Genetic parameters estimation and QTL mapping in Sesamum indicum L.

Abstract

Brazil has experienced an exponential increase in sesame production in recent years. Still, farmers face many challenges in cropping sesame, such as the low number of available cultivars adapted to mechanized harvesting. In Brazil, few advances have been made in crop breeding. There is still a lack of germplasm characterization, and genetic breeding work is being developed to increase productivity and adapt to mechanized harvesting. The first chapter of this work presents a study of estimates of sesame genetic parameters in different environments and the characterization of the diversity available. A total of 28 sesame genotypes were phenotypically evaluated in three environments and genotyped with microsatellite and SNP markers. After statistical analysis, significant genetic variability was observed in the genotypes evaluated, which can be explored in crossings in the breeding program. Most of the phenotypic traits evaluated were highly influenced by the environment, presenting genotype x environment interaction and highlighting the complexity of improvement for this crop. In the second chapter, a QTL mapping study was carried out using SNP markers to identify genomic regions associated with traits of interest in sesame breeding. Two F2 populations (SD and SJ) were developed by hybridization, consisting of 98 and 160 genotypes, respectively. Both populations were genotyped by SNP markers and phenotyped in a greenhouse. After statistical analyses, QTL markers were found for 15 of the 17 phenotypic traits evaluated. QTL markers associated with important agronomic traits in sesame were found, such as productivity-related traits, placental adherence, and growth habit. Keywords: Sesame breeding; Selection index; Associative mapping; GxE interaction.O Brasil tem registrado nos últimos anos aumento exponencial na produção de gergelim, mas muitos desafios são enfrentados pelos produtores, como o baixo número de cultivares disponíveis e adaptados a colheita mecanizada. No Brasil poucos avanços foram conseguidos no melhoramento da cultura. Ainda faltam trabalhos de caracterização de germoplasma, e o desenvolvimento de trabalhos de melhoramento genético voltados para o aumento de produtividade e adaptação a colheita mecanizada. No primeiro capítulo deste trabalho, foi realizado um estudo de estimativas de parâmetros genéticos de gergelim em diferentes ambientes, bem como a caracterização da diversidade presente. Um total de 28 genótipos de gergelim foram avaliados fenotipicamente em três ambientes, e genotipados com marcadores microssatélites e SNPs. Considerável variabilidade genética foi observada entre os genótipos avaliados, que pode ser explorada por cruzamentos no programa de melhoramento. Significativa influência do ambiente foi observado sobre a maioria dos caracteres fenotípicos avaliados, evidenciando a complexidade do melhoramento para esta cultura. No segundo capítulo, foi realizado um estudo de mapeamento de QTLs usando marcadores SNPs para identificação de regiões genômicas associadas a características de interesse no melhoramento do gergelim. Duas populações F2 (SD e SJ) foram desenvolvidas por hibridação, compostas por 98 e 160 genótipos, respectivamente. As duas populações foram genotipadas por marcadores SNPs e fenotipadas em casa de vegetação. Após as análises estatísticas, foram encontrados marcadores QTLs para 15 das 17 características fenotípicas avaliadas. Marcadores QTLs associados a importantes características agronômicas no gergelim foram encontrados, como número de cápsulas por planta, aderência placentária e hábito de crescimento. Palavras-chave: Melhoramento de gergelim; Indice de seleção; Mapeamento associativo; Interação GxE.