Przewidywanie średnich cechy w populacjach potomstwa na podstawie parametrów biometryczno-genetycznych rodziców: modele i ich zastosowanie dla żyta ozimego
Wiesław Mądry
wieslaw_madry@sggw.edu.pl`Katedra Biometrii SGGW w Warszawie (Poland)
Tadeusz Śmiałowski
Zakład Oceny Jakości i Metod Hodowli Zbóż, IHAR Oddział w Krakowie (Poland)
Krzysztof Ukalski
Katedra Biometrii SGGW w Warszawie (Poland)
Abstrakt
Doświadczalna ocena średnich dla cech rolniczych w dużej liczbie kombinacji potomstwa z krzyżowań w pokoleniu F1 (jako mieszańców heterozyjnych F1 lub segregujących populacji) oraz w pokoleniach wsobnych jest kosztowna i czasochłonna. Zatem, te średnie powinny być możliwie dokładnie przewidywane za pomocą statystycznych modeli, opartych na oszacowaniach genetycznych parametrów dla rodziców z dostępnych danych genetycznych (głównie o markerach molekularnych) i fenotypowych (o samych rodzicach lub ich potomstwie). W pracy przedstawiono takie modele statystyczne (modele regresyjne) do przewidywania średnich cech w populacjach potomstwa roślin uprawnych, w których uwzględniono oszacowania biometryczno-genetycznych parametrów dla rodziców. Zastosowanie i ocenę przydatności tych modeli zobrazowano na przykładzie 7 cech rolniczych 27 populacji potomstwa F1 żyta ozimego, otrzymanych w czynnikowym układzie krzyżowań 9 odmian populacyjnych (formy mateczne) z 3 testerami (populacje ojcowskie). Rozważano dwa rodzaje modeli. Jeden z modeli pierwszego rodzaju zawiera tylko średnią cechy dla obu rodziców, drugi zaś, oprócz tej zmiennej prognozującej, zawiera jeszcze odległość genetyczną rodziców (odległość Mahalanobisa, D2, badanych cech lub bezwzględną różnicę średnich genotypowych rodziców dla rozpatrywanej cechy, |D|), jako drugą zmienną prognozującą. Dwa modele drugiego rodzaju mają podobną konstrukcję. Jeden jest oparty tylko na efektach GCA rodziców, drugi zaś zawiera zarówno tę zmienną prognozującą, jak i wymienione odległości genetyczne rodziców. W rozpatrywanych badaniach nad żytem ozimym największą dokładność przewidywania za pomocą modelu ze średnią obu rodziców stwierdzono dla dwóch cech o większym znaczeniu efektów addytywnych w ich uwarunkowaniu oraz o dużej zmienności rodziców i potomstwa. Model oparty na efektach GCA rodziców zawsze dokładniej przewidywał średnie populacji potomstwa F1, niż model poprzedni. Obie odległości genetyczne rodziców, wprowadzone do każdego z dwóch modeli pierwotnych, mało zwiększały dokładność przewidywania średnich populacji potomstwa F1.
Słowa kluczowe:
czynnikowy układ krzyżowań, efekty GCA, modele regresyjne do predykcji, odległość Mahalanobisa, przewidywanie średnich populacji potomstwa F1, średnia obu rodziców, żyto ozimeBibliografia
Ajmone Marsan P., Castiglioni P., Fusari F., Kuiper M., Motto M. 1998. Genetic diversity and its relationship to hybrid performance in maize as revealed by RFLP and AFLP markers. Theor. Appl. Genet. 96: 219 — 227.
DOI: https://doi.org/10.1007/s001220050730
Google Scholar
Argillier O., Méchin V., Barrière Y. 2000. Inbred line evaluation and breeding for igestibility-related traits in forage maize. Crop Sci. 40: 1596 — 1600.
DOI: https://doi.org/10.2135/cropsci2000.4061596x
Google Scholar
Bains, K. S., Sood K. C. 1984. Resolution of genetic divergence for choice of parents in soybean breeding. Crop Improv. 11: 20 — 24.
Google Scholar
Balzarini M. 2002. Applications of mixed models in plant breeding. In: M. S. Kang (Ed), Quantitative Genetics, Genomics and Plant Breeding, CAB International Wallingford, UK: 353 — 363.
