Molecular tools in genetic breeding of Megathyrsus maximus for semiarid region: a review

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v9i10.8675

Keywords:

Tropical forage; Semiarid; Molecular markers; Panicum maximum.

Abstract

The need to have food available to the herd, throughout the year, generates efforts to develop methods and techniques to adapt tropical forages to regions with water deficit. In this perspective, the objective of this research was to carry out a literature review on forage grasses of the species Megathyrsus maximus and molecular tools for its improvement, in view of the adaptation capacity of the species to the Brazilian semiarid environment. To this end, information was obtained through publications in national and international databases, intellectual property databases and agencies with cultivar protection. The results achieved were favorable, in terms of characteristics, productive potential and resilience of forages of the genus Megathyrsus. Studies are suggested in order to select a species with a high tolerance potential to water deficit, through adaptation, persistence and high mass production, aided by molecular markers to complement and optimize the agronomic information that takes into account the climate-soil-plant relationship.

References

Associação Brasileira das Indústrias da Alimentação (2019). Obtido em https://www.abia.org.br/vsn/temp/z2019422RelatorioAnual2018.pdf

Associação Brasileira de Sementes e Mudas (2019). Obtido em http://www.abrasem.com.br/europa-reconhece-a-certificacao-para-sementes-de-cereais-e-

Amabile, R. F., Vilela M S., Peixoto, J. R. (2018) Melhoramento de plantas: variabilidade genética, ferramentas e mercado. Brasília, DF: Pro impress: Sociedade Brasileira de Melhoramento de Plantas, 108. Recuperado em https://docplayer.com.br/112187932-Melhoramento-de-plantas-variabilidade-genetica-ferramentas-e-mercado.html

Azevedo, A. L. S., Pereira, J. F & Machado, J. C (2019) Melhoramento de Forrageiras na era genômica. Brasília. DF. Embrapa. 262.

Araújo Filho, J. A & SILVA, N. L. (2000) Impacto do pastoreio de ovinos e caprinos sobre os recursos forrageiros do semiárido. In: IV Seminário Nordestino de Pecuária, Fortaleza,11-18.

Baranski, M. R. (2015) The wide adaptation of green revolution wheat: international roots and Indian context of new plant breeding ideal, 1960-1970. Stud Hist Philos Biol Biomed Sci, 50, 41–50.

Bluma-Marques, A. C., Chiari, L., Agnes, D. C., Jank, L & Pagliarini, M. S (2014) Molecular markers linked to apomixis in Panicum maximum. African Journal of Biotechnology, 13, 2198–2202.

Bered, F. B., Neto, J. F & Carvalho F. I. F. (1997) Marcadores moleculares e sua aplicação no melhoramento genético de plantas. Ciência Rural, 27(3), 513-520.

Bespalhok, F. J. C., Guerra, E. P., Oliveira, R. (1999) Introdução ao Melhoramento de Plantas. In: BESPALHOK F., J.C.; GUERRA, E.P.; OLIVEIRA, R. Melhoramento de Plantas. Disponível em www.bespa.agrarias.ufpr.br., p.1-9 http://www.bespa.agrarias.ufpr.br/ paginas/ livro/capitulo%201.pdf

Borém, A & Caixeta. E. (2016) Marcadores Moleculares.Viçosa, MG: Ed. UFV.

Brondani, C., Brondani, R. P. V. (2004) Germoplasma: base para a nova agricultura. Ciência Hoje. Belo Horizonte, 35(207), 70-73.

Bueno, L. G., Galvani, D. B., Diniz, F. M., Jank, L., Bezerra, J. W & Jesus, A. A. (2019) Caracterização e seleção de genótipos de Megathyrsus maximus de porte baixo com potencial de uso na região semiárida brasileira. Boletim de Pesquisa e Desenvolvimento 10. Embrapa. Recuperado em https://ainfo.cnptia.embrapa.br/digital/bitstream/item/209511/1/CNPC-2019-BPD-10.pdf

Carvalho, P. C. F., Kozloski, G.V., Ribeiro Filho, H. M. N., Reffatti, M.V., Genro ,T. C. M & Euclides, V. P. B. (2007). Avanços metodológicos na determinação do consumo de ruminantes em pastejo. Revista Brasileira de Zootecnia, 36,51-170.

