mais recentemente, em GWAS, possibilitando predições acuradas e detecção de QTLs, respectivamente. No entanto, em países em desenvolvimento e, em espécies como os ovinos e caprinos, que existe maior dificuldade para a aquisição de dados genômicos, o uso da simulação de dados tem se mostrado eficiente para estudar os principais fatores envolvidos no processo de seleção, como o tamanho da população de treinamento, densidade de chipde SNPs e estratégias de genotipagem, cujos efeitos estão diretamente associados à acurácia da predição de valores genéticos genômicos. Nesta revisão, serão abordados pontos importantes sobre o uso da genômica no melhoramento genético de características produtivas em animais, principais métodos de predição e estimação de efeitos de marcadores moleculares na atualidade, a importância da simulação de dados para a validação desses métodos, bem como as vantagens, os desafios e as limitações no cenário atual da produção animal com o uso da seleção e associação genômica ampla.

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.

Estimation of repeatability and genotypic superiority of elephant grass half-sib families for energy purposes using mixed models

The mixed-model methodology is an alternative to select genotypes for traits highly influenced by the environment. In addition, this method allows FOR estimating the repeatability coefficient and predicting the number of assessments needed for a selection process to increase reliability. This study aimed to determine the minimum number of evaluations necessary for a reliable selection process and to estimate the variance components used for predicting genetic gains between and within half-sib families of elephant grass ( Cenchrus purpureus (Schumach.) Morrone ) using the mixed-model methodology. Half-sib families were generated using genotypes from the Active Germplasm Bank of Elephant Grass. The experiment was performed in a randomized block design with nine half-sib families, three replicates, and eight plants per plot. We evaluated 216 genotypes (individual plants) of elephant grass. The deviance analysis was carried out, genetic parameters were estimated, gains between and within families were predicted, and repeatability coefficients were obtained using Selegen software. There was genetic variability for selection within the families evaluated. The reliability values found above 60 % for plant height and number of tillers and above 80 % for dry matter yield suggest that only two evaluations are required to select superior genotypes with outstanding reliability. Sixteen genotypes were identified and selected for their productive potential, which can be used as parents in elephant grass breeding programs for bioenergy production.(AU)

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 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.

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.

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.

Relationship of semen quality to inbreeding and gait of Colombian Creole horses / Relação da qualidade do sêmen com endogamia e marcha de cavalos crioulos colombianos

High consanguinity among equines has negative effects on semen quality, thus resulting in low motility and high levels of abnormality in the spermatozoa. However, such a relationship has not been studied in Colombian Creole horses, which have been subjected to particular selection practices focusing mainly on their gait. This research assessed the relationship of semen quality to inbreeding and gait of Colombian Creole horses. Semen was collected from 50 horses using the artificial vagina method. Sperm motility and kinematics were assessed with a computerized analysis system (SCA®). Sperm vitality (SV) and abnormal morphology (AM) were assessed via the eosin-nigrosin staining test. Functional membrane integrity (FMI) was assessed via the hypo-osmotic swelling test (HOST). Genealogies and consanguinity analysis was conducted using the Breeders Assistant for Horses program. An average of 3.6 ± 0.4 % was reported for the inbreeding coefficient (Ft). A decrease in sperm motility and kinematics was reported, which was associated with an increase in consanguinity (P < 0.05). Furthermore, differences in consanguinity were found based on gait. Similarly, a relationship between horse gait and semen quality (P < 0.05) was found. Authors concluded that semen quality of Colombian Creole horses has been affected by inbreeding and its relationship with genetic selection based on gait.

