Index for selection of inbred lines aimed at mayze synthetic populations based on genetic markers

O objetivo deste trabalho foi propor e aplicar um índice de seleção de linhagens visando a geração de sintéticos de milho, baseado em valores de produtividade de grãos e em dados de genotipagem de marcadores RFLP. Como material básico utilizou-se uma população F2 proveniente do cruzamento entre duas linhagens homozigóticas do grupo ISSS, integrantes do programa de melhoramento da Empresa Garst Seeds. Dessa população obtiveram-se 68 linhagens S2, sem controle genealógico, cujas plantas-mãe foram genotipadas considerando 157 locos RFLP. Amostras de DNA foram coletadas de plântulas no estágio de duas folhas. A distância média entre os locos marcadores foi de 15,30 cM. As linhagens foram submetidas a topcross, sendo o genitor masculino uma linhagem homozigótica do grupo heterótico Lancaster. As progênies assim resultantes foram avaliadas em experimentos de blocos incompletos com oito tratamentos comuns (híbridos simples), com duas repetições e instalados em quatro locais em Iowa, Slater, EUA, no ano de 1996. A densidade de semeadura foi de 59.304 plantas/ha. Os dados de produtividade de grãos em kg/ha foram submetidos a análises de variância que também forneceram as médias ajustadas das progênies em cada local e na média dos locais. Essas médias serviram de base para os cálculos posteriores. Para descartar os locos mercadores não associados a QTL's do caráter estudado utilizou-se processo de regressão múltipla (stepwise) em cada cromossomo separadamente, tomando-se os níveis de probabilidade P<0,10 e P<0,15 para entrada e permanência dos locos mercadores respectivamente no grupo dos considerados associados. O conjunto todo desses locos considerados foi posteriormente tomado para compor o modelo de regressão linear múltipla, cujos coeficientes de regressão parcial (bj) foram estimados por quadrados mínimos. Estimou-se também a proporção (p) da variância genética entre progênies explicada pelos marcadores selecionados e o correspondente coeficiente de determinação R2. Os experimentos foram de boa precisão detectando-se significância dos efeitos de progênie por local (exceto em um deles) e na média sobre os locais, bem como a significância da interação progênies x locais. Dos 157 locos identificaram-se 18 significativamente associados na média dos locais, explicando 74,7% da variação genética entre progênies. Por local os mercadores explicaram de 23,9 % a 100 % da variação genética entre progênies. O índice de seleção proposto, relativamente ao par de linhagens i e i´, é do tipo Iii´ = Lii´ + Dii´, sendo Lii´ função do comportamento per se das linhagens e Dii´ medida da complementaridade genética entre o par. Lii´ e Dii´ são estimáveis a partir dos coeficientes bj e da constituição genotípica das linhagens. Os 2278 valores de Iii´, foram organizados em tabela dialélica tomando-se a média Ii para identificar as linhagens candidatas a compor o sintético. Para fins de comparação, sintéticos também foram organizados com base apenas nas médias das progênies topcross. Evitaram-se sintéticos contendo freqüências nulas (q = 0) de marcadores ligados a alelos favoráveis de QTL's. A constituição dos sintéticos considerados ideais variou de um local para outro, havendo, no entanto, determinadas linhagens superiores comuns a todos eles. O tamanho desses sintéticos foi de 13, 7, 5, 7 e 10 linhagens selecionadas para os locais 1,2, 3, 4 e para a média dos locais respectivamente. O uso do índice elevou a freqüência dos alelos RFLP's associados a alelos favoráveis de QTL's nos sintéticos selecionados (q̄) em comparação com o sintético selecionado pelas médias topcross. O mesmo pode-se dizer com relação ao efeito genotípico médio (b̄) referente a cada sintético. Linhagens com freqüência elevada de marcas associadas a QTFL's favoráveis foram detectadas por ambos os métodos. Considerando as 15 melhores linhagens segundo os dois critérios, oito delas eram coincidentes e com relação às 10 melhores a coincidência foi de seis linhagens. As linhagens muito boas apresentaram, além de excelente valor per se, alta capacidade de combinação com a maioria das outras, sendo portanto detectadas por ambos os métodos. Nas linhagens fogo abaixo das superiores a coincidência deixou de existir devido à exploração da complementaridade, que o