Cavalcante, A. C. R.; Araújo, J. F., Carneiro, M. S; Souza, H. A., Tonucci, R. G. Rogerio, M. C. P. & Vasconcelos, E. C. G (2014). Potential Use of Tropical Grass for Deferment in Semi-Arid Region. American Journal of Plant Sciences, 5,907-914.

Confederação da Agricultura e Pecuária do Brasil (2019). Obtido em https://www.cnabrasil.org.br/cna/panorama-do-agro

Chandra, A & Tiwari, K. K. (2010) Isolation and characterization of microsatellite markers from guineagrass (Panicum maximum) for genetic diversity estimate and cross-species amplification. Plant Breeding, 129,120-124.

Collard, B. C.Y., Jahufer, M. Z., Brouwer, J. B & Pang, E. C. K. (2005) An introduction to markers, quantitative trait loci (QTL) mapping and marker-assisted selection for crop improvement: the basic concepts. Euphytica, 142, 169–196.

Cui, Z., Carter, T. E., Burton, J.W & Wells, R. (2001) Phenotypic diversity of modern Chinese and North American soybean cultivars. Crop Science, 41, 1954-1967.

Dar, A. A., Mahajan, R & Sharma, S. (2019) Molecular markers for characterization and conservation of plant genetic resources. Indian Journal of Agricultural Sciences. 89, 1755–63.

Davey, M. R., Anthony, P., Power, J. B & Lowe K. C. (2005) Plant protoplasts: status and biothecnological perspectives. Biotechnology Advances, 23,131-171.

Davey, J. W., Hohenlohe, P. A., Etter, P. D., Boone, J. Q., Catchen, J. M & Blaxter, M. L. (2011) Genome-wide genetic marker discovery and genotyping using next-generation sequencing Nature Reviews Genetic, 12, 499–510.

Deo, T., Ferreira, R. C.U., Lara, L. A. C., Moraes, A. C. L., Alves-Pereira. A., de Oliveira, F. A.; Garcia, A. A. F., Santos, M. F.; Jank, L & Souza, A. P. (2020) High-Resolution Linkage Map With Allele Dosage Allows the Identification of Regions Governing Complex Traits and Apospory in Guinea Grass (Megathyrsus maximus). Frontiers in Plant Science, 11 (15).

Destro, D & Montalban, R. (1999) Introdução de plantas autógamas. In: Destro, D., Montalban, R. (eds) Melhoramento genético de plantas. Editora UEL, 181-187.

Ebina, M., Nakagawa, H., Yamamoto, T., Araya, H., Tsuruta, S., Takahara, M & Nakajima, K. (2005) Co-segregation of AFLP and RAPD markers to apospory in Guineagrass (Panicum maximum Jacq.). Grassland Science. 51, 71–78.

Empresa Brasileira de pesquisa e Agropecuária. (2020) https://www.comprerural.com/embrapa-divulga-custos-de-cada-forrageiras-lancada/

Elshire, R J., Glaubitz, J. C., Sun Q., Poland, J. A., Kawamoto, K., Buckler, E. S & Mitchell, S. E. (2011) A robust, simple genotyping-by-sequencing (GBS) approach for high diversity species. Plos One. 6 (5), 19379.

Euclides, V, P, B., Euclides Filho, K .(1997) Avaliação de forrageiras sob pastejo. 85-111. In: Jobim, C. C.; Santos, G. T., Cecato, U. (eds.) Anais do Simpósio sobre Avaliação de Pastagens com Animais. Universidade Estadual de Maringá, Maringá, PR, 13-14 .

Faleiro, F. G., Junqueira, N, T. V., Braga, M. F & Peixoto, J. R. (2008) Caracterização de germoplasma e melhoramento genético do maracujazeiro assistidos por marcadores moleculares: resultados de pesquisa. Boletim de Pesquisa e Desenvolvimento, (207) 59.

Ferrazza, R. A., Lopes, M. A., De Moraes F & Pascoti, F. R .B .(2015) Índices de desempenho zootécnico e econômico de sistemas de produção de leite com diferentes níveis tecnológicos. Semina: Ciências Agrárias, 36, 485-496.

Freitas, F. P., Fonseca, D. M., Santos, Braz. T. G., Martuscello J A & Santos, M. E .R .(2012) Forage yield and nutritive value of Tanzania grass under nitrogen supplies and plant densities. Revista Brasileira de Zootecnia, 41, 864-872.

