Selection of soybean experimental lines for tolerance to Asian rust and seed yield

A soja é uma cultura de importância econômica fundamental e o Brasil está entre os principais produtores mundiais. A ferrugem asiática, causada pelo fungo Phakopsora pachyrhizi, é uma doença relativamente recente no Brasil e pode causar grandes perdas na cultura da soja, representadas pela diminuição da produtividade e pelas despesas com aquisição e aplicação de fungicidas. Já existem algumas fontes de genes de resistência vertical para esta doença, mas também já existem casos de quebra de resistência de alguns destes genes principais. A tolerância, definida como a capacidade da planta em suportar o ataque do patógeno sem apresentar perdas significativas, é uma estratégia complementar que pode ser utilizada no controle da ferrugem. O objetivo desta pesquisa foi estudar a tolerância à ferrugem asiática em genótipos experimentais derivados de 45 cruzamentos em dialelo 10 x 10 do Setor de Genética Aplicada às Espécies Autógamas do Departamento de Genética/ESALQ/USP por meio de métodos de estimação do efeito ferrugem e da estabilidade fenotípica em combinações de manejos de fungicidas, locais e anos agrícolas, além de identificar linhagens promissoras para inclusão em futuros programas de melhoramento. Os delineamentos experimentais utilizados foram blocos aumentados de Federer nos anos 2011/12 e 2012/13 e blocos ao acaso estratificados em conjuntos em 2013/14. Em cada ano e local foram realizados dois experimentos: manejo 1, com aplicações de fungicidas para o controle da ferrugem e outras doenças fúngicas, incluindo as doenças de final de ciclo; manejo 2, com apenas o controle de outras doenças fúngicas, excluindo-se a ferrugem. O contraste entre estes dois manejos com fungicidas permitiu uma estimativa da tolerância. Além disso, foram utilizadas as medidas de estabilidade-bmg (Pi) e ecovalência (Wi) para quantificar a tolerância relativa entre genótipos. Foram pesquisadas 225 progênies F2:7 em 2011/12; 675 linhagens F7:8 em 2012/13 e as melhores 225 linhagens F7:9 em 2013/14. Os resultados obtidos permitiram concluir que: a) houve evidências claras de tolerância à ferrugem asiática entre e dentro de cruzamentos; b) a estratégia de utilizar a comparação entre diferentes manejos de fungicidas para estimar a tolerância (efeito ferrugem) foi útil para a seleção, mas sofreu instabilidade, apresentando baixas correlações entre anos agrícolas; c) os métodos da estabilidade baseada no melhor genótipo (bmg) e da ecovalência complementaram as informações obtidas do efeito ferrugem e auxiliaram na seleção de linhagens tolerantes; d) avaliações iniciais da severidade de ferrugem (nota de ferrugem NF1) apresentaram baixa precisão, tornando recomendável concentrar as avaliações da severidade após maior tempo de infecção (NF2 e NF3) para melhor eficácia na estimação da tolerância; e) a tolerância estimada pelo peso de cem sementes mostrou baixa correlação com a tolerância estimada para produtividade de grãos, de maneira que o uso combinado dos dois critérios melhorou a eficiência da seleção para tolerância e produtividade; f) na seleção simulada foram identificadas 48 linhagens promissoras para tolerância à ferrugem e produtividade, correspondente a um porcentual de seleção de cerca de 22%.Soybean is an economically important culture and Brazil is among the largest world producers. Asian rust, caused by the fungus Phakopsora pachyrhizi, is a relatively new disease in Brazil and can cause large losses in this culture, represented by yield decreases and increases in costs for fungicide applications. There are some sources of vertical resistance genes for this disease, but there are also cases of resistance breakdown for some of these main genes. Tolerance, defined as the capacity of plants to endure a pathogen attack without significant losses, is a complementary strategy that can be used to control rust. The objective of this research was to study tolerance to Asian rust in experimental genotypes derived from 45 crosses in a 10 x 10 diallel design developed at the Sector of Applied Genetics to Self- Pollinated Crops, Department of Genetics/ESALQ/USP through methods of estimation of the rust effect and of phenotypic stability in combinations of fungicide managements, locations and years, besides identifing promising lines for inclusion in future breeding programs. The experimental designs used were Federer\'s augmented blocks in 2011/12 and 2012/13 and a randomized block design stratified in sets in 2013/14. In each year and location two experiments were performed: management 1, with the application of fungicides to control rust and other fungal diseases, including late season leaf diseases; management 2, only controlling other fungal disease, excluding rust. The contrast between these two managements allowed for an estimate of tolerance. Besides that, the stability based on the best genotype (Pi) and ecovalence (Wi) measurements were also used to estimate relative tolerance between genotypes. In 2011/12 225 F2:7 progenies were evaluated; in 2012/13 675 F7:8 lines were evaluated and the best 225 F7:9 lines were evaluated in 2013/14. The results let to the following conclusions: a) there was clear evidence of tolerance to Asian rust among and within crosses; b) the strategy of comparing different fungicide managements to estimate tolerance (rust effect) was useful, but suffered instability, presenting low correlations among years; c) the methods of superiority or stability based on the best genotype (bmg) and ecovalence complemented the information based on the rust effect and aided in the selection of tolerant lines; d) initial evaluations for rust severity (rust score NF1) had low precision and it was recommended to concentrate on rust tolerance evaluations after longer periods of infection (NF2 and NF3); e) tolerance estimated by means of hundred-seed weights had low correlation with tolerance estimated by seed yield, therefore the combined use of both criteria improved the efficiency of selection for tolerance and seed yield; f) in the simulated selection 48 promising lines were identified for rust tolerance and seed yield, corresponding to approximately 22% selection percentage