Simulations, genomic prediction, and environmental modeling to support Eucalyptus breeding decisions
| dc.contributor.advisor | Novaes, Evandro | |
| dc.contributor.co-advisor | Silva, Paulo Henrique Müller da | |
| dc.contributor.referee | Garcia, Antonio Augusto Franco | |
| dc.contributor.referee | Estopa, Regiane Abjaud | |
| dc.contributor.referee | Peixoto, Marco Antonio de Amorim | |
| dc.contributor.referee | Lipka, Alexander Edward | |
| dc.creator | Costa, Leonardo Oliveira Silva da | |
| dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/0144489756205281 | |
| dc.creator.orcid | https://orcid.org/0009-0004-0073-1986 | |
| dc.date.accessioned | 2026-06-22T17:28:14Z | |
| dc.date.issued | 2026-03-30 | |
| dc.description.abstract | Eucalyptus urophylla S.T. Blake is the most widely planted tree species in Brazil. However, long breeding cycles and strong genotype × environment (G×E) interactions may limit genetic gains in this species. This study integrated empirical approaches and in silico simulations to evaluate strategies aimed at increasing selection efficiency, reducing operational costs, and optimizing genotype recommendation. Through simulations, in the first Chapter, we investigated the impact of genomic selection (GS) model recalibration, considering different training set sizes, proportions of phenotyped individuals, numbers of previous generations included, and genetic architectures varying in heritability, number of QTLs, and the presence of additive and dominance effects. We also compared recurrent phenotypic selection strategies, such as traditional progeny testing (TPT) and clonal progeny testing (CPT), applied either alone or in combination with GS and Optimal Cross Selection (OCS). The results indicated that the number of evaluated individuals and phenotype quality are decisive factors for the long-term sustainability of GS, with the CPT + OCS combination providing the best balance between genetic gain and cost. In the empirical studies (Chapters 2 and 3), open-pollinated families of E. urophylla were evaluated across 18 trials distributed in eight Brazilian states. The incorporation of environmental covariates derived from NASA POWER and SoilGrids enabled the construction of environmental similarity matrices and the explicit modeling of G×E interactions through genotype × environmental covariate interaction (G×W). The environmental covariates were further summarized into more informative environmental factors and selected to maximize their representation of the G×E interaction matrix. In Chapter 3, genomic information was incorporated into this population through bulk genotyping. Models including G×W interactions achieved higher predictive ability, particularly for prediction in new environments (CV0). Bulk genotyping used for Genome-Wide Family Prediction (GWFP) showed high correlation with individual allele frequencies while reducing genotyping costs by 24-fold; however, predictive gains were modest. In contrast, environmental modeling showed consistent performance and played a central role in spatial extrapolation, enabling recommendation maps and more informative deployment strategies. Overall, the results demonstrate that the combined use of genomic tools, environmental modeling, and optimized crossing strategies can accelerate genetic gains, enhance predictive robustness across multiple environments, and rationalize operational costs in forest breeding programs. | |
| dc.description.acaoclimatica | 6. Eficiência energética ou inovação ambiental | |
| dc.description.areastematicasdaextensao | Meio ambiente | |
| dc.description.areastematicasdaextensao | Tecnologia e produção | |
| dc.description.concentration | Genética e Melhoramento de Plantas | |
| dc.description.notes | Arquivo retido a pedido da autoria, até junho de 2027. | |
| dc.description.ods | ODS 12: Consumo e produção responsáveis | |
| dc.description.ods | ODS 13: Ação contra a mudança global do clima | |
| dc.description.ods | ODS 15: Vida terrestre | |
