Seleção genômica ampla no melhoramento vegetal

Abstract

A seleção genômica ampla (GWS) foi idealizada no ano de 2001 como forma de predizer o fenótipo futuro de uma população baseado em informações de marcadores moleculares, cujos efeitos genéticos aditivos, que estes explicam, já foram previamente estimados. Esta tecnologia já é pesquisada e integrada aos programas de melhoramento animal. Embora em plantas nenhum trabalho com dados reais tenha sido descrito, a GWS tem grandes perspectivas de utilização também no melhoramento genético vegetal, o que pode permitir melhores acurácias e seleção precoce. O objetivo deste trabalho foi, em um primeiro momento, fornecer subsídios para melhor entender a seleção genômica ampla e fazer uma comparação de sua utilização com marcadores dominantes e codominantes. Em uma segunda etapa, a aplicação dessa tecnologia foi então proposta em Eucalyptus e seu impacto foi avaliado no melhoramento florestal. Foram simuladas uma característica de controle oligogênico e outra controlada por muitos genes em diferentes situações de desequilíbrio de ligação com os marcadores. Em cada característica, o número de locos que controlava o caracter foi estabelecido entre 100, 200 e 400 e as herdabilidades entre 20%, 30% e 40%. Foi avaliada a correlação dos valores fenotípicos observados com os valores fenotípicos preditos via informação de marcadores e a acuáracia de seleção. A partir das estimativas de acurácia, calculou-se também o ganho de seleção por unidade de tempo comparado com a seleção fenotípica. Os resultados das simulações demonstraram altos valores de acurácias que proporcionaram ganhos de até 500% caso o tempo do ciclo de geração seja reduzido. Observou-se que se o número de marcadores dominantes disponíveis foi superior ao número de marcadores codominantes, essa maior densidade proporciona acurácias maiores. A segunda etapa do trabalho foi realizada em duas populações de Eucalipto utilizando marcadores dominantes DArTs e avaliando as características Altura total, Diâmetro a Altura do Peito (DAP) e penetração do Pilody. As acurácias máximas obtidas foram de 0,67 para Altura e 0,69 para DAP em uma população, e de 0,53, 0,62, e 0,53 para Altura, DAP e Pilodyn, respectivamente, na segunda população. Estes valores proporcionaram ganhos que variaram entre 430% e 723% caso o ciclo de geração seja reduzido em 7 anos, situação possível no melhoramento de Eucalipto. Este trabalho demonstrou resultados animadores e o uso GWS se mostrou factível em plantas nas simulações e no conjunto de dados reais.

The Genome Wide selection was proposed in 2001 to predict the phenotype values based in molecular markers information. In a previus step, the effect of each of each marker in controlling the genetic variance is estimated. This technology has already been used in animals, however, no report of its use was made for plants. This work aimed to study the impact of GWS, first in a simulated dataset, then in two Eucalyptus populations. Besides that, on the simulated data, it was compared the efficiency of using dominant markers versus the use of codominant ones. The simulation generated one population controlled by many genes (polygenic) and one population with olligogenic control. There were different situations of linkage disequilibrium among the marker and the QTL, different number of markers controlling the trait and heritabilities of 20, 30 and 40%. It was evaluated the prediction ability and the accuracy of the GWS. The results of accuracy were high, which turn in to a selection gain of up to 500% in the selection dataset and the use dominant markers at higher densities is more efficient than the use of dominant markers with lower densities. The Euvalyptus populations were genotyped for total height, diameter at breast height (DBH) and Pilodyn. The values of accuracy were 0,67 for height and 0,69 for DBH in the first population and ,53, 0,62, and 0,53 for total height, DBH and Pilodyn respectively. Those result turn in to a selection gain that varied from 430% to 723% with a reduction of 7 years in the breeding cycle. This showed significant results and gave evidences that the use of GWS in plants is possible to improve the way plant breeding is actually performed.