Ferreira, M. E., Moretzsohn, M. C & Buso, G. S. C. (2007) Fundamentos da caracterização molecular de germoplasma vegetal. In: Nass, L. L. (Ed.) Recursos genéticos vegetais. Brasília, DF: Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia, 377-420

Sistema Global de Informação sobre Biodiversidade (2019). Obtido em https://www.gbif.org/species/2705868

Gonzalez-Herandez, J. L., Sarath, G., Stein, J. M., Owens, V., Gedye K & Boe, A. (2009) A multiple species approach to biomass production from native herbaceous perennial feedstocks. In Vitro Cell Dev Biol Plant, (45), 267–281.

Gupta, P. K., Varshney, R. K. (2000) The development and use of microsatellite markers for genetic analysis and plant breeding with emphasis on bread wheat Euphytica , 113, 163-185.

Hasan, N. Molecular Markers (2019). 10.13140/RG.2.2.12738.32965. Obtido em https://www.researchgate.net/publication/336829789

Jiang, G. L. (2013) Molecular markers and marker-assisted breeding in plants. (ed. Andersen S.B). In Plant breeding from laboratories to fields. Rijeka: InTechOpen; Copenhagen.

Jaccoud D., Peng, K., Feinstein, D & Kilian, A. (2001) Diversity arrays: a solid state technology for sequence information independent genotyping. Nucleic Acids Research, 29, 25.

Jank. L., Resende. R .M. S., do Valle,. C B., Resende, M .D. V., Chiari L., Cançado. L. J & Simione, C . (2008) Melhoramento Genético de Panicum maximum Jacq. In: RESENDE, R. M. S.; VALLE, C. B.; JANK, L. (Ed.). Melhoramento de forrageiras tropicais. 1.ed. Campo Grande, MS: Embrapa Gado de Corte, 55-87.

Jank, L. Melhoramento e seleção de variedades de Panicum maximum (1995). In: Simpósio sobre Manejo da Pastagem, 12., Piracicaba. Anais... Piracicaba: Fealq, 21-58

Kebriyaee, D., Kordrostami M., Rezadoost M. H., Lahiji H. S. (2012) QTL Analysis of Agronomic Traits in Rice Using SSR and AFLP Markers. Notulae Scientia Biologicae, 4, 116-123.

Laboratório de Processamento de Imagem e Geoprocessamento (2019). Obtido em https://pastagem.org/atlas/map

Lara, L . A. C. (2017) Statistical models for genomic selection in Panicum maximum considering allelic dosage. Tese (Doutorado). Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz. Piracicaba, USP. Brasil.

Li, G. McVetty, P. B. E & Quiros. C. F. (2013) SRAP molecular marker technology in plant science. In Plant breeding from laboratories to fields. (ed. S. B. Andersen). Rijeka: InTechOpen, Copenhagen.

Martuscello, J. A., Jank, L., Fonseca, D. M. D., Cruz, C. D & Cunha, N. F. V de. (2007) Repetibilidade de caracteres agronômicos em Panicum maximum Jacq. Revista Brasileira de Zootecnia, (36), 1975-1981.

Mateu-Andres, I & Paco, L (2005). Allozymic differentiation of the Antirrhinum majus and A. siculum species groups. Annals Botany, 95 (3) 465–473.

Masuka, B., Atlin, G. N., Olsen, M., Magorokosho, C., Labuschagne, M., Crossa, J., Bänziger, M., Pixley, K. V.,Vivek, B. S., Von , B. A.,Macrobert, J., Alvarado, G., Prasanna, B. M., Makumbi, D., Tarekegne, A., Das B., Zaman-Allah, M & Cairns, J. E. (2017) Gains in maize genetic improvement in eastern and southern Africa: i CIMMYT hybrid breeding pipeline. Crop Science, 57, 168–179.

Mondini. L., Noorani A & Pagnotta, M. A. (2009) Assessing plant genetic diversity by molecular tools. Diversity,1 (1), 19–35.

Morais, T. P., LUZ, J .M .Q., Silva, S .M., Resende, R. F., Silva, A. S. (2012) Aplicações da cultura de tecidos em plantas medicinais. Revista Brasileira de Plantas Medicinais, 14 (1) 110-121.