índice detecta e o topcross não. Tanto o índice como os topcrosses foram eficientes em elevar os valores de q̄ maiores que os obtidos pelo critério do topcross, o que é uma indicação da importância da complementação genética na elevação da freqüência dos alelos favoráveis nos sintéticos, A utilização de um índice como o proposto só é viável se, de início, for utilizado um número suficientemente grande de locos mercadores para a cobertura adequada do genoma.The purpose of this work was to propose and apply an index based on data of grain yield and RFLP markers, for selecting inbred lines aimed at generating synthetic maize populations. As material, an F2 segregating population derived from a cross between two ISSS inbred lines was used. These lines are part of the Garst Seeds Co. breeding programme. From that population, 68 S2 lines \vere extracted and toperossed with a Lancaster homozygous line as pollen parent. Seed parents were genotyped for 157 RFLP markers and DNA samples were extracted from plants at the two leaves stage. The average distance between marker loci was 15.30 cM. The topcross progenies were evaluated through incomplete block design experiments containing eight commercial hybrids as common entries and two replications. The experiments were set up in tour locations in lowa, USA, in 1996, with 59.304 plants/ha. Adjusted topcross progeny means, obtained from lhe analyses of variance of yield data (kg/ha), were used for subsequent calculations. Marker loci significantly associated with yield QTL's were identified through stepwise regressions analyses, for each chromosome separately. These markers were subsequently taken as elements of a multiple linear regression model, for estimation of the partial regression coefficients (bj), the proportion (p) of the genetic variance among progenies explained by the markers and the R2 coefficient. Precision of experiments was very good (low CV's). Significance was found for progeny effects (in three locations) and progenies X locations effects. For the means over locations, 18 marker Ioci were found significantly associated with yield QTL's, which explained 74,7% of the genetic variance among progenies. Within locations this percentage ranged from 23,9% to 100%. For pair of lines i and i', the proposed index is given by Lii' = Lii´ + Dii' were Lii´, relates to the performance of Iines per se and Dii´, is a measure of genetic complementarity between the Iines. 80th quantities are estimable on the bases of the bj coefficients and the marker loci genotypes of the lines. The 2278 lii´ values were organised in a diallel table and the marginal means li.taken as criterion for selection of the lines as candidates for the synthetic population. For comparison, lines were also selected simply on the basis of the topcross means. Synthetics were descarted, whenever, for any given marker locus a zero frequency (q = 0) of marker alleles associated with favourable QTL allleles was found. The number of selected lines for the synthetic considered ideal, varied among locations. The numbers 13, 7, 5, 7 and 10 lines were found for locations 1, 2, 3, 4 and for the average over locations, respectively. The index was found more efficient than the topcross criterion for increasing the frequency of marker alIeles associated with favourable QTL alleles (q). The same could also be said for the mean genotypic effect b̄, averaged over marker loci. Superior Iines carrying a higher number of QTL alleles were identified through both criteria. Considering the best 15 lines, eight coincided for both methods. With 10 superior lines the coincidence was of 60%. These lines are expected to have a superior performance per se, in addition to high general combining ability. Such a coincidence was not found for lines ranking immediately below the superior ones, in which case the index is expected to be a better criterion, as it includes a measure of genetic complementarity of a given line with all others (Di). This is not accomplished by the topcross mean criterion. Another positive aspect of the index is that a homologue of a diallel table can be constructed without actually obtaining all pairs of crosses between lines. It is clear that such an index is expected to be efficient only if a sufficiently large number of marker Ioci is used, in order to achieve an adequate coverage of the genome