ABSTRACT: Sorghum breeding programs are based predominantly on developing homozygous lines to produce single cross hybrids, frequently with relatively narrow genetic bases. The adoption of complementary strategies, such as genetic diversity study, enables a broader vision of the genetic structure of the breeding germplasm. The purpose of this study was to evaluate the genetic diversity of sorghum breeding lines using structure analysis, principal components (PC) and clustering analyses. A total of 160 sorghum lines were genotyped with 29,649 SNP markers generated by genotyping-by-sequencing (GBS). The PC and clustering analyses consistently divided the R (restorer) and B (maintainer) lines based on their pedigree, generating four groups. Thirty-two B and 21 R lines were used to generate 121 single-cross hybrids, whose performances were compared based on the diversity clustering of each parental line. The genetic divergence of B and R lines indicated a potential for increasing heterotic response in the development of hybrids. The genetic distance was correlated to heterosis, allowing for the use of markers to create heterotic groups in sorghum.

ABSTRACT The development of efficient and low-cost genotyping methods is essential to precise genetic characterization of cultivars. Here, we present a system based on fluorescently labeled universal tail sequence primers (UTSP) to resolve microsatellite (SSR) markers as an alternative for molecular fingerprinting of maize. A set of 20 SSRs using the UTSP presented an average polymorphic information content of 0.84, which provided a probability of random identity ranging from 10−7 to 10−14, and a minimum exclusion power of 99.99998 % in a group of 48 tropical maize single-cross hybrids traded in Brazil. The genetic diversity analysis based on multidimensional scaling explained approximately 28 % of the total variance for the first two coordinates, tending to group the hybrids according to their respective origin. Additionally, this genotyping system presented a high distinctiveness capacity, which is widely recommended for genetic purity and fingerprinting analyses. Thus, this marker system has a strong potential as a tool for complementary analysis of distinguishability, uniformity and stability required for cultivar registration.

O objetivo deste trabalho foi selecionar linhagens de sorgo simultaneamente responsivas ao fósforo e com elevada eficiência produtiva quanto a esse nutriente. Foram avaliadas 36 linhagens endogâmicas, em delineamento de blocos ao acaso, com duas repetições. Os caracteres usados para avaliação da eficiência produtiva foram produtividade média e eficiências de absorção, de utilização e de uso de fósforo, com e sem adubação fosfatada. Para análise da responsividade ao nutriente, foram avaliados caracteres de produtividade relativa e de eficiências de recuperação aparente, fisiológica e agronômica. Há variabilidade genética entre as linhagens quanto às eficiências de absorção, de utilização e de uso do fósforo, e quanto à responsividade ao nutriente, o que sugere a possibilidade de produção de híbridos destinados a nichos de mercado diferentes. As linhagens mais responsivas foram P9401, BR007B, BR008B, SC414-12E e SC566, e as mais eficientes, sob baixa disponibilidade de fósforo, foram ATF40B, SC566, BR005R, CMSXS225 e BR012 (R6). As linhagens ATF40B, ATF54 (f61), ATF54 (f596), QL3 e SC566 apresentaram melhor desempenho simultâneo das diferentes eficiências avaliadas e da responsividade ao fósforo. Apenas a avaliação do caráter produtividade, sob diferentes disponibilidades de fósforo, já permite identificar linhagens eficientes e responsivas ao fósforo.

The objective of this work was to select sorghum lines simultaneously responsive to phosphorus fertilization and with high productive efficiency regarding this nutrient. Thirty six sorghum inbred lines were evaluated in a randomized complete block design, with two replicates. The traits used to evaluate the productive efficiency were average yield and efficiencies of absorption, utilization, and use of phosphorus, with and without phosphorus fertilization. For the analysis of the responsivity to the nutrient, the evaluated traits were relative yield and apparent recovery, physiological, and agronomic efficiencies. The lines were genetically divergent as to the efficiencies of absorption, utilization, and use of phosphorus, and to the responsivity to the nutrient, suggesting the possibility of producing hybrids destined to different market niches. The most responsive lines were P9401, BR007B, BR008B, SC414-12E, and SC566, and the most efficient ones under low phosphorus availability were ATF40B, SC566, BR005R, CMSXS225, and BR012 (R6). The ATF40B, ATF54 (f61), ATF54 (f596), QL3, and SC566 lines showed better simultaneous performance for the different evaluated efficiencies and for the responsivity to phosphorus. The evaluation of productivity alone, under different phosphorus availabilities, already makes it possible to identify efficient and responsive lines to phosphorus.