DOI: https://doi.org/10.1079/9780851996011.0353
Google Scholar
Beattie A. D., Michaels T. E., Pauls K. P. 2003. Predicting progeny performance in common bean (Phaseolus vulgaris L.) using molecular marker-based cluster analysis. Genome 46: 259 — 267.
DOI: https://doi.org/10.1139/g03-002
Google Scholar
Bednarek P. T., Chwedorzewska K., Króliczak., Puchalski J., Zawada M. 1999. Wykorzystanie markerów genetycznych typu ALFP do badań zmienności genetycznej linii wsobnych żyta. Biul. IHAR 211: 219 — 228.
Google Scholar
Bernardo R. 1995. Genetic models for predicting maize single-cross performance in unbalanced yield trial data. Crop Sci. 35: 141–147.
DOI: https://doi.org/10.2135/cropsci1995.0011183X003500010026x
Google Scholar
Bhatt G. M. 1973. Comparison of various methods of selecting parents for hybridization in common bread wheat (Triticum aestivum L.). Aust. J. Agric. Res. 24: 457 — 464.
DOI: https://doi.org/10.1071/AR9730457
Google Scholar
Bohn M., Utz H. F., Melchinger A. E. 1999. Genetic similarities among winter wheat cultivars determined on the basis of RFLPs, AFLPs, and SSRs and their use for predicting progeny variance. Crop Sci. 39: 228 — 237.
DOI: https://doi.org/10.2135/cropsci1999.0011183X003900010035x
Google Scholar
Camussi A., Ottaviano E., Caliński T., Kaczmarek Z. 1985. Genetic distances based on quantitative traits. Genetics 111: 945 — 962.
DOI: https://doi.org/10.1093/genetics/111.4.945
Google Scholar
Charcosset A., Bonnisseau B., Touchebeuf O., Burstin J., Dubreuil P., Barrière Y., Gallais A., Denis J. B. 1998. Prediction of maize hybrid silage performance using marker data: comparison of several models for specific combining ability. Crop Sci. 38: 38 — 44.
DOI: https://doi.org/10.2135/cropsci1998.0011183X003800010007x
Google Scholar
Charcosset A., Denis J. B., Lefort-Buson M., Gallais A. 1993. Modelling interaction from top-cross data and prediction of F1 hybrid value. Agronomie 13: 597 — 608.
DOI: https://doi.org/10.1051/agro:19930704
Google Scholar
Charcosset A., Essioux L. 1994. The effect of population structure on the relationship between heterosis and heterozygosity at marker loci. Theor. Appl. Genet. 89: 336 — 343.
DOI: https://doi.org/10.1007/BF00225164
Google Scholar
Charcosset A., Lefort-Buson M., Gallais A. 1991. Relationship between heterosis and heterozygosity at marker loci: a theoretical computation. Theor. Appl. Genet. 81: 571 — 575.
DOI: https://doi.org/10.1007/BF00226720
Google Scholar
Charcosset A., Lefort-Buson M., Gallais A. 1990. Use of top-cross design for predicting performance of maize single cross hybrid. Maydica 35: 23 — 27.
Google Scholar
Corbellini M., Perenzin M., Accerbi M., Vaccino P., Borghi B. 2002. Genetic diversity in bread wheat, as revealed by coefficient of parentage and molecular markers, and its relationship to hybrid performance. Euphytica 123: 273 — 285.
DOI: https://doi.org/10.1023/A:1014946018765
Google Scholar
Dias L. A. S., Picoli E. A. T., Rocha R. B., Alfenas A. C. 2004. A priori choice of hybrid parents in plants. Genet. Mol. Res. 3: 356 — 368.
Google Scholar
Falconer D. S., Mackey T. F. 1996. Introduction to quantitative genetics. Longman Group Ltd, Londyn.
Google Scholar
Geleta L. F., Labuschagne M. T., Viljoen C. D. 2004. Relationship between heterosis and genetic distance based on morphological traits and AFLP markers in pepper. Plant Breeding 123: 467 — 473.
DOI: https://doi.org/10.1111/j.1439-0523.2004.01017.x
Google Scholar
Gopal J., Minocha J. L. 1997. Genetic divergence for cross prediction in potato. Euphytica 97: 269 — 275.
