Phenotypic recurrent selection for improving protein quality in two non-opaque maize (Zea mays L.) populations

Os grãos de milho são considerados fonte de energia nas dietas, em função de seu alto teor de carboidratos e por apresentar proteína de baixa qualidade, pobre nos aminoácidos essenciais lisina e triptofano. O gene mutante opaco-2 eleva consideravelmente os níveis desses aminoácidos, mas apresenta efeitos pleiotrópicos negativos em caracteres agronômicos importantes, tais como peso, densidade dos grãos e sua qualidade física. Tais problemas provocaram dificuldade de aceitação comercial em larga escala de genótipos opacos. O objetivo deste trabalho foi verificar a viabilidade de melhorar a qualidade protéica através de seleção recorrente fenotípica, sem introdução do gene opaco-2, evitando, portanto, os problemas associados a este mutante. Para tanto, foram realizados quatro ciclos deste método de melhoramento em duas populações desenvolvidas no Departamento de Genética da ESALQ/USP, denominadas IG-l e IG-2, com seleção para teor de triptofano com 20% de intensidade. Usou-se como testemunha a variedade ESALQ VD2-opaco. Os resultados mostraram a ocorrência de pequeno aumento nos níveis de triptofano para IG-l (cerca de 0,7% por ciclo) e não alteração em IG-2. Conclui-se que este reduzido ganho deve ter ocorrido devido a problemas nas populações e/ou no método de melhoramento usado. Houve aumento na relação triptofano/proteína para IG-1 (1,26% por ciclo), e os teores de proteína não se alteraram para as duas populações. A qualidade protéica da testemunha foi superior à das populações mesmo após a realização dos quatro ciclos. Verificou-se também a ocorrência de efeito de xênia sobre o teor de triptofano dos grãos. Mediu-se a alteração em caracteres agronômicos, verificando-se reduções, ao longo dos ciclos, no peso de espigas e de grãos, prolificidade (apenas para IG-1) e diâmetro da espiga (apenas para IG- 1). Houve pequena diminuição da altura da planta e da espiga, o que é vantajoso. As variáveis rendimento (peso de grãos/peso de espigas), posição relativa da espiga (altura da espiga/altura da planta), comprimento da espiga, número de fileiras de grãos e número de grãos por fileira, não se alteraram. Estas respostas correlacionadas devem ter ocorrido devido à presença de correlações genéticas entre caracteres. Deste modo, o baixo ganho associado às alterações desfavoráveis em caracteres agronômicos indicam que este método de seleção proposto, possivelmente, não é eficiente para elevar a qualidade protéica e contornar os problemas presentes em populações de milho opaco.The maize kernels are considered as food and feed energy source because of the high level of carbohydrates and poor protein quality; essential aminoacids as lysine and tryptophan are quantitatively low in the protein contents. Maize genotypes O2 O2, known as opaque maize, increase the levels of these aminoacids in the protein, but they present negative pleiotropic effects on important agronomic traits as, for example, grain yield, kernel density, and increase the grains physical damage. Due to these problems, the opaque maize cultivars have not been accepted by the farmers. Thus, a phenotypic recurrent selection was carried out in two non-opaque maize populations aimmed to verify the possibility of improving protein quality, without the problems caused by the pleiotropic effects of the opaque maize. The populations used were IG-l and IG-2 developed at the Department of Genetics, ESALQ/USP. Four cycles were completed, and a 20% selection intensity for tryptophan content in the kernels has been used; about 250 ears were analysed in each cycle. The original and the four selection cycles were evaluated in three locations for agronomic traits; for protein and tryptophan content a separated trial was carried out because the plants in the plots were hand-pollinated. Results showed no increase in tryptophan content in the IG-2 population, whereas for IG-1 population it was observed a small increase (0.60% per cycle); the protein content did not increase in both populations; the ratio tryptophan/protein increased at 1.25% per cycle in IG-1 population. The check ESALQ VD2-o2 (opaque maize cultivar) was superior than both populations for protein quality, as expected, even after four selection cycles have been completed. The results showed, also, the pollen effects on the tryptophan content. Agronomic traits as grain yield, unhusked ear weight, prolificacy, ear diameter, and plant and ear height, decreased with selection cycles. The ratios grain yield/unhusked ear weight and ear height/plant height, ear length, ear row number, and kernel number per row, did not show any change with selection cycles. The changes in the agronomic traits that decreased with selection cycles could have occurred because of the negative genetic correlations between tryptophan content and those traits. Therefore, phenotypic recurrent selection in non-opaque maize cultivars was not able to increase at reasonable rates the protein quality of maize kernels. Furthermore, negative changes in the grain yield were observed. These results show that it may be difficult to increase protein quality and, simultaneously, overcoming the problems associated with opaque maize cultivars through recurrent selection