A alta consanguinidade entre equinos tem efeitos negativos na qualidade do sêmen, resultando em baixa motilidade e altos níveis de anormalidade nos espermatozóides. No entanto, tal relação não foi estudada em cavalos crioulos colombianos, que tem sido submetidos a práticas de seleção específicas com foco principalmente em sua marcha. O objetivo desta pesquisa foi avaliar o relação da qualidade do sêmen com endogamia e marcha de cavalos crioulos colombianos. O sêmen foi coletado de 50 cavalos pelo método da vagina artificial. A motilidade e a cinética dos espermatozoides foram avaliadas com um sistema de análise computadorizado (SCA®). A vitalidade do esperma (VE) e a morfologia anormal (MA) foram avaliadas por meio do teste de coloração com eosina-nigrosina. A integridade funcional da membrana (IFM) foi avaliada por meio do test hipo-osmótico (HOST). A análise de genealogias e consanguinidade foi conduzida usando o programa Breeders Assistant for Horses. Uma média de 3,6 ± 0,4% foi encontrada para o coeficiente de endogamia (Ft). Uma diminuição na motilidade e cinética dos espermatozoides, que foi associada a um aumento na consanguinidade (P < 0,05). Além disso, diferenças na consanguinidade foram encontradas com base na marcha. Da mesma forma, foi encontrada uma relação entre a marcha do cavalo e a qualidade do sêmen (P < 0,05). Os autores concluíram que a qualidade do sêmen de cavalos crioulos colombianos foi afetada pela endogamia e sua relação com a seleção genética baseada na marcha.

How does reproduction account for dairy farm sustainability?

Sustainability - the new hype of the 21st century has brought discomfort for the government and society. Sustainable agriculture is essential to face our most concerning challenges: climate change, food security, and the environmental footprint, all of which add to consumers' opinions and choices. Improvements in reproductive indexes can enhance animal production and efficiency, guaranteeing profit and sustainability. Estrus detection, artificial insemination (AI), embryo transfer (ET), estrus synchronization (ES), and multiple ovulations are some strategies used to improve animal reproduction. This review highlights how reproductive strategies and genetic selection can contribute to sustainable ruminant production. Improved reproductive indices can reduce the number of nonproductive cows in the herd, reducing methane emissions and land use for production while preserving natural resources.(AU)

Initial performance and genetic diversity of coffee trees cultivated under contrasting altitude conditions

This work evaluated the initial performance and genetic diversity of Coffea canephora genotypes cultivated in environments at contrasting altitudes. Fourteen morphophysiological traits and seven descriptors of the genus Coffea spp. of coffee trees cultivated at altitudes of 140 m and 700 m were evaluated. The design used was Federer's augmented block in a 2 × 112 factorial scheme with six blocks. The first factor was the two environments, and the second was the 112 genotypes, with eight common treatments, being five conilon coffee clones and three arabica coffee cultivars. The data were analyzed by the method of REML/BLUP and genetic correlation method. Genetic diversity was evaluated by estimating the distance matrix, applying the Gower methodology followed by the clustering method by Tocher and UPGMA. The phenotypic means were higher in the environment at an altitude of 700 m, except for plant height, number of leaves, and canopy height (CH). Genotypic effects were significant for most traits except for leaf width, CH, unit leaf area, and total leaf area. A wide genetic diversity was verified, with distances varying from 0.037 to 0.593 for the pairs of genotypes 26 × 93 and T7 × 76, respectively. Most of the traits studied showed high genotypic correlation with the environment and expressive genetic correlation between the evaluated traits thereby demonstrating the possibility of indirect selection. There is an adaptation of conilon coffee genotypes to high altitudes and the possibility of developing a specific cultivar for the southern state of Espírito Santo.

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.

Inheritance of seedlessness and the molecular characterization of the INO gene in Annonaceae / Herança da ausência de sementes e a caracterização molecular do gene INO em Annonaceae

The inheritance of the seedless fruit characteristic of Annona squamosa has not yet been explained. Molecular techniques may aid breeding programs, mainly in the assisted selection of the target gene. The INO gene may be related to seed development in these fruits. The objective of the present paper was to investigate the inheritance of seedlessness in the 'Brazilian seedless' sugar apple and INO gene conservation in Annona squamosa and Annona cherimola x Annona squamosa genotypes by assessing their homology with the INO database genes. The F1 generation was obtained by crossing the mutant 'Brazilian seedless' (male genitor) (P1) with the wild-type A. squamosa with seeds (M1 and M2, female genitors). The INO gene was studied in mutant and wild-type A. squamosa (P1, M1, M2 and M3) and in the Gefner atemoya (A. cherimola x A. squamosa) (M4) cultivar. The DNA was extracted from young leaves, and four sets of specific primers flanking the INO gene were amplified. The seedless characteristic was identified as stenospermatic in the fruits of parental P1, suggesting monogenic inheritance with complete dominance. High sequence similarity of the INO gene amplifications in the sugar apple accessions (M1, M2, M3) and the atemoya cultivar Gefner (M4) reinforces the hypothesis of their conservation.

