Models for optimizing selection based on adaptability and stability of cotton genotypes / Modelos para otimizar a seleção baseada em adaptabilidade e estabilidade de genótipos de algodão

ABSTRACT: In multi-environment trials (MET), large networks are assessed for results improvement. However, genotype by environment interaction plays an important role in the selection of the most adaptable and stable genotypes in MET framework. In this study, we tested different residual variances and measure the selection gain of cotton genotypes accounting for adaptability and stability, simultaneously. Twelve genotypes of cotton were bred in 10 environments, and fiber length (FL), fiber strength (FS), micronaire (MIC), and fiber yield (FY) were determined. Model selection for different residual variance structures (homogeneous and heterogeneous) was tested using the Akaike Information Criterion (AIC) and Bayesian Information Criterion (BIC). The variance components were estimated through restricted maximum likelihood and genotypic values were predicted through best linear unbiased prediction. The harmonic mean of relative performance of genetic values (HMRPGV) were applied for simultaneous selection for adaptability, stability, and yield. According to BIC heterogeneous residual variance was the best model fit for FY, whereas homogeneous residual variance was the best model fit for FL, FS, and MIC traits. The selective accuracy was high, indicating reliability of the prediction. The HMRPGV was capable to select for stability, adaptability and yield simultaneously, with remarkable selection gain for each trait.

RESUMO: Em ensaios multi-ambientes, grandes redes experimentais são utilizadas para a avaliação de genótipos, tentando contornar o efeito que a interação genótipo por ambiente desempenha na seleção genotípica. Neste estudo, objetivamos testar diferentes estruturas de variância residual e medir o ganho de seleção de genótipos de algodão, baseados em produtividade, adaptabilidade e estabilidade, simultaneamente. Doze genótipos de algodão foram plantados em 10 ambientes, sendo determinados o comprimento da fibra (CF), a resistência da fibra (RF), a micronaire (MIC) e produtividade de fibras (PF). A seleção do modelo para diferentes estruturas de variância residual (homogênea e heterogênea) foi testada usando o Critério de Informação de Akaike (AIC) e o Critério de Informação Bayesiano (BIC). Os componentes de variância foram estimados através de máxima verossimilhança restrita e os valores genotípicos foram preditos através da melhor predição linear não viesada. A média harmônica do desempenho relativo dos valores genéticos (HMRPGV) foram aplicadas para seleção simultânea para adaptabilidade, estabilidade e produtividade. De acordo com o BIC, a estrutura residual heterogênea apresentou o melhor ajuste para a característica PF, enquanto a estrutura residual homogênea apresentou o melhor ajuste para as características CF, RF e MIC. A acurácia seletiva foi alta, indicando confiabilidade da predição. O método HMRPGV foi capaz de selecionar para estabilidade, adaptabilidade e produtividade, simultaneamente, com notável ganho de seleção para cada característica.

Phenotypic adaptability of cotton genotypes to the brazilian cerrado for yield and fiber quality / Adaptabilidade fenotípica de genótipos de algodão ao cerrado brasileiro para produtividade e qualidade de fibras

Studies on the adaptability and stability are fundamental for plant breeding as they are an alternative to reduce the effects of genotypes x environments interaction (GxE). Moreover, they help identify cultivars with predictable behavior, which are responsive to environmental improvements, subsidizing cultivar recommendation. This study aimed to evaluate the genotypes x environments interaction in cotton genotypes grown in the Brazilian Cerrado and identify genotypes for favorable and unfavorable environments. During the 2013/2014 and 2014/2015 seasons, 19 competition trials were carried out with cotton in a randomized block design, with 12 treatments, and four replications. The traits cotton seed yield, fiber percentage, fiber length, and fiber strength were evaluated. Results revealed significant GxE interaction for all the fiber traits evaluated. Genotype BRS 369 RF revealed general adaptability and high predictability for the fiber traits evaluated.

Estudos sobre a adaptabilidade e estabilidade são fundamentais para o melhoramento de plantas, pois são considerados uma alternativa para reduzir os efeitos da interação genótipos x ambientes (GxE) e identificar cultivares com comportamento previsível e responsivo a melhorias ambientais, subsidiando a recomendação de cultivares. Este trabalho teve como objetivo investigar a interação genótipos x ambientes em genótipos de algodoeiro cultivados no Cerrado brasileiro e identificar genótipos para ambientes favoráveis e desfavoráveis. Durante as safras 2013/2014 e 2014/2015, foram realizados 19 ensaios de competição com algodão em delineamento de blocos ao acaso, com 12 tratamentos e quatro repetições. As características produtividade de sementes de algodão, porcentagem de fibras, comprimento de fibra e resistência das fibras foram avaliadas. Os resultados revelaram interação significativa da GxE para todas as características da fibra avaliada. O genótipo BRS 369 RF revelou adaptabilidade geral e alta previsibilidade para as características da fibra avaliada.

