Influence of multi-trait modeling, dominance, and population structure in genomic prediction of maize hybrids

Autor: Lyra, Danilo Hottis
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2017
Předmět:
Druh dokumentu: Tese de Doutorado
Popis: Genomic prediction of single-crosses is a promising tool in maize breeding, increasing genetics gains and reducing selection time. A strategy that can increase accuracy is applying multiple-trait genomic prediction using selection indices, which take into account the performance under optimal and stress conditions. Moreover, factors such as dominance, structural variants, and population structure can influence the accuracy of estimates of genomic breeding values (GEBV). Therefore, the objectives were to apply genomic prediction (i) including multi-trait models, (ii) incorporating dominance deviation and copy number variation effects, and (iii) controlling population structure in maize hybrids. Hence, we used two maize datasets (HELIX and USP), consisting of 452 and 906 maize single-crosses. The traits evaluated were grain yield, plant and ear height, stay green, and four selection indices. From multi-trait GBLUP and GK, using the combination of selection indices in MTGP is a viable alternative, increasing the selective accuracy. Furthermore, our results suggest that the best approach is predicting hybrids including dominance deviation, mainly for complex traits. We also observed including copy number variation effects seems to be suitable, due to the increase of prediction accuracies and reduction of model bias. On the other hand, adding four different sets of population structure as fixed covariates to GBLUP did not improve the prediction accuracy for grain yield and plant height. However, using nonmetric multidimensional scaling dimensions and fineSTRUCTURE group clustering increased reliability of the GEBV for GY and PH, respectively.
Predição genômica de híbridos simples é uma promissora ferramenta no melhoramento de milho, pois permite aumentar os ganhos genéticos por unidade de tempo, principalmente por reduzir o tempo de seleção. Uma estratégia que pode aumentar a acurácia das predições genômicas é realizar esta para múltiplos caracteres considerando os mesmos simultâneamente, ou utilizar índices de seleção, os quais captam a performance dos genótipos tanto em condições ótimas como em condições de estresse. Além disso, fatores como dominância, variantes estruturais, e estruturação populacional podem influenciar a acurácia de estimativas dos valores genéticos genômicos (VGG). Portanto, os objetivos foram aplicar predição genômica em híbridos de milho (i) incluindo modelos multi-trait, (ii) incorporando desvios de dominância e efeitos da variação no número de cópias, e (iii) controlando a estruturação populacional. Para isto, dois conjuntos de milho (HELIX e USP) foram utilizados, consistindo de 452 e 906 híbridos simples. Os caracteres avaliados foram produtividade de grãos, altura de planta e espiga, senescência, e quatro índices de seleção. A partir das análises multi-trait dos modelos GBLUP e GK, pôde-se concluir que a combinação dos índices é uma alternativa viável, aumentando a acurácia seletiva. Além disso, os resultados sugerem que o melhor método é a predição de híbridos incluindo desvios de dominância, principalmente para caracteres complexos. Observou-se também que incluir efeitos relacionados a variação no número de cópias indica ser adequado, devido ao aumento da acurácia e redução do viés nos modelos de predição genômica. Por outro lado, a acurácia de predição não aumentou quando se adicionou quatro diferentes conjuntos de estruturação como covariáveis fixas no modelo GBLUP. No entanto, usando o escalonamento multidimensional não métrico e o agrupamento do fineSTRUCTURE aumentaram a confiabilidade de estimação do VGG para produtividade de grãos e altura de plantas, respectivamente.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
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