A herança da característica de fruto sem sementes de Annona squamosa ainda não foi esclarecida. Técnicas moleculares podem auxiliar em programas de melhoramento, principalmente na seleção assistida do gene de interesse. O gene INO pode estar relacionado ao desenvolvimento da semente dessas frutas. O objetivo foi investigar a herança da ausência de sementes em Annona squamosa e a conservação do gene INO nos genótipos Annona squamosa e Annona cherimola x Annona squamosa avaliando sua homologia com banco de dados de genes INO. A geração F1 foi obtida pelo cruzamento do mutante 'Brazilian seedless' (genitor masculino) (P1) com o tipo selvagem com sementes (A. squamosa) (M1 e M2, genitores femininos). O gene INO foi estudado em A. squamosa, mutante e selvagem (P1, M1, M2 e M3) e na cultivar Gefner atemoya (A. cherimola x A. squamosa) (M4). O DNA foi extraído de folhas jovens, e quatro conjuntos de primers específicos flanqueando o gene INO foram amplificados. A característica sem sementes foi identificada como estenospermática nos frutos do parental P1, sugerindo herança monogênica com dominância completa. A alta similaridade de sequência das amplificações do gene INO nos acessos de pinha (M1, M2, M3) e na cultivar de atemóia Gefner (M4) reforça a hipótese de sua conservação.

Inheritance of seedlessness and the molecular characterization of the INO gene in Annonaceae / Herança da ausência de sementes e a caracterização molecular do gene INO em Annonaceae

The inheritance of the seedless fruit characteristic of Annona squamosa has not yet been explained. Molecular techniques may aid breeding programs, mainly in the assisted selection of the target gene. The INO gene may be related to seed development in these fruits. The objective of the present paper was to investigate the inheritance of seedlessness in the 'Brazilian seedless' sugar apple and INO gene conservation in Annona squamosa and Annona cherimola x Annona squamosa genotypes by assessing their homology with the INO database genes. The F1 generation was obtained by crossing the mutant 'Brazilian seedless' (male genitor) (P1) with the wild-type A. squamosa with seeds (M1 and M2, female genitors). The INO gene was studied in mutant and wild-type A. squamosa (P1, M1, M2 and M3) and in the Gefner atemoya (A. cherimola x A. squamosa) (M4) cultivar. The DNA was extracted from young leaves, and four sets of specific primers flanking the INO gene were amplified. The seedless characteristic was identified as stenospermatic in the fruits of parental P1, suggesting monogenic inheritance with complete dominance. High sequence similarity of the INO gene amplifications in the sugar apple accessions (M1, M2, M3) and the atemoya cultivar Gefner (M4) reinforces the hypothesis of their conservation.(AU)

A herança da característica de fruto sem sementes de Annona squamosa ainda não foi esclarecida. Técnicas moleculares podem auxiliar em programas de melhoramento, principalmente na seleção assistida do gene de interesse. O gene INO pode estar relacionado ao desenvolvimento da semente dessas frutas. O objetivo foi investigar a herança da ausência de sementes em Annona squamosa e a conservação do gene INO nos genótipos Annona squamosa e Annona cherimola x Annona squamosa avaliando sua homologia com banco de dados de genes INO. A geração F1 foi obtida pelo cruzamento do mutante 'Brazilian seedless' (genitor masculino) (P1) com o tipo selvagem com sementes (A. squamosa) (M1 e M2, genitores femininos). O gene INO foi estudado em A. squamosa, mutante e selvagem (P1, M1, M2 e M3) e na cultivar Gefner atemoya (A. cherimola x A. squamosa) (M4). O DNA foi extraído de folhas jovens, e quatro conjuntos de primers específicos flanqueando o gene INO foram amplificados. A característica sem sementes foi identificada como estenospermática nos frutos do parental P1, sugerindo herança monogênica com dominância completa. A alta similaridade de sequência das amplificações do gene INO nos acessos de pinha (M1, M2, M3) e na cultivar de atemóia Gefner (M4) reforça a hipótese de sua conservação.(AU)