Genetic parameters and path analysis of traits of upland cotton for the brazilian semi-arid region / Parâmetros genéticos e análise de trilha de caracteres de algodoeiro herbáceo para região do semi-árido brasileiro

Upland cotton fiber is one of the most used natural fibers in the production of textile materials worldwide. For this reason, the selection of genotypes that meet the industry's requirements is one of the main goals of cotton breeding programs. This study aimed to estimate the phenotypic and genotypic correlations among fiber traits and identify the direct and indirect effects of these traits on seed cotton yield of upland cotton genotypes in the semi-arid Brazilian Northeast. This study assessed 21 upland cotton genotypes from a complete diallel cross without reciprocals. The design was randomized blocks, with three replications and 21 treatments. The experiment was conducted in the municipality of Patos - PB, in 2015. The statistical analysis consisted of analysis of variance by the F test, phenotypic and genotypic correlation analysis, and path analysis. The studied materials revealed genetic variability for all traits. Path analysis has shown that the traits fiber elongation, fiber strength, and fiber fineness have a direct positive effect on seed cotton yield.

A fibra do algodoeiro herbáceo é uma das fibras naturais mais utilizadas na produção de materiais têxteis no mundo. Portanto, a seleção de genótipos que atendam às exigências desta indústria é um dos principais objetivos dos programas de melhoramento do algodoeiro. O objetivo deste estudo foi estimar as correlações fenotípicas e genotípicas entre as características tecnológicas da fibra e identificar os efeitos diretos e indiretos destas características sobre a produtividade de algodão em caroço de genótipos de algodoeiro herbáceo no semiárido nordestino. Foram avaliados 21 genótipos de algodoeiro herbáceo provenientes de um cruzamento dialélico completo sem os recíprocos. O delineamento utilizado foi blocos completos ao acaso, com três repetições. O experimento foi conduzido no município de Patos - PB, em 2015. As análises estatísticas consistiram de análise de variância pelo teste F, análise de correlação fenotípica e genotípica e análise de trilha. Todas as características apresentaram variabilidade genética entre os genótipos estudados. A correlação fenotípica foi positiva entre CSP, COMP, UNF e RES. Foram observados efeitos indiretos de ALON, COMP e FIN sobre PROD, por meio das variáveis FIN, RD e +b.

Environmental stratification in the brazilian cerrado on the yield and fiber quality of cotton genotypes / Estratificação ambiental no cerrado brasileiro sobre o rendimento e a qualidade da fibra dos genótipos de algodão

Environmental stratification studies are important for the plant breeding, since they allow to adequately plan the experimental network. The objective of this work was to identify similar environments for cotton cultivation in the Brazilian Cerrado regarding yield and fiber quality. Nineteen field studies were carried out in a randomized complete block design with twelve genotypes and four replicates. Agronomic (cotton seed yield and fiber percentage) and technological traits (length, micronaire, fiber strength) were evaluated. These results indicate that there are six environments (PVA3, MON, SHE1, SIN, PPA e TRIN) in which the cotton trials should be installed as a matter of priority owing to the phenotypic response pattern obtained for the evaluated traits. The remaining 13 environments are similar to each other for all traits and can be summarized in strategic locations depending on the ease of installation of the trials

Os estudos de estratificação ambiental são importantes para a criação de plantas, uma vez que permitem planejar adequadamente a rede experimental. O objetivo deste trabalho foi identificar ambientes similares para cultivo de algodão no Cerrado brasileiro quanto a produtividade e qualidade da fibra. Dezenove experimentos foram realizados em um delineamento de blocos ao acaso com doze genótipos e quatro repetições. Foram avaliados caracteres agronômicos (produtividade de algodão em caroço e porcentagem de fibra) e tecnológicas (comprimento, micronaire, resistência de fibras). Os resultados indicam que existem seis ambientes (PVA3, MON, SHE1, SIN, PPA e TRIN) em que os ensaios de algodão devem ser instalados como prioritários devido ao padrão de resposta fenotípica obtido para os traços avaliados. Os 13 ambientes restantes são semelhantes entre si para todos os caracteres e podem ser resumidos em locais estratégicos, de acordo com a facilidade de instalação dos ensaios.