DOI: https://doi.org/10.1023/A:1003076207221
Google Scholar
Gopal J. 1998. Identification of superior parents and crosses in potato breeding programmes. Theor. Appl. Genet. 96: 287 — 293.
DOI: https://doi.org/10.1007/s001220050738
Google Scholar
Gumber R. K., Schill B., Link W., Kittlitz E., Melchinger A. E. 1999. Mean, genetic variance, and usefulness of selfing progenies from intra- and inter-pool crosses in faba beans (Vicia faba L.) and their prediction from parental parameters. Theor. Appl. Genet. 98: 569 — 580.
DOI: https://doi.org/10.1007/s001220051106
Google Scholar
Kaczmarek J., Bujak H., Kadłubiec W. 2001. Ocena podobieństwa linii wsobnych żyta ozimego na podstawie analizy wybranych cech. Biul. IHAR 218/219: 379 — 387.
Google Scholar
Łuczkiewicz T., Kaczmarek Z. 2004. The influence of morphological differences between sunflower inbred lines on their SCA effects for yield components. J. Appl. Genet. 45: 175 — 182.
Google Scholar
Maris B. 1989. Analysis of an incomplete diallel cross among three ssp. tuberosum varieties and seven long day adapted ssp. andigena clones of the potato (Solanum tuberosum L.). Euphytica 41: 163 — 182.
DOI: https://doi.org/10.1007/BF00022425
Google Scholar
Mather K., Jinks J. L.1982. Biometrical genetics. Chapman and Hall, Londyn.
DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4899-3406-2
Google Scholar
Mądry W., Krajewski P., Pluta S., Żurawicz E. 2004. Wielocechowa analiza wartości hodowlanej i zróżnicowania genetycznego odmian porzeczki czarnej (Ribes nigrum L.) na podstawie efektów ogólnej zdolności kombinacyjnej. Acta Scient. Polon. Hortorum. Cultus 3: 93 — 109.
Google Scholar
Melchinger A. E., Gumber R. K., Leipert R. B., Vuylsteke M., Kuiper M. 1998. Prediction of testcross means and variances among F3 progenies of F1 crosses from testcross means and genetic distances of their parents in maize. Theor. Appl. Genet. 96: 503 — 512.
DOI: https://doi.org/10.1007/s001220050767
Google Scholar
Menkir A., Ayodele M. 2005. Genetic analysis of resistance to gray leaf spot of midaltitude maize inbred lines. Crop Sci. 45: 163 — 170.
DOI: https://doi.org/10.2135/cropsci2005.0163a
Google Scholar
Oettler G., Burger H., Melchinger A.E. 2003. Heterosis and combining ability for grain yield and other agronomic traits in winter triticale. Plant Breeding 122: 318 — 321.
DOI: https://doi.org/10.1046/j.1439-0523.2003.00877.x
Google Scholar
Oury F. X., Brabant P., Bérard P., Pluchard P. 2000. Predicting hybrid value in bread wheat: biometric modelling based on a ”top-cross" design. Theor. Appl. Genet. 100: 96 — 104.
DOI: https://doi.org/10.1007/PL00002905
Google Scholar
Reif J. C., Melchinger A. E., Xia X. C., Warburton M. L., Hoisington D. A., Vasal S. K., Beck D., Bohn M., Frisch M. 2003. Use of SSRs for establishing heterotic groups in subtropical maize. Theor. Appl. Genet. 107: 947 — 957.
DOI: https://doi.org/10.1007/s00122-003-1333-x
Google Scholar
Riday H., Brummer E. C., Campbell T. A, Luth D., Cazcarro P.M. 2003. Comparisons of genetic and morphological distance with heterosis between Medicago sativa subsp. sativa and subsp. falcata. Euphytica 131: 37 — 45.
DOI: https://doi.org/10.1023/A:1023050126901
Google Scholar
Riday H., Brummer E. C. 2005. Heterosis in a broad range of alfalfa germplasm Crop Sci. 45: 8 — 17.
DOI: https://doi.org/10.2135/cropsci2005.0008a
Google Scholar
Rodriguez-Burruezo A., Prohens J., Nuez F. 2003. Performance of hybrid segregating populations of pepino (Solanum mulic × atum) and its relation to genetic distance among parents. J. Hort. Sci. Biot. 78: 911 — 918.
