Adaptability, stability and estimation of genetic parameters in soybean and sorghum

Abstract

Optimizing breeding programs is currently essential for competitiveness in the seed market share. Ther goal is to develop improved cultivars that are stable, high-yielding, and suitable for a variety of environments. This work aimed to analyze the use of R packages in optimizing breeding programs exploring their applications, benefits, and limitations for sorghum and soybean data analysis. I) select commercial grain sorghum hybrids with greater adaptability and yield stability in three regions of California using R packages; II) analyze the genetic parameters of the different soybean groups to identify the best lines based on MGIDI. This thesis is divided into two chapters. Is important to identify good commercial grain sorghum hybrids with greater adaptability and yield stability in that state. Twelve commercial cultivars were evaluated at three sites in California. Six agronomic traits were evaluated: emergence (EMER), days to flowering (DTF), plants per hectare (PPH), grain yield (KG/HA), panicle length (PANICLE), 1,000-grain weight (TGW) in each plot, data were analyzed with R software v.4.2.3, and the Metan package was used for all BLUP and AMMI analyses. We obtained high precision in the analyzed data, except for the EMER variable. The AMMI analysis had significant environmental effects for the variables DTF, KG/HA, and PANIC. There were genetic effects for PHA and emergence, as well as GxE effects for TWG. For stability and adaptability, we analyzed using BLUP. Cultivars 2, 7, and 9 were more stable for most traits except TWG. For the WASSB analyses, cultivars 3, 4, and 9 were plotted in the fourth quadrant, showing themselves more high-yielding and stable. Environmental interactions in sorghum cultivars directly affect their responses, in addition, the variation components act differently for each variable, therefore cultivar 2 and cultivar 7 stood out as stable and adapted in the studied environments, and BLUP and AMMI showed adequate precision for sorghum selection. The second article analyzed the genetic parameters of different soybean groups to identify the best lines based on MGIDI. Soybean cultivars from Embrapa's genetic breeding program were used, and the experiment was divided according to maturity groups (early, medium, and late) and different technologies: RR® (glyphosate- resistant) and Bt® (lepidopteran resistant). Three agronomic traits were selected: plant height (cm), yield (kg/ha) and ideotype. The ideotype was visually evaluated in the field based on the plant's vigor and lodging, with scores ranging from 1 to 5, 1 being the best and 5 being the worst. Lines in groups 5 and 6 have low heritability for yield, and maturity groups directly interfere with genetic factors. Based on MGIDI and BLUPS, lines LRRE 7 and 9 of Group 1, LIPROE 7 and BRS 590 of Group 2, LRRM 7 and 9 of Group 3, LIPROM 3 and 9 of Group 4, LRRL 4 and Monsoy 9144 of group 5 and HO Cristalina and BMX Extreme. Keywords: heritability, panicle, environmental, cultivars, soybean, yield.A otimização dos programas de melhoramento é essencial para ser competitivo no mercado de sementes hoje em dia. O objetivo é desenvolver cultivares melhorados que sejam duráveis, de alto rendimento e adequadas a uma variedade de ambientes. O objetivo foi analisar a utilização de pacotes R na otimização de programas de melhoramento, explorando suas aplicações, benefícios e limitações para análise de dados de sorgo e soja; I) selecionar híbridos comerciais de sorgo granífero com maior adaptabilidade e estabilidade de produção em três regiões da Califórnia usando pacotes R; II) analisar os parâmetros genéticos dos diferentes grupos de soja para identificar as melhores linhagens com base no MGIDI. Esta tese está dividida em dois capítulos. A Califórnia possui o maior rebanho leiteiro dos Estados Unidos e por isso é importante identificar bons híbridos comerciais de sorgo granífero com maior adaptabilidade e estabilidade de produção no estado. Foram avaliadas seis características agronômicas, emergência (EMER), dias para florescimento (DTF), plantas por hectare (PPH), produtividade de grãos (KG/HA), comprimento da panícula (PANICLE), peso de 1.000 grãos (TGW), em cada parcela, os dados foram analisados com o software R, e o pacote Metan foi utilizado para todas as análises BLUP e AMMI. Houve efeitos ambientais significativos na análise AMMI para as variáveis DTF, KG/HA e PÂNICA, houve efeitos genéticos para PHA e emergência e efeito GxE para TWG. Para análises de estabilidade e adaptabilidade utilizando BLUP, as cultivares 2, 7 e 9 foram mais estáveis para a maioria das características, exceto TWG. Para as análises WASSB, as cultivares 3, 4 e 9 foram plotadas no quarto quadrante, mostrando-se mais produtivas e estáveis, em geral. As interações ambientais nas cultivares de sorgo afetam diretamente suas respostas, além disso, os componentes de variação atuam de forma diferente para cada variável, portanto a cultivar 2 e a cultivar 7 se destacaram como estáveis e adaptadas nos ambientes avaliados, e o BLUP e AMMI apresentaram precisão adequada para a seleção de sorgo. O segundo capítulo tem como objetivo analisar os parâmetros genéticos dos diferentes grupos de soja para identificar as melhores linhagens com base no MGIDI. Foram utilizadas cultivares de soja do programa de melhoramento genético da Embrapa, e o experimento foi dividido de acordo com grupos de maturidade (precoce, média e tardia) e diferentes tecnologias: RR® (tolerante ao glifosato) e Bt® (resistente a lagartas). Três características agronômicas foram selecionadas: altura de planta (cm), produtividade (kg/ha) e ideótipo. O ideótipo é avaliado visualmente em campo com base no vigor e acamamento da planta, com notas que variam de 1 a 5, sendo 1 o pior e 5 o melhor. As linhagens dos grupos 5 e 6 apresentam baixa herdabilidade e os grupos de maturidade interferem nos fatores genéticos. Baseado em MGIDI e BLUPS, linhas LRRE 7 e 9 do Grupo 1, LIPROE 7 e BRS 590 do Grupo 2, LRRM 7 e 9 do Grupo 3, LIPROM 3 e 9 do Grupo 4, LRRL 4 e Monsoy 9144 do grupo 5 e HO Cristalina e BMX Extrema. Palavras-chave: herdabilidade, panícula, ambiental, cultivares, soja, produtividade.