O objetivo deste trabalho foi selecionar famílias de milho derivadas do retrocruzamento entre o composto "NAP Corn Stunt" (genitor doador) e linhagens-elite (genitores recorrentes), quanto à produtividade de grãos e à resistência a enfezamentos, e avaliar a eficiência do emprego de marcadores moleculares para avaliação fenotípica na seleção de genótipos com alta produtividade de grãos. Foram avaliados 100 genótipos, em cinco condições ambientais, na safra agrícola 2009/2010. Foram selecionadas famílias RC1F2, que aliam a alta produtividade dos genitores recorrentes à resistência aos enfezamentos, presente no genitor doador. As famílias selecionadas quanto ao desempenho agronômico e à resistência aos enfezamentos foram: L228-3-324-S, L228-3-237-R, L228-3-109-R, que foram indicadas para cruzamentos com linhagens do grupo heterótico duro; e L3-422-R e L3-586-R, que foram indicadas para cruzamentos com linhagens do grupo heterótico dentado. Na seleção de genótipos de alta produtividade de grãos, a seleção assistida por marcadores moleculares não é eficiente para a recuperação do genótipo do pai recorrente, em comparação à avaliação fenotípica.

The objective of this work was to select maize families derived from backcrossing between the composite NAP Corn Stunt (donor parent) and inbreed lines (recurrent parents), as to grain yield and resistance to corn stunt, and to evaluate the efficiency of the use of molecular markers in the phenotypic evaluation for the selection of genotypes with high grain yield. One hundred genotypes were evaluated in five environmental conditions in the 2009/2010 crop season. We selected RC1F2 families, which combine high grain yield present in the recurrent parents to resistance to corn stunt present in the donor parent. The selected maize families for agronomic performance and resistance to corn stunt were: L228-3-324-S, L228-3-237-R, L228-3-109-R, which were indicated for crosses with lines of the flint heterotic group; and L3-422-R and L3-586-R, which were indicated for crosses with lines of the dent heterotic group. For selecting genotypes with high grain yield, the molecular marker-assisted selection is not efficient for the recovery of the recurrent parent genotype, when compared to the phenotypic evaluation.

O objetivo desse trabalho foi caracterizar uma população de milho por meio da análise de parâmetros genéticos em baixa e alta disponibilidade de nitrogênio. Assim, foi realizado experimento em delineamento em blocos ao acaso, com 162 linhagens, em dois ambientes contrastantes quanto à disponibilidade de nitrogênio, em esquema fatorial com três repetições. A população apresentou variabilidade genética para produtividade de grãos em baixo nitrogênio, com redução na média de altura de espiga, teor de clorofila, número de espigas, peso de espiga e produtividade de grãos em relação ao ambientes sem estresse. Os coeficientes de correlação genética entre produtividade de grãos e as outras características variaram de acordo com as doses de nitrogênio aplicadas. O número de espigas apresentou alta correlação genética com produtividade de grãos sob estresse, além de maior herdabilidade comparada à obtida em alto nitrogênio, possibilitando assim seu uso na seleção indireta de linhagens produtivas de milho cultivadas sob estresse de nitrogênio.

The aim of this study was to characterize a maize population through the genetic parameters in high and low nitrogen availability. Thus, the experiment was conducted in a randomized block design with 162 lines in two contrasting environments in nitrogen availability in a factorial design with three replications. The population showed genetic variability for grain yield in low nitrogen, reducing the ear height, chlorophyll content, the number of ears, ear weight and grain yield in relation to the environment without stress. The coefficient's genetic correlation between grain yield and other characteristics vary according to levels of nitrogen applied. The number of ears showed high genetic correlation with grain yield under stress and high heritability compared with obtained under a high nitrogen, thus enabling its use for indirect selection of yield lines of maize grown under nitrogen stress.

Este trabalho teve como objetivo avaliar a divergência genética e identificar cultivares de batata por meio de marcadores RAPD e SSR. O DNA genômico de 16 cultivares de batata foi amplificado com primers RAPD e com pares de primers SSR. Os 25 primers RAPD geraram 92 bandas polimórficas e os 20 pares de primers SSR produziram 136 bandas polimórficas. Os dendrogramas gerados pela análise de agrupamento permitiram uma distinção genética das cultivares, entretanto não houve uma correlaçao entre os dendrogramas ao comparar os dois marcadores utilizados. Os valores de PIC demonstraram o alto conteúdo informativo dos primers utilizados e, com a utilização de 6 primers RAPD e de 3 pares de primers SSR, identificou-se as 16 cultivares de batatas. Dessa forma, por meio de marcadores moleculares RAPD e SSR foi possível avaliar a divergência genética e identificar as 16 cultivares comerciais de batata analisadas neste estudo.