DOI: https://doi.org/10.1080/14620316.2003.11511718
Google Scholar
SAS/STAT User's Guide, Version 8.2. 2002. SAS Institute, Cary NC.
Google Scholar
Schut J. W., Dourleijn C. J. 2000. Prediction of barley progeny performance in the presence of genotype-environment interaction. Plant Breeding 119: 47 — 50.
DOI: https://doi.org/10.1046/j.1439-0523.2000.00445.x
Google Scholar
Smith J. S. C. and Smith O. S.. 1989. The description and assessment of distances between inbred lines of maize: I. The use of morphological traits as descriptors. Maydica 34: 141 — 150.
Google Scholar
Śmiałowski T., Węgrzyn S. 2001. Addytywno-dominujący sposób działania genów odpowiedzialnych za dziedziczenie różnych cech rolniczych u żyta ozimego. Pam. Puł. 128: 247 — 256.
Google Scholar
Śmiałowski T., Węgrzyn S. 2003. Genetyczno-statystyczne parametry dziedziczenia cech użytkowych żyta ozimego (Secale cereale L.). Biul. IHAR 230: 205 — 214.
Google Scholar
Utz H. F., Bohn M., Melchinger A. E. 2001. Predicting progeny means and variances of winter wheat crosses from phenotypic values of their parents. Crop Sci. 41: 1470 — 1478.
DOI: https://doi.org/10.2135/cropsci2001.4151470x
Google Scholar
Van Esbroeck G. A., Bowman D. T., May O. L., Calhoun D. S. 1999. Genetic similarity indices for ancestral cotton cultivars and their impact on genetic diversity estimates of modern cultivars. Crop Sci. 39:323–328.
DOI: https://doi.org/10.2135/cropsci1999.0011183X003900020003x
Google Scholar
Vuylsteke M., Kuiper M., Stam P. 2000. Chromosomal regions involved in hybrid performance and heterosis: their AFLP®-based identification and practical use in prediction models. Heredity 85: 208 — 218.
DOI: https://doi.org/10.1046/j.1365-2540.2000.00747.x
Google Scholar
Yan W., Rajcan I. 2003. Prediction of cultivar performance based on single vs. multiple year trials. Crop Sci. 43: 549 — 555.
DOI: https://doi.org/10.2135/cropsci2003.5490
Google Scholar
Autorzy
Tadeusz ŚmiałowskiZakład Oceny Jakości i Metod Hodowli Zbóż, IHAR Oddział w Krakowie Poland
Autorzy
Krzysztof UkalskiKatedra Biometrii SGGW w Warszawie Poland
Statystyki
Abstract views: 33PDF downloads: 6
Licencja
Prawa autorskie (c) 2005 Wiesław Mądry, Tadeusz Śmiałowski, Krzysztof Ukalski
Utwór dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa – Na tych samych warunkach 4.0 Miedzynarodowe.
Z chwilą przekazania artykułu, Autorzy udzielają Wydawcy niewyłącznej i nieodpłatnej licencji na korzystanie z artykułu przez czas nieokreślony na terytorium całego świata na następujących polach eksploatacji:
- Wytwarzanie i zwielokrotnianie określoną techniką egzemplarzy artykułu, w tym techniką drukarską oraz techniką cyfrową.
- Wprowadzanie do obrotu, użyczenie lub najem oryginału albo egzemplarzy artykułu.
- Publiczne wykonanie, wystawienie, wyświetlenie, odtworzenie oraz nadawanie i reemitowanie, a także publiczne udostępnianie artykułu w taki sposób, aby każdy mógł mieć do niego dostęp w miejscu i w czasie przez siebie wybranym.
- Włączenie artykułu w skład utworu zbiorowego.
- Wprowadzanie artykułu w postaci elektronicznej na platformy elektroniczne lub inne wprowadzanie artykułu w postaci elektronicznej do Internetu, lub innej sieci.
- Rozpowszechnianie artykułu w postaci elektronicznej w internecie lub innej sieci, w pracy zbiorowej jak również samodzielnie.
