Caracterização molecular, morfoagronômica e de qualidade de grãos de genótipos elite de cevada irrigada no cerrado

Abstract

A versatilidade da cevada (Hordeum vulgare L.) em adaptar-se a diversos ambientes e a sua importância econômica proporcionou sua introdução no Cerrado, como cultura irrigada de inverno, na década de 70. Contudo, o êxito da sua inserção dentro do sistema de produção no Cerrado necessita de estudos contínuos e direcionados ao desenvolvimento de cultivares mais produtivas, com maior qualidade malteira e mais adaptadas. A caracterização e avaliação dos recursos genéticos da cevada, mediante caracterização agronômica e de qualidade e aliando o emprego de técnicas moleculares é a base do sucesso dos programas de melhoramento genético. Neste trabalho, objetivou-se gerar informações moleculares, morfoagronômicas e de qualidade de grãos, por meio da caracterização de genótipos elite de cevada irrigada e de estimativas de parâmetros genéticos, visando explorar mais eficientemente a variabilidade genética existente e permitir o desenvolvimento de variedades mais produtivas, com maior qualidade malteira e adaptadas a diferentes condições edafoclimáticas sob irrigação no Cerrado. Conduziu-se o ensaio na área experimental da Embrapa Cerrados, Planaltina, DF, situada a 15º35’ 30’’ de latitude Sul e 47º42’30’’ de longitude Oeste, numa altitude de 1.007 m, sob sistema de irrigação convencional. Foram avaliados 39 genótipos elite de cevada, hexástica e dística, provenientes da Coleção de Trabalho da Embrapa Cerrados, de origens diversas, adotando-se o delineamento experimental de blocos ao acaso, com quatro repetições. A variabilidade genética foi estimada utilizando 12 caracteres morfoagronômicos quantitativos, 10 caracteres de qualidade malteira e com base em 160 marcadores moleculares RAPD. Foram obtidos 160 marcadores RAPD, dos quais 141 (88,12%) foram polimórficos encontrando-se elevada variabilidade genética, passível de ser utilizada no melhoramento genético. Observou-se a existência de variabilidade genética entre os genótipos de cevada avaliados para caracteres qualitativos malteiros, sendo que os caracteres qualitativos que mais contribuíram para a divergência genética foram o nitrogênio solúvel e β-glucanas. A dissimilaridade genética de acessos elite de cevada com base em características morfoagronômicas foi estimada com base na distância generalizada de Mahalanobis e as análises de agrupamento foram realizadas utilizando como critério o método do UPGMA e o método das coordenadas principais. Foram observadas diferenças altamente significativas entre os genótipos para todas as características avaliadas. As características que mais contribuíram para a variabilidade foram a área foliar da folha bandeira e o espigamento, enquanto o teor de proteína e o acamamento foram as que menos contribuíram. Foi verificada uma tendência de agrupamento dos materiais dísticos e hexásticos. As correlações genotípicas encontradas foram, para todos os caracteres, em valores absolutos, superiores às suas correspondentes correlações fenotípicas e ambientais. Houve grande contribuição dos fatores genéticos na expressão dos caracteres e a acurácia seletiva foi alta para todos os caracteres. As elevadas magnitudes dos coeficientes de variação genética e das estimativas da herdabilidade ampla indicaram a existência de variabilidade genética apontando a possibilidade de obterem-se ganhos genéticos com a seleção para todos os caracteres. As distâncias genéticas estimadas com base em marcadores moleculares, características quantitativas e qualitativas foram fracamente correlacionadas, evidenciando a complementaridade dos diferentes grupos de características no estudo da diversidade genética. A utilização de índices de seleção e a análise da dispersão gráfica dos genótipos permitiram a seleção de genótipos promissores e indicação de cruzamentos para maximizar efeitos heteróticos e complementaridade gênica no programa de melhoramento genético da cevada irrigada no Cerrado. Como resultado finalístico desse trabalho, foi selecionada a BRS Savanna, para o cultivo em Goiás, Minas Gerais e do Distrito Federal. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

The economic importance of barley (Hordeum vulgare L.) and its versatility to adapt to diverse environments afforded its introduction in the Savanna in the 70s as an irrigated winter crop. However, the success of the integration of barley within the production system in the Savanna requires continuous research and directed the development of more productive cultivars with higher malt quality and better adapted to the environment. The agronomical and quality characterization and evaluation of genetic resources of barley combining the use of molecular techniques is the basis for success of breeding programs. This work aimed to generate agronomic, grain quality and molecular information, through the characterization and the estimation of genetic parameters using a collection of elite genotypes. This information would allow to explore more efficiently the genetic variability and to enable the development of more productive varieties with higher malt quality and adapted to different soil and climatic conditions under irrigation in the Savanna. The experiments were conducted at the Embrapa Cerrados, Planaltina, DF, Brazil, located at 15°35'30" S latitude, 47°42'30" E longitude and 1.007 m located at 15º35'30'', under conventional sprinkling irrigation system. Thirty-nine elite, two and six-rowed barley genotypes from a Working Collection of Embrapa Cerrados from various origins, were evaluated, in a randomized complete block design with four replications. Genetic variability was estimated using 12 quantitative morphological characteristics, 10 parameters of malt quality and based on 160 RAPD markers. From the160 RAPD markers, 141 (88.12%) were polymorphic indicating high genetic variability, which can be used in breeding. It was observed that there is genetic variability for the malting qualitative traits among the barley genotypes evaluated, and the qualitative traits that contributed the most to the genetic diversity were soluble nitrogen and β-glucans. The genetic diversity of elite barley accessions based on agro-morphological traits was estimated based on the Mahalanobis distance and cluster analyses were performed using as criteria the UPGMA method and the method of principal coordinates. Highly significant differences were found among the genotypes for all traits evaluated. The traits that most contributed to the variability were the flag leaf area and silking, while the protein content and lodging were the traits that contributed the least. A cluster tendency of two and six-rowed samples was observed. The genotypic correlations found for all traits were greater than their corresponding phenotypic and environmental correlations. A significant influence of genetic factors on the traits expression was observed and it could be concluded that the phenotypic expression is decreased depending on the environment conditions. The selection accuracy was rated high for all traits. The high values found in the estimation of the coefficients of genetic variation and broad sense heritability indicated the existence of large genetic variability, allowing the possibility of obtaining genetic gains through the selection for all characters. The genetic distances estimated by molecular markers on quantitative and qualitative traits were weakly correlated, showing the complementarily of different groups of features in the study of genetic diversity. The use of selection indices and graphical analysis of the dispersion of genotypes allowed the selection of promising genotypes and directing crosses to maximize complementarily and heterosis effects on a genetic breeding program of irrigated barley in the Savanna. As a result of this advanced work the variety Savanna BRS was selected for cultivation in the Brazilian States of Goiás, Minas Gerais and Federal District.