Morris, G. P., Ramu, P., Deshpande, S. P.; Hash, C. T.; Shah, T., Upadhyaya, H, D., Riera-Lizarazu,O., Brown, P. J., Acharya, C .B., Mitchell, S. E., Harrima, J., Glaubitz, J. C., Buckler, E. S & Kresovich, S. (2013) Population genomic and genome-wide association studies of agroclimatic traits in sorghum. PNAS, 110, 453–458.

Mullis, K. B., Falona ,F .A. (1987) Specific synthesis of DNA in-vitro via a polimerase catalyzed chain reaction. Methods Enzymol, 155, 335-350.

Nadeem, M. A., Nawaz ,M .A., Shahid, M. Q., Doğan, Y., Comertpay, G., Yildiz, M., Hatipoğlu, R., Ahmad, F., Alsaleh, A., Labhane, N., Özkan, H., Chung, G & Baloch, F. S. (2018) DNA molecular markers in plant breeding: current status and recent advancements in genomic selection and genome editing, Biotechnology & Biotechnological Equipment, 32, 261-285.

Nazarul, H. (2019) Obtido em https://www.researchgate.net/publication/336829789_ Molecular_Markers

Novo, P. E.,Valls, J. F. M., Galdeano, F., Honfi, A I., Espinoza, F & Quarín, C. L. (2016) Interspecific hybrids between Paspalum plicatulum and Poteroi: a key tool for forage breeding. Scientia Agricola, v (4), 356-362.

Pandolfi Filho, A. D., do Valle, C. B., Barrios, S. C. L & Alves, G. F., Deminicis, B. B. (2016) Avaliação de genitoras sexuais de Brachiaria spp. na época de seca. Archivos de zootecnia, 65 (250), 214.

Pereira, J. M., Rezende, C .P., Ruiz, M. A. M. (2005) Pastagem no ecossistema mata atlântica: atualidades e perspectivas. In: Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Zootecnia, 39., Recife. Anais... SBZ. Recife: Sociedade Brasileira de Zootecnia, 36-51.

Pereira, A. V., do Valle, C. B., Ferreira, R. P & Miles, J. W. (2001) Melhoramento de forrageiras tropicais. In: Nass L., Valois, A. C. C., de Melo, I. S., Valadares-Inglis M C (Eds.). Recursos genéticos & melhoramento de plantas. Rondonópolis: Fundação MT, 549-602.

Pereira, A. S., Shitsuka, M. D & Shitsuka, F. J. P. R. (2018) Metodologia da pesquisa científica. Santa Maria. Ed. UAB/NTE/UFSM. Recuperado em https://repositorio.ufsm.br/ bitstream/handle/ 1/15824/Lic_Computacao_Metodologia-Pesquisa- Cientifica. pdf? sequence=1

Poland, J. A., Brown, P. J., Sorrells, M .E., Jannink, J. L. (2012) Development of High-Density Genetic Maps for Barley and Wheat Using a Novel Two-Enzyme Genotyping-by-Sequencing Approach. Plos One, 7. 32253.

Rabello, F. C. (2017) Caracterização genético molecular em Panicum maximum: identificação de marcadores moleculares SNP se mapeamento genético. Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia. campinas, SP.

Ramalho, M. A. P., Santos, J. B., Pinto, C. A. B., Souza, E .A., Gonçalves, F. M. A & Souza, J. C. (2012) Genética na Agropecuária. 5ª ed. Editora UFLA.

Savidan, Y. H. (1982) Nature et hérédité de I’apomixie chez Panicum maximum Jacq. Paris: ORSTOM,159.

Semagn, K., Bjørnstad, A & Ndjiondjop, M. N .(2006) An overview of molecular marker methods for plants. African Journal Biotechnology, 2540, 25–68.

Shahabzadeh, Z., Mohammadi, R., Darvishzadeh, R & Jaffari, M. (2020) Genetic structure and diversity analysis of tall fescue populations by EST-SSR and ISSR markers. Molecular Biology Report, 47, 655–669.

Silva, T. L & Gameiro, A. H (2005). O comércio exterior brasileiro de sementes forrageiras. In: II Congresso Brasileiro de Assistência Técnica e Extensão Rural, Piracicaba, FEALQ, 356-359.