- Udostępnianie artykułu w wersji elektronicznej w taki sposób, by każdy mógł mieć do niego dostęp w miejscu i czasie przez siebie wybranym, w szczególności za pośrednictwem Internetu.
Autorzy poprzez przesłanie wniosku o publikację:
- Wyrażają zgodę na publikację artykułu w czasopiśmie,
- Wyrażają zgodę na nadanie publikacji DOI (Digital Object Identifier),
- Zobowiązują się do przestrzegania kodeksu etycznego wydawnictwa zgodnego z wytycznymi Komitetu do spraw Etyki Publikacyjnej COPE (ang. Committee on Publication Ethics), (http://ihar.edu.pl/biblioteka_i_wydawnictwa.php),
- Wyrażają zgodę na udostępniane artykułu w formie elektronicznej na mocy licencji CC BY-SA 4.0, w otwartym dostępie (open access),
- Wyrażają zgodę na wysyłanie metadanych artykułu do komercyjnych i niekomercyjnych baz danych indeksujących czasopisma.
Inne teksty tego samego autora
- Joanna Ukalska, Krzysztof Ukalski, Tadeusz Śmiałowski, Wiesław Mądry, Badanie zmienności i współzależności cech użytkowych w kolekcji roboczej pszenicy ozimej (Triticum aestivum L.) za pomocą metod wielowymiarowych. Część II. Analiza składowych głównych na podstawie macierzy korelacji fenotypowych i genotypowych , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 249 (2008): Wydanie regularne
- Dariusz Gozdowski, Wiesław Mądry, Zdzisław Wyszyński, Analiza korelacji i współczynników ścieżek w ocenie współzależności plonu ziarna i jego składowych u dwóch odmian jęczmienia jarego , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 248 (2008): Wydanie regularne
- Wiesław Mądry, Dariusz Gozdowski, Historia rozwoju statystycznych metod planowania i analizy doświadczeń rolniczych na świecie oraz w Polsce , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 288 (2020): Wydanie regularne
- Krzysztof Ukalski, Joanna Ukalska, Tadeusz Śmiałowski, Wiesław Mądry, Badanie zmienności i współzależności cech użytkowych w kolekcji roboczej pszenicy ozimej (Triticum aestivum L.) za pomocą metod wielowymiarowych. Część I. Korelacje fenotypowe i genotypowe , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 249 (2008): Wydanie regularne
- Marcin Studnicki, Wiesław Mądry, Tadeusz Śmiałowski, Wielocechowa analiza różnorodności fenotypowej w kolekcji roboczej pszenicy jarej , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 252 (2009): Wydanie regularne
- Anna Rajfura, Wiesław Mądry, Tadeusz Drzazga, Marzena Iwańska, Wydzielanie grup miejscowości na podstawie serii doświadczeń wielokrotnych ze zmiennym składem odmian w latach przy użyciu pakietu SEQRET. Część II. Przykład dla plonu ziarna z doświadczeń przedrejestrowych z pszenicą ozimą , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 250 (2008): Wydanie regularne
- Tadeusz Śmiałowski, Stanisław Węgrzyn, Maria Stachowicz, Analiza zmienności i korelacji ważnych cech technologicznych rodów i odmian pszenicy ozimej , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 249 (2008): Wydanie regularne
- Adriana Derejko, Wiesław Mądry, Dariusz Gozdowski, Jan Rozbicki, Jan Golba, Mariusz Piechociński, Marcin Studnicki, Wpływ odmian, miejscowości i intensywności uprawy oraz ich interakcji na plon pszenicy ozimej w doświadczeniach PDO , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 259 (2011): Wydanie regularne
- Dariusz Gozdowski, Wiesław Mądry, Charakterystyka i empiryczne porównanie prostej oraz złożonej analizy ścieżek w ocenie determinacji plonu roślin przez ich cechy plonotwórcze. Część I. Prezentacja stosowanych metod , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 249 (2008): Wydanie regularne
- Stanisław Pluta, Wiesław Mądry, Edward Żurawicz, Marcin Kozak, Analiza statystyczna zależności plonu owoców u porzeczki czarnej (Ribes nigrum L.) od dwóch składowych multiplikatywnych , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 249 (2008): Wydanie regularne
