Genotype × water deficit interactions drive contrasting phenotypic responses and production outcomes in brazilian and andean maize

dc.contributor.advisorBarbosa, João Paulo Rodrigues Alves Delfino
dc.contributor.refereeSilva, Orivaldo Benedito da
dc.contributor.refereeRodrigues, Marcelo
dc.creatorGuerra Guerra, Brayan Anthony
dc.creator.orcidhttps://orcid.org/0000-0002-9830-8550
dc.date.accessioned2025-10-16T11:37:46Z
dc.date.issued2025-08-29
dc.description.abstractWater deficit is one of the main constraints to maize (Zea mays L.) productivity, highlighting the need to understand genotype × environment interactions to develop resilient cultivars and efficient management strategies. In this study, two contrasting genotypes, INIA 618 (Andean genotype) and B2782PWU (Brazilian genotype), were evaluated under two water regimes: Well Watered (100% WW) and Water Deficit (50% WD) during the V14 stage. An integrative approach was applied (physiological, biochemical, anatomical, and biometric) combined with multivariate analyses and the Multivariate Plasticity Index (MVPi). The results revealed contrasting strategies. In INIA 618, physiological plasticity was the most prominent (MVPi = 148.65 ± 74.33), with a 2.07-fold increase in proline and a 2.20-fold increase in soluble sugars under water deficit. At the biometric level, shoot biomass increased 1.07-fold and root biomass 1.16-fold, whereas plant height decreased 0.92-fold. In the reproductive component, grain area decreased 0.61-fold and grain number 0.90-fold, resulting in a reduction of the harvest index (0.70-fold). These adjustments reflect a conservative strategy prioritizing physiological and anatomical stability over reproductive efficiency. In contrast, B2782PWU exhibited lower physiological (MVPi = 17.58 ± 8.84) and anatomical plasticity (7.35 ± 3.80), but greater biometric plasticity (6.19 ± 3.24). This genotype maintained stable plant height (1.00-fold) and grain number (1.00-fold), preserving 3.7 times more grains than INIA 618 under water deficit. However, it experienced a sharp reduction in root biomass (0.56-fold), reflecting a maintenance strategy that safeguards productivity at the expense of belowground development. The harvest index decreased only 0.82-fold, remaining 2.7 times higher than INIA 618 under stress. These findings demonstrate that physiological plasticity may entail a productive cost, whereas biometric plasticity supports yield stability. From an applied perspective, INIA 618 appears more suitable for environments with severe and recurrent drought, while B2782PWU shows advantages under moderate or intermittent water deficit. The use of MVPi enables anticipation of trade-offs between plasticity and productivity, providing a practical tool for genotype selection and management decisions under water scarcity.
dc.description.areastematicasdaextensaoMeio ambiente
dc.description.areastematicasdaextensaoTecnologia e produção
dc.description.notesArquivo retido a pedido da autoria, até outubro de 2026.
dc.description.odsODS 2: Fome zero e agricultura sustentável
dc.description.odsODS 13: Ação contra a mudança global do clima
dc.description.resumoO déficit hídrico é uma das principais limitações para a produtividade do milho (Zea mays L.), o que reforça a necessidade de compreender as interações genótipo × ambiente para o desenvolvimento de cultivares resilientes e estratégias de manejo mais eficientes. Neste estudo, dois genótipos contrastantes, INIA 618 (genótipo andino) e B2782PWU (genótipo brasileiro), foram avaliados sob dois regimes hídricos: condição ótima de irrigação (100% WW) e déficit hídrico (50% WD) durante o estádio V14. Foi adotada uma abordagem integradora (fisiológica, bioquímica, anatômica e biométrica), associada a análises multivariadas e ao Índice de Plasticidade Multivariada (MVPi). Os resultados revelaram estratégias contrastantes. No INIA 618, a plasticidade fisiológica foi a mais expressiva (MVPi = 148,65 ± 74,33), com aumento de 2,07 vezes na prolina e de 2,20 vezes nos açúcares solúveis sob déficit hídrico. No componente biométrico, a biomassa da parte aérea aumentou 1,07 vez e a radicular 1,16 vez, enquanto a altura da planta reduziu 0,92 vez. No componente reprodutivo, a área de grão diminuiu 0,61 vez e o número de grãos 0,90 vez, resultando em redução do índice de colheita (0,70 vez). Esses ajustes refletem uma estratégia conservadora, priorizando a estabilidade fisiológica e anatômica em detrimento da eficiência reprodutiva. Por outro lado, o B2782PWU apresentou menor plasticidade fisiológica (MVPi = 17,58 ± 8,84) e anatômica (7,35 ± 3,80), mas maior plasticidade biométrica (6,19 ± 3,24). Esse genótipo manteve estáveis a altura da planta (1,00 vez) e o número de grãos (1,00 vez), preservando 3,7 vezes mais grãos do que o INIA 618 sob déficit hídrico. Entretanto, apresentou forte redução na biomassa radicular (0,56 vez), refletindo uma estratégia de manutenção metabólica que assegura a produtividade à custa do crescimento subterrâneo. O índice de colheita reduziu apenas 0,82 vez, mantendo valores 2,7 vezes superiores aos do INIA 618 sob estresse. Esses achados demonstram que a plasticidade fisiológica pode estar associada a custos produtivos, enquanto a plasticidade biométrica sustenta a estabilidade do rendimento. Em termos aplicados, o INIA 618 mostra-se mais adequado para ambientes com seca severa e recorrente, enquanto o B2782PWU apresenta vantagens em cenários de déficit hídrico moderado ou intermitente. O uso do MVPi permite antecipar compromissos entre plasticidade e produtividade, constituindo uma ferramenta prática para a seleção de genótipos e para apoiar decisões de manejo em condições de escassez de água.
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
dc.description.tipodeimpactoTecnológico
dc.description.tipodeimpactoEconômicos
dc.identifier.citationGUERRA GUERRA, Brayan Anthony. Genotype × water deficit interactions drive contrasting phenotypic responses and production outcomes in brazilian and andean maize. 2025. 69 p. Dissertação (Mestrado em Agronomia/ Fisiologia Vegetal) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2025.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufla.br/handle/1/60406
dc.language.isoen
dc.publisherUniversidade Federal de Lavras
dc.publisher.collegeEscola de Ciências Agrárias de Lavras (ESAL)
dc.publisher.countrybrasil
dc.publisher.initialsUFLA
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Agronomia/Fisiologia Vegetal
dc.rightsAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
dc.subjectBiotic stress
dc.subjectMaize breeding
dc.subjectDrought tolerance
dc.subjectMultivariate plasticity index
dc.subjectProduction efficiency
dc.subjectEstresse biótico
dc.subjectMelhoramento de milho
dc.subjectTolerância à seca
dc.subjectÍndice de plasticidade multivariada
dc.subjectEficiência de produção
dc.subject.cnpqCiências Agrárias
dc.titleGenotype × water deficit interactions drive contrasting phenotypic responses and production outcomes in brazilian and andean maize
dc.title.alternativeInterações genótipo × déficit hídico promovem respostas fenotípicas contrastantes e resultados de produção em milho Brasileiro e andino
dc.typedissertação

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