Sistema de Informação sobre a Biodiversidade Brasileira (2020). Obtido em https://ferramentas.sibbr.gov.br/ficha/bin/view/especie/megathyrsus_maximus>

Sistema Nacional de Proteção de Cultivar (2020). Obtido em http://sistemas.agricultura.gov.br/snpc/cultivarweb/cultivares_registradas.php

Sousa, A. C. B., Jank, L., Campos, T., Sforça, D. A., Zucchi, M. I & de Souza, A. P. (2011) Diversidade molecular e estrutura genética de capim-guiné ( Panicum maximum Jacq.), Uma pastagem tropical Grass . Tropical Plant Biology, 4 ,185–202.

Sousa, M. T .C & Martuscello, J. A. (2018) Produtividade de cultivares forrageiros no nordeste brasileiro. Pubvet.12 (4a70),1-9.

Souza, J .C., Rescarolli, C. L.S & Nunez, C .V. (2018). Produção de metabólitos secundários por meio da cultura de tecidos vegetais. Revista Fitos. 12 (3), 269-280.

Teixeira, M. N.(2016) O sertão semiárido. Uma relação de sociedade e natureza numa dinâmica de organização social do espaço. Revista Sociedade e Estado, 31(3).

Tester, M., Langridge, Peter. (2010) Breeding Technologies to Increase Crop Production in a Changing World. Science. 327, 818-22.

The International Union for the Protection of New Varieties of Plants (2020). Obtido em https://www.upov.int/genie/details.xhtml?cropId=4030

Toledo-Silva, G., Cardoso-Silva, C. B., Jank, L & Souza, A.P.(2003) De Novo Transcriptome Assembly for the Tropical Grass Panicum maximum Jacq. Plos One, 8(7), 70781.

Toledo-Silva, G. (2014) Estudos genético-moleculares em Panicum maximum: mapeamento genético molecular e análise de transcriptoma via RNA-seq. Tese (Doutorado). Universidade Estadual de Campinas. Campinas SP.

Vall, S. J. F. M. (2017) Caracterização de recursos genéticos vegetais. In: NASS, L. L. (Ed.) Recursos genéticos vegetais. Brasília: Embrapa, Recursos Genéticos e Biotecnologia, 281-342.

Valle, C. B do., Simioni, C., Resende, R. M. S., Jank, L & Chiari. L. (2008) Melhoramento genético de Braquiária. In RESENDE, R. M. S.; VALLE, C. B. do; JANK, L. (Ed.). Melhoramento de forrageiras tropicais. Campo Grande, MS: Embrapa Gado de Corte. 13-53.

Valle, C. B., Jank L & Resende, R, M. S. (2009) O melhoramento de forrageiras tropicais no Brasil. Revista Ceres, 56, 460-472.

Velga, R .F. A., Barbosa W., Tombolat, A .F. C & Valls. J. F. M. (2012) Bancos de germoplasma: importância e organização. In: COSTA, A. M.; SPEHAR, C. R.; SERENO, J. R. B. Conservação de recursos genéticos no Brasil. Brasília: Embrapa, 104-125.

Vieira, V. C., Martin, T. N., Menezes, L. F. G., Assmann T., Ortiz, S., Bertoncelli, P., Piran Filho, F. A & Schimitz, T.H. (2013) Caracterização bromatológica e agronômica de genótipos de milho para produção de silagem. Arquivo Brasileiro de Medicina Veterinária e Zootenia, 65(3), 847-856.

Vilela, D. (2019) Forrageiras tropicais: a importância do melhoramento genético nos futuros sistemas leiteiros. Obtido em https://www.milkpoint.com.br/artigos/ produ cao/forrageiras-tropicais-a-importancia-do-melhoramento-genetico-nos-futuros-sistemas-de-producao-de-le-215199/

Wenzl, P., Carling, J., Kudrna, D., Jaccoud, D., Huttner E., Kleinhofs A & Kilian A (2004). Diversity Arrays Technology (DArT) for whole-genome profiling of barley. Proc Natl Acad Sci, 101,9915–9920.

Xu, Y. (2010). Molecular plant breeding. Wallingford: CABI.

Published

18/10/2020

How to Cite

JESUS, A. A. de .; BUENO, L. G. .; VEGA, W. H. O. .; DINIZ, F. M. . Molecular tools in genetic breeding of Megathyrsus maximus for semiarid region: a review. Research, Society and Development, [S. l.], v. 9, n. 10, p. e7839108675, 2020. DOI: 10.33448/rsd-v9i10.8675. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/8675. Acesso em: 19 apr. 2024.

Issue

Section

Review Article