Heterosis and genetic diversity analyses involving tropical and temperate popcorn populations

Abstract

Understanding the heterosis and genetic diversity is crucial to choose potential popcorn (Zea mays L. ssp. mays) populations to be used in future hybrid programs. The objective of this study was to analyze heterosis and genetic diversity between tropical and temperate popcorn populations. Nine popcorn populations from different origins were crossed by diallel design and genotyped using 23 microsatelite markers. The parental populations, selfed populations, the hybrids and reciprocals were evaluated in 2017/18 growing season for expansion volume and grain yield at two locations in Minas Gerais, Brazil. The heterosis analysis were performed according to the analysis II of Gardner and Eberhart and fitted to the unrestricted model. The genetic diversity analysis was assessed by the complement of Jaccard similarity. There were genetic variability and dominance for expansion volume and grain yield. The cluster analysis based on microsatelite markers grouped nine popcorn populations into two groups. The grouping with hierarchical and Tocher’s procedures were in accordance with the origins. The genetic distance was weakly correlated with heterosis for grain yield. Regarding expansion volume, there was no significant correlation. The midparent heterosis was used to assign the nine populations into heterotic groups, since that correlation was irrelevant between genetic distance and heterosis. The Tocher’s optimization procedure established four heterotic groups, and a promising combination (Sintético-UFV × UFV-MP5) was identified.

Compreender a heterose e a diversidade genética é crucial para escolher populações potenciais de milho-pipoca (Zea mays L. ssp. Mays) para serem utilizadas em programas de melhoramento de híbridos. O objetivo deste estudo foi analisar a heterose e a diversidade genética entre populações tropicais e temperadas de milho-pipoca. Nove populações de milho pipoca de diferentes origens foram cruzadas em esquema dialélico e genotipadas usando 23 marcadores microssatélites. As populações parentais, as autofecundadas, os híbridos e os recíprocos foram avaliados na safra 2017/18 para capacidade de expansão e produtividade de grãos em dois locais em Minas Gerais, Brasil. A análise de heterose foi realizada de acordo com a análise II de Gardner e Eberhart, ajustada para o modelo irrestrito. A matriz de diversidade genética foi obtida pelo complemento da similaridade de Jaccard. Houve variabilidade genética e dominância para a capacidade de expansão e produtividade de grãos. A análise de agrupamento baseada em marcadores microssatélites agrupou as nove populações de milho-pipoca em dois grupos. O agrupamento com os procedimentos hierárquicos e pelo método Tocher foram condizentes com as origens das populações. A distância genética foi fracamente correlacionada com a heterose para a produtividade de grãos e não houve correlação para capacidade de expansão. A heterose foi utilizada para atribuir as nove populações em grupos heteróticos, uma vez que essa correlação foi irrelevante entre a distância genética e a heterose para ambos caracteres. O procedimento de otimização de Tocher estabeleceu quatro grupos heteróticos, e uma combinação mais promissora (Sintético-UFV × UFV-MP5) foi identificada.