Bioremediation, drought tolerance and biofortification in biotechnological uses

The objective of this review is to bring information about innovations and technologies that, through genetic improvement, are being used to improve the sustainability and productivity of agricultural crops, improve human nutrition, as well as conservation and decontamination of soils. Bioremediation consists of using microorganisms that have the ability to modify or decompose certain pollutants, with the possibility of increasing their activity through genetic engineering, building new strains for the transformation of pollutants into inert substances. Genetic improvement is seeking to develop cultivars that are more tolerant to periods of water deficit. Plant biofortification consists of varieties of improved plants that have a higher content of vitamins and minerals, which are obtained through genetic improvement. Thus, biotechnology is once again essential for world agricultural production and can bring a series of other benefits to society.(AU)

Phenotypic characteristics and genetic diversity of new broccoli (Brassica oleracea var. italica Plenck) varieties in China

Due to its high nutritional value, broccoli (Brassica oleracea var. italica Plenck) is one of the most popular vegetables worldwide. This study assessed 36 phenotypic characteristics of 111 broccoli varieties to understand the phenotypic diversity of new broccoli varieties and improve their breeding speed with advantages and characteristics in China, including 108 new varieties and three varieties of common knowledge. The genetic diversity, the principal component, and the cluster of phenotypic characteristics of broccoli varieties were further investigated. The results showed that the coefficients of variation of 36 characteristics ranged between 11.18 % and 94.99 %, with their diversity index between 0.26 and 1.82. The 111 broccoli varieties were further classified into eight groups, primarily attributed to the differences in phenotypic characteristics, including curd weight, main stem thickness, plant development degree, plant height, and anthocyanin coloration. The cumulative contribution rate of the first five principal components reached 81.186 %, corresponding to 12 representative phenotypic traits. The analysis indicated that the phenotypic characteristics of broccoli were rich in diversity, especially for several characteristics appreciated by the market, such as weight, curd firmness, and anthocyanin coloration. This study revealed the basic information on the genetic diversity of new broccoli varieties in China from 2017 to 2019 and provided potential breeding strategies for broccoli to meet diverse market demands.

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.

Overview of the use of genomic data in animal breeding / Panorama do uso de dados genômicos no melhoramento genético animal

ABSTRACT: The use of molecular information in breeding programs contributed to important advances in the improvement of traits of economic interest in livestock production. The advent of single nucleotide polymorphism (SNP) panels applied to genome-wide selection (GWS) and genome-wide association studies (GWAS), along with computational advances (e.g., use of powerful software and robust analyses) allowed a better understanding of the genetic architecture of farm animals and increased the selection efficiency. In this context, the statistic method single-step GBLUP has been frequently used to perform GWS, and more recently GWAS analyses, providing accurate predictions and QTL detection, respectively. Nevertheless, in developing countries, species such as sheep and goats, whose genomic data are more difficult to be obtained, the use of data simulation has been efficient in the study of the major factors involved in the selection process, such as size of training population, density of SNP chips, and genotyping strategies. The effects of these factors are directly associated with the prediction accuracy of genomic breeding values. In this review we showed important aspects of the use of genomics in the genetic improvement of production traits of animals, the main methods currently used for prediction and estimation of molecular marker effects, the importance of data simulation for validation of those methods, as well as the advantages, challenges and limitations of the use of GWS and GWAS in the current scenario of livestock production.