This study aimed to evaluate the genetic diversity and identify potato cultivars by RAPD and SSR markers. The genomic DNA of 16 potato cultivars was amplified with 25 RAPD primers that generated 92 polymorphic bands and 20 SSR primer pairs that produced 136 polymorphic bands. The dendrograms generated by cluster analysis distinguished the cultivars genetically although the dendrograms were not correlated in the comparison of the two markers used. The PIC values demonstrated the high information content of the primers used and 16 potato varieties were identified based on six RAPD primers and three SSR primer pairs. Thus, by means of RAPD and SSR markers the genetic diversity was assessed and the 16 commercial potato cultivars analyzed in this study were identified.

O objetivo deste trabalho foi distinguir a origem de alelos em progênies heterozigóticas usando reação em cadeia da polimerase (PCR) semiquantitativa em endosperma de milho. Endospermas derivados de híbridos simples diretos e recíprocos entre as linhagens de milho L3 e L1113-01 foram genotipados pela metodologia de PCR semiquantitativa (PCR-SQ) com uso de primers microssatélites fluorescentes. Os produtos de amplificação foram avaliados por meio da razão de intensidade de fluorescência (RIF), calculada entre os valores de intensidade dos picos correspondentes aos alelos derivados de cada genitor. Com base no contraste estatisticamente significativo dos valores médios das RIF entre os híbridos simples direto e recíproco, foi possível distinguir o número de alelos recebidos de cada genitor e, finalmente, determinar a origem dos alelos de cada híbrido. Assim, a genotipagem de endosperma utilizando PCR-SQ é uma estratégia promissora no mapeamento de QTLs em populações exogâmicas de milho.

The objective of this work was to distinguish the parental source of alleles in heterozygous progeny using semiquantitative polymerase chain reaction (PCR) in maize endosperm. Endosperms derived from direct and reciprocal single-cross hybrids between maize inbred lines L3 and L1113-01 were genotyped by semiquantitative PCR methodology (SQ-PCR) using fluorescent microsatellite primers. The amplification products were evaluated by the ratios of fluorescence intensity (RFI), calculated between the peaks corresponding to the alleles derived from each parental line. Based on the statistically significant contrast between RFI mean values of direct and reciprocal single-cross hybrids, it was possible to distinguish the number of alleles received from each parental line and, ultimately, to determine the origin of the alleles of each cross. Thus, endosperm genotyping using SQ-PCR is a promising strategy to map QTL in maize outbred populations.

Bactérias endofíticas desempenham papel importante na agricultura, melhorando a performance e adaptação de plantas contra estresses bióticos e abióticos. No presente estudo, métodos moleculares foram empregados para identificar bactérias endofíticas do gênero Bacillus isoladas de cultivares de milho doce brasileiro. SDS-PAGE de extratos protéicos totais de quarenta e dois isolados revelaram elevado número de bandas escrutináveis. Vinte e quatro isolados formaram nove grupos diferentes de réplicas bactérianas e dezoito foram considerados como únicos. Entre os isolados, alguns polipeptídios, de tamanhos variados, foram altamente acumulados. Seqüenciamento parcial do gene ribosomal 16S revelou que todos os isolados pertencem ao gênero Bacillus e que, entre treze isolados com padrão protéico similar, dois eram linhagens diferentes. Entre os quarenta e dois isolados identificados por seqüenciamento de rDNA, Bacillus subtilis e B. pumilus foram mais frequentes (15 e 12 isolados, respectivamente), seguido por, B. licheniformes (7 isolados), B. cereus (5 isolados) e B. amiloliquefascens (3 isolados). Baseado nos resultados, conclui-se que a técnica de SDS-PAGE poderá ser usada como primeiro procedimento, rápido e barato, para identificar variação inter-específica em coleções de bactérias endofíticas isoladas do milho, enquanto o método de seqüenciamento de rDNA poderá ser aplicado para analisar variações intra-específica entre isolados com padões similares de proteínas e estudos de taxonomia.

Endophytic bacteria play an important role in agriculture by improving plant performance and adaptation against biotic and abiotic stresses. In the present study molecular methods were used for identifying Bacillus endophytic bacteria isolated from Brazilian sweet corn. SDS-PAGE of wholecell protein extract of fortytwo isolates revealed a high number of scrutinable bands. Twenty-four isolates were identified in nine different groups of duplicated bacteria and eighteen were identified as unique. Some high-accumulated polipeptides with variable length were observed in almost isolates. Partial sequencing of 16S ribosomal gene revealed that all isolates are Bacillus sp. and among thirteen isolates with similar protein profiles, two were different strains. Among the forty-two isolates identified by rDNA sequencing, Bacillus subitilis and B. pumilus were the most frequenty species (15 and 12 isolates, respectively) followed by B. licheniformes (7 isolates), B. cereus (5 isolates) and B. amiloliquefascens (3 isolates). According to present results, SDS-PAGE technique could be used as a fast and cheap first tool for identifying interspecific variation in maize endophytic bacterial collections while rDNA sequencing could be applied for analyzing intraspecific variation among isolates with similar protein profile as well as for taxonomic studies.

