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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.11.2018.tde-15032018-101505
Documento
Autor
Nome completo
Letícia Aparecida de Castro Lara
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2017
Orientador
Banca examinadora
Garcia, Antonio Augusto Franco (Presidente)
Fritsche Neto, Roberto
Margarido, Gabriel Rodrigues Alves
Santos, Mateus Figueirêdo
Vigna, Bianca Baccili Zanotto
Título em inglês
Statistical models for genomic selection in Panicum maximum considering allelic dosage
Palavras-chave em inglês
Autotetraploids
Forage
Linear mixed models
Plant breeding
Prediction
Resumo em inglês
Several species of economic interest are autotetraploid, such as the forage Panicum maximum, which is responsible for high productivity and quality of tropical pastures. The main accessions in nature are autotetraploid apomictic plants, on the other hand, diploid sexual plants may also be found. Although apomixis is advantageous because it fixes hybrid vigor, sexual reproduction is fundamental to allow genetic recombination by crossing among superior genotypes. Thus, genetic breeding consists of crossing apomictic plants with tetraploidized sexual plants. In these crosses, the use of superior sexual parents allows to increase the frequency of favorable alleles in the progeny. Therefore, recurrent selection programs in tetraploid sexual populations are fundamental to P. maximum breeding programs and strategies such as genomic selection can increase the accuracy of selection, allowing shorter breeding cycles and release cultivars in the market in the short term when compared to conventional programs. As P. maximum is a perennial crop, genotypes are evaluated in sucessive harvests. Thus, the study goals are to evaluate nutritional, structural, and yield traits in a sexual tetraploid population of P. maximum, investigating different classes of linear mixed models applied to longitudinal data, as well as to develop genomic selection models which consider tetraploid allelic dosage. This work was split into two chapters. In the first chapter, three classes of models were analyzed: i) Class A consists in modeling the interaction of genotypes and harvests with homogeneous correlations, genotypes were assumed not correlated, and residual effects were assumed homocedastic and not correlated; ii) Class B consists of groups of models in which genetic and residual effects were fitted with different variance and covariance (VCOV) structures and genotypes were not correlated; and iii) Class C is similar to Class B, however genotypes were correlated by an additive relationship matrix based on pedigree values. For all traits, Class C models performed better based on goodness of fit of the models. Therefore, we recommend to incorporate additive relationship matrix besides to model harvests with different levels of correlations over time. In the second chapter, SNP markers, obtained by genotyping-by-sequencing (GBS) technique, were used to develop Bayesian and GBLUP models that consider tetraploid allelic dosage. Bayesian models accuracies did not differ from the accuracy of GBLUP model and, we recommend the latter because it requires less computational time. The accuracy of genomic selection models reinforces the advantage of implementing this strategy in P. maximum breeding programs.
Título em português
Modelos genéticos-estatísticos para seleção genômica em Panicum maximum com informação de dosagem alélica
Palavras-chave em português
Autotetraploides
Forrageira
Melhoramento de plantas
Modelos lineares mistos
Predição
Resumo em português
Diversas espécies de interesse econômico são autotetraploides, como a forrageira Panicum maximum, a qual proporciona alta produtividade e qualidade para pastagens tropicais. Os principais acessos na natureza são plantas apomíticas tetraploides, no entanto pode-se encontrar também plantas sexuais diploides. Embora a apomixia seja vantajosa pela facilidade em fixar o vigor híbrido, a reprodução sexual é fundamental por permitir recombinação genética a partir de cruzamentos entre genótipos superiores. Desta forma, o melhoramento nesta espécie consiste em cruzar plantas apomíticas com plantas sexuais tetraploidizadas. A utilização de parentais sexuais superiores nestes cruzamentos permite aumentar a frequência de alelos favoráveis na progênie. Portanto, programas de seleção recorrente intrapopulacional em populações sexuais tetraploides são fundamentais para programas de melhoramento em P. maximum. Além disto, a utilização de estratégias como seleção genômica são promissoras para aumentar os ganhos de seleção, permitindo avançar ciclos de seleção recorrente e lançar cultivares no mercado em menor prazo, quando comparados a programas convencionais. Como P. maximum é uma cultura perene, os genótipos são avaliados em sucessivos cortes. Assim, este estudo tem como finalidade avaliar caracteres de produtividade, estruturais e nutricionais em uma população sexual tetraploide de P. maximum, investigando diferentes classes de modelos lineares mistos aplicados a dados longitudinais, além de desenvolver modelos de seleção genômica que considerem a natureza tetraploide da população. Este trabalho foi dividido em dois capítulos. No primeiro capítulo, três classes de modelos foram analisados: i) Classe A consiste em modelar a interação genótipos por cortes com correlações homogêneas, genótipos não correlacionados entre si e os efeitos residuais são ajustados com homocedasticidade e ausência de correlação; ii) Classe B consiste em grupos de modelos com diferentes estruturas de variância e covariância (VCOV) para efeitos genéticos e residuais e genótipos não correlacionados; iii) Classe C é similar à Classe B, no entanto os genótipos são correlacionados por uma matriz de parentesco aditivo calculado por pedigree. Para todos os caracteres, os modelos da Classe C tiveram melhor ajuste. Portanto, recomenda-se testar matrizes de VCOV que permitam modelar cortes com diferentes níveis de correlações ao longo do tempo bem como incluir informação de parentesco aditivo e, se disponível, matriz de parentesco genômico. No segundo capítulo, marcadores SNPs, obtidos via genotipagem por sequenciamento, foram aplicados em modelos Bayesianos e GBLUP os quais foram desenvolvidos para incorporar informação de dosagem alélica tetraploide. Uma vez que as acurácias dos modelos Bayesianos não diferiram das acurácias do modelo GBLUP com dosagem alélica, recomenda-se o uso do segundo por requerer menos tempo computacional. A acurácia dos modelos preditivos reforça a vantagem em implementar seleção genômica em programas de melhoramento de P. maximum.
 
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Data de Liberação
2020-03-18
Data de Publicação
2018-03-28
 
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