RESUMO: Em programas de melhoramento genético, o uso de informações moleculares garantiu importantes avanços para a melhoria de características de interesse econômico, no âmbito da produção animal. O advento da tecnologia de painéis de SNPs aplicados à seleção genômica ampla (GWS) e associação genômica ampla (GWAS), aliado ao avanço computacional, com o uso de softwares e análises robustas, permitiram melhor compreensão sobre a arquitetura genética dos animais de produção e, consequentemente, maior eficiência na seleção. Nesse contexto, o método estatístico single-step GBLUP tem sido utilizado, frequentemente, na execução da GWS e, mais recentemente, em GWAS, possibilitando predições acuradas e detecção de QTLs, respectivamente. No entanto, em países em desenvolvimento e, em espécies como os ovinos e caprinos, que existe maior dificuldade para a aquisição de dados genômicos, o uso da simulação de dados tem se mostrado eficiente para estudar os principais fatores envolvidos no processo de seleção, como o tamanho da população de treinamento, densidade de chipde SNPs e estratégias de genotipagem, cujos efeitos estão diretamente associados à acurácia da predição de valores genéticos genômicos. Nesta revisão, serão abordados pontos importantes sobre o uso da genômica no melhoramento genético de características produtivas em animais, principais métodos de predição e estimação de efeitos de marcadores moleculares na atualidade, a importância da simulação de dados para a validação desses métodos, bem como as vantagens, os desafios e as limitações no cenário atual da produção animal com o uso da seleção e associação genômica ampla.

Characterization of wheat-Thinopyrum bessarabicum genetic stock for stripe rust and Karnal bunt resistance / Caracterização do estoque genético de trigo-Thinopyrum bessarabicum para resistência de ferrugem e Karnal bunt

Abstract Utilization of modern breeding techniques for developing high yielding and uniform plant types ultimately narrowing the genetic makeup of most crops. Narrowed genetic makeup of these crops has made them vulnerable towards disease and insect epidemics. For sustainable crop production, genetic variability of these crops must be broadened against various biotic and abiotic stresses. One of the ways to widen genetic configuration of these crops is to identify novel additional sources of durable resistance. In this regard crops wild relatives are providing valuable sources of allelic diversity towards various biotic, abiotic stress tolerance and quality components. For incorporating novel variability from wild relative's wide hybridization technique has become a promising breeding method. For this purpose, wheat-Th. bessarabicum amphiploid, addition and translocation lines have been screened in field and screen house conditions to get novel sources of yellow rust and Karnal bunt resistant. Stripe rust screening under field conditions has revealed addition lines 4JJ and 6JJ as resistant to moderately resistant while addition lines 3JJ, 5JJ, 7JJ and translocation lines Tr-3, Tr-6 as moderately resistant wheat-Thinopyrum-bessarabicum genetic stock. Karnal bunt screening depicted addition lines 5JJ and 4JJ as highly resistant genetic stock. These genetic stocks may be used to introgression novel stripe rust and Karnal bunt resistance from the tertiary gene pool into susceptible wheat backgrounds.

Resumo A utilização de técnicas modernas de melhoramento para o desenvolvimento de tipos de plantas uniformes e de alto rendimento, em última análise, estreitando a composição genética da maioria das culturas. A composição genética restrita dessas plantações tornou-as vulneráveis a doenças e epidemias de insetos. Para uma produção agrícola sustentável, a variabilidade genética dessas culturas deve ser ampliada contra vários estresses bióticos e abióticos. Uma das maneiras de ampliar a configuração genética dessas culturas é identificar novas fontes adicionais de resistência durável. A esse respeito, os parentes selvagens das culturas estão fornecendo fontes valiosas de diversidade alélica para vários componentes de qualidade e tolerância ao estresse abiótico e biótico. Para incorporar a nova variabilidade da ampla técnica de hibridização de parente selvagem tornou-se um método de reprodução promissor. Para esse efeito, trigo-Th. As linhas anfiploides, de adição e translocação de bessarabicum foram selecionadas em condições de campo e de casa de tela para obter novas fontes de ferrugem amarela e resistência ao bunt de Karnal. A triagem de ferrugem em faixas em condições de campo revelou as linhas de adição 4JJ e 6JJ como resistentes a moderadamente resistentes, enquanto as linhas de adição 3JJ, 5JJ, 7JJ e as linhas de translocação Tr-3, Tr-6 como estoque genético de trigo-Thinopyrum bessarabicum moderadamente resistente. A triagem Karnal bunt descreveu as linhas de adição 5JJ e 4JJ como estoque genético altamente resistente. Esses estoques genéticos podem ser usados para introgressão da nova ferrugem e resistência ao bunt de Karnal do pool genético terciário em origens de trigo suscetíveis.