O objetivo deste trabalho foi avaliar a patogenicidade de 24 isolados de Beauveria contra larvas de Spodoptera frugiperda e caracterizá-los molecularmente, por meio do seqüenciamento da região ITS do rDNA e de marcadores RAPD. O seqüenciamento de fragmentos de 570 pares de bases, da região ITS do rDNA, possibilitou a identificação dos isolados como B. bassiana e B. brongniarti, pela comparação com seqüências depositadas no GenBank. Sessenta e sete fragmentos polimórficos de RAPD foram capazes de diferenciar 20 entre 24 isolados de Beauveria, e agrupá-los de acordo com o inseto hospedeiro e com a patogenicidade contra a lagarta-do-cartucho do milho. Os marcadores RAPD foram altamente associados à patogenicidade contra S. frugiperda e explicaram até 67% da variação fenotípica. Além da identificação e caracterização molecular de isolados de Beauveria, o seqüenciamento da região ITS, aliado aos marcadores RAPD, é útil na seleção de isolados potencialmente eficazes contra larvas de S. frugiperda e no monitoramento de liberações desses microrganismos em programas de biocontrole.

The objective of this work was to evaluate the pathogenicity of 24 Beauveria isolates to Spodoptera frugiperda larvae, and characterize them molecularly through rDNA-ITS sequencing and RAPD markers. Sequencing of rDNA-ITS fragments of 570 bp allowed the identification of isolates as B. bassiana or B. brongniarti by sequence comparison to GenBank. Sixty seven polymorphic RAPD fragments were capable to differentiate 20 among 24 Beauveria isolates, grouping them according to the derived host insect and to pathogenicity against maize fall armyworm larvae. Three RAPD markers were highly associated to the pathogenicity against S. frugiperda, explaining up to 67% of the phenotypic variation. Besides identification and molecular characterization of Beauveria isolates, ITS sequence and RAPD markers proved to be very useful in selecting the isolates potentially effective against S. frugiperda larvae and in monitoring field release of these microorganisms in biocontrol programs.

O objetivo deste trabalho foi caracterizar a variabilidade genética de isolados de fitoplasma e de Spiroplasma kunkelii obtidos de plantas de milho, apresentando sintomas de enfezamento, coletados em diferentes regiões do Brasil. Um fragmento de 500 pares de bases (pb) do gene que codifica a espiralina de S. kunkelii foi amplificado e um produto de amplificação de 1.200 pb foi gerado a partir do gene 16S rDNA de fitoplasma. As seqüências parciais do gene da espiralina mostraram similaridade de 98% entre os isolados de S. kunkelii analisados. Essas seqüências foram comparadas com a seqüência do gene da espiralina de outras espécies de Spiroplasma depositadas no GenBank, resultando em similaridade variável entre 76,9% e 88,1%. As seqüências do gene 16S rDNA dos isolados de fitoplasma foram completamente similares entre todos os isolados brasileiros e apresentaram até 98% de similaridade com seqüências do mesmo gene de outros fitoplasmas já publicadas. Uma variabilidade genética muito estreita foi detectada para esses genes entre os isolados de fitoplasma e Spiroplasma analisados. No entanto, outras regiões genômicas, que apresentem um maior polimorfismo precisam ser identificadas para melhor avaliar a diversidade genética dentro da população desses microrganismos.

The objective of this work was to characterize the genetic variability of phytoplasma and Spiroplasma kunkelii isolated from maize plants showing symptoms of stunt collected from different Brazilian geographic regions. A DNA fragment of 500 base pairs (bp) was amplified from the spiralin gene in S. kunkelii and one fragment of 1,200 bp was generated from 16S rDNA gene in phytoplasma. The partial sequences of the spiralin gene showed similarity of 98% among the isolates of S. kunkelii analyzed. These sequences were compared with the sequence of the spiralin gene from other Spiroplasma species deposited in the GenBank, resulting in a similarity varying from 76.9% to 88.1%. The 16S rDNA sequence from the phytoplasma were completely similar within the Brazilian isolates and showed up to 98% of the similarity with sequences already found from other phytoplasmas. A very narrow genetic variability was detected by these gene fragments within phytoplasma and Spiroplasma analyzed. However, other genomic regions with higher polymorphic levels shall be identified in order to better evaluate the genetic diversity within these microorganisms population.