Estudos genéticos em progênies autofecundadas de Eucalyptus spp.

Abstract

O melhoramento genético por meio do cruzamento de indivíduos heterozigotos, utilizando a seleção recorrente recíproca, é comumente aplicado no gênero Eucalyptus. Indivíduos com características de interesse são clonados para explorar os efeitos aditivos e não-aditivos. Atualmente, o desafio do melhoramento genético desse gênero é aumentar a resposta à seleção, o que torna fundamental a busca por novos métodos de melhoramento. Assim, o uso de linhagens é uma alternativa para explorar a complementaridade entre genótipos contrastantes. No entanto, para implementar essa estratégia, é necessário compreender os padrões de endogamia da população autofecundada. Dessa forma, a pesquisa apresentada teve como objetivo estudar esses padrões em uma população S0:1. Vinte clones superiores de diferentes espécies de Eucalyptus spp. (população S0) foram autofecundados, e mudas dessas autofecundações foram produzidas. Aproximadamente 30 mudas de cada genitor foram implantadas em um experimento de campo com 30 blocos e uma planta por parcela, enquanto o restante dos indivíduos (62 no total) foram implantados em um pomar de hibridação. Tanto os indivíduos quanto seus genitores (682 indivíduos) foram genotipados usando o painel customizado da empresa, com 10.132 SNPs. Adicionalmente, as mudas foram avaliadas quanto ao Diâmetro na Altura do Peito (DAP, em centímetros) aos 36 meses de idade. No primeiro capítulo, os coeficientes de endogamia foram estimados por meio das Runs of Homozigosity (ROHs). A depressão por endogamia foi estimada aos 36 meses, utilizando uma regressão entre os fenótipos dos indivíduos e seus respectivos coeficientes de endogamia. Também foram definidos blocos haplotípicos para investigar o impacto da endogamia sobre essas estruturas genômicas. Já no segundo capítulo, os valores genéticos genômicos dos indivíduos foram estimados, e uma análise de associação genômica ampla (GWAS) foi realizada para identificar possíveis regiões do genoma com maior influência nas características avaliadas. Foram testados quatro modelos frequentistas (ABLUP, GBLUP, GBLUP-AD e HBLUP) e cinco modelos bayesianos (BRR, Bayes A, Bayes B, Bayes C e Bayes LASSO) de predição genômica, com o objetivo de prever o desempenho de indivíduos não fenotipados no pomar de hibridação. No primeiro capítulo, não foi observada depressão endogâmica até os 36 meses de idade. Os coeficientes de endogamia individuais, estimados pelas ROHs, variaram de 0 a 0,41, com os cromossomos mais endogâmicos sendo os 4 (0,27), 9 (0,39) e 10 (0,28). Para os blocos haplotípicos, os cromossomos 6 (56 blocos) e 8 (51 blocos) apresentaram o maior número de blocos, sendo que os blocos de maior extensão estavam associados aos cromossomos mais endogâmicos. No segundo capítulo, a análise GWAS não identificou nenhuma região do genoma com maior influência no fenótipo. Foram determinados os parâmetros de seleção genômica para todos os modelos avaliados. Dentre os modelos de seleção genômica testados, o GBLUP se destacou como superior em todos os parâmetros estimados. Os resultados obtidos indicam que o GBLUP tem grande potencial para uso no gênero Eucalyptus, devido à sua adaptação à homozigose no genoma. Além disso, esses resultados reforçam a importância de compreender os padrões de endogamia para selecionar de forma criteriosa os indivíduos que avançarão para as próximas gerações de autofecundação, com o objetivo de obter híbridos superiores e específicos.

Genetic breeding through the crossing of heterozygous individuals, using reciprocal recurrent selection, is commonly applied to the Eucalyptus genus. Individuals with traits of interest are cloned to exploit additive and non-additive effects. Currently, the challenge in the genetic breeding of this genus is to improve the response to selection, which makes the search for new breeding methods fundamental. Thus, the use of inbred lines is an alternative to explore complementarity between contrasting genotypes. However, to implement this strategy, it is necessary to understand the inbreeding patterns of self-fertilized populations. Therefore, the present research aimed to study these patterns in an S0:1 population. Twenty superior clones from different Eucalyptus spp. (S0 population) were self-fertilized, and seedlings from these self-fertilizations were produced. Approximately 30 seedlings from each parent were planted in a field experiment with 30 blocks and one plant per plot, while the remaining individuals (62 in total) were planted in a hybridization orchard. Both the individuals and their parents (682 individuals) were genotyped using the company's custom panel, with 10,132 SNPs. Additionally, the seedlings were evaluated for diameter at breast height (DBH, in centimeters) at 36 months of age. In the first chapter, inbreeding coefficients were estimated using Runs of Homozygosity (ROHs). Inbreeding depression was estimated at 36 months, using a regression between an individual’s phenotypes and their respective inbreeding coefficients. Haplotype blocks were also defined to investigate the impact of inbreeding on these genomic structures. In the second chapter, the genomic estimated breeding values of the individuals were assessed, and a genome-wide association study (GWAS) was performed to identify potential regions of the genome with greater influence on the evaluated traits. Four frequentist models (ABLUP, GBLUP, GBLUP-AD, and HBLUP) and five Bayesian models (BRR, Bayes A, Bayes B, Bayes C, and Bayes LASSO) of genomic prediction were tested to predict the performance of non-phenotyped individuals in the hybridization orchard. In the first chapter, no inbreeding depression was observed up to 36 months of age. Individual inbreeding coefficients, estimated by ROHs, ranged from 0 to 0.41, with chromosomes 4 (0.27), 9 (0.39), and 10 (0.28) being the most inbred. For the haplotype blocks, chromosomes 6 (56 blocks) and 8 (51 blocks) showed the largest number of blocks, with the longest blocks being associated with the most inbred chromosomes. In the second chapter, the GWAS analysis did not identify any region of the genome with greater influence on the phenotype. Genomic selection parameters were determined for all evaluated models. Among those tested, GBLUP stood out as superior for all estimated parameters. The results obtained indicate that GBLUP has significant potential for use with the Eucalyptus genus, due to its adaptability to homozygosity in the genome. Furthermore, these results reinforce the importance of understanding inbreeding patterns to judiciously select individuals that will advance to the next generations of self-fertilization, with the aim of obtaining superior and specific hybrids.