| dc.description.resumo | O Eucalyptus urophylla S.T. Blake é a espécie arbórea mais plantada no Brasil. Contudo, os longos ciclos de melhoramento e fortes interações genótipo × ambiente (G×A) podem limitar os ganhos genéticos na espécie. Este trabalho integrou abordagens empíricas e simulações in silico para avaliar estratégias capazes de aumentar a eficiência seletiva, reduzir custos operacionais e otimizar a recomendação de genótipos. Por meio de simulações estocásticas, no Capítulo 1, investigou-se o impacto da recalibração de modelos de seleção genômica (SG), considerando diferentes tamanhos do conjunto de treino, proporções de indivíduos fenotipados, número de gerações anteriores incluídas e arquiteturas genéticas (variando herdabilidade, número de QTLs e presença de efeitos aditivos e dominantes). Também foram comparadas estratégias de seleção recorrente fenotípica, como teste de progênie tradicional (TPT) e teste de progênie clonada (TPC), isoladamente ou combinadas com SG e seleção ótima de cruzamentos (OCS, do inglês Optimal Cross Selection). Os resultados indicaram que o número de indivíduos avaliados e a qualidade fenotípica são determinantes para a sustentabilidade da SG no longo prazo, sendo a combinação CPT + OCS a que apresentou melhor equilíbrio entre ganho e custo. Nos estudos empíricos (Capítulos 2 e 3), por sua vez, famílias de polinização aberta de E. urophylla foram avaliadas em 18 ensaios distribuídos em oito estados brasileiros. A incorporação de covariáveis ambientais derivadas do NASA Power e SoilGrids permitiu a construção de matrizes de similaridade ambiental e a modelagem explícita de interações G×E por meio de interação genótipos por informações ambientais (G×W). As covariáveis obtidas foram posteriormente derivadas em fatores ambientais mais informativos e selecionadas de modo a maximizar sua representação da matriz de interação G×E. No capítulo 3, informações genômicas foram incorporadas nesta população por meio da genotipagem em bulk. Modelos que incluíram interações G×W apresentaram maior capacidade preditiva, especialmente na predição em novos ambientes (CV0). A genotipagem em bulk utilizada na predição genômica ampla de familias (GWFP, Genome Wide Family Prediction) apresentou alta correlação com frequências alélicas individuais com redução de 24 vezes no custo de obteção das informações genéticas; entretanto, os ganhos preditivos foram modestos. Em contraste, a modelagem ambiental mostrou desempenho consistente e desempenhou papel central na extrapolação espacial, permitindo mapas de recomendação e estratégias de alocação mais informativas. De forma integrada, os resultados demonstram que o uso de ferramentas genômicas, modelagem ambiental e estratégias otimizadas de cruzamento pode acelerar ganhos genéticos, aumentar a robustez preditiva em múltiplos ambientes e racionalizar custos operacionais em programas de melhoramento florestal. | |
| dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | |
| dc.description.tipodeimpacto | Tecnológico | |
| dc.description.tipodeimpacto | Econômicos | |
| dc.identifier.citation | COSTA, Leonardo Oliveira Silva da. Simulations, genomic prediction, and environmental modeling to support Eucalyptus breeding decisions. 2026. 119 p. Tese (Doutorado em Genética e Melhoramento de Plantas) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2026. | |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.ufla.br/handle/1/60931 | |
| dc.language.iso | en_US | |
| dc.publisher | Universidade Federal de Lavras | |
| dc.publisher.college | Instituto de Ciências Naturais (ICN) | |
| dc.publisher.country | brasil | |
| dc.publisher.initials | UFLA | |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-graduação em Genética e Melhoramento de Plantas | |
| dc.subject | Ambientômica | |
| dc.subject | Eucalytpus urophylla - Genotipagem | |
| dc.subject | Interação genótipo - Ambiente | |
| dc.subject | Enviromics | |
| dc.subject | Genotype - Environment interaction | |
| dc.subject | Genotyping | |
| dc.subject | Multi-environment trials | |
| dc.subject.cnpq | Genética e Melhoramento Florestal | |
| dc.title | Simulations, genomic prediction, and environmental modeling to support Eucalyptus breeding decisions | |
| dc.title.alternative | Simulações, predição genômica e modelagem ambiental para subsidiar decisões no melhoramento de Eucalyptus | |
| dc.type | tese |
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