Inheritance of seed size in watermelon populations

Abstract

Seed size is an important agronomic trait and is applicable to different abilities. Small seeds guarantee the greater use of the pulp, while larger seeds facilitate sowing. However, there is little work on the genetic control of this characteristic in watermelon. The objective of this work was to study the seed size inheritance in watermelon populations by crossing contrasting genotypes, seeking to gain information to provide technical support during the selection of seed size for the development of new watermelon genotypes. The seed lengths of six populations, P₁, P₂, F_1, F_2, BC₁ and BC₂, were measured using the GENES software segregating and nonsegregating generations procedure. This trait is controlled by two genes with incomplete dominance. In addition, depending on the populations studied, inheritance for the characteristic in question may behave differently. Nevertheless, the selection of superior individuals within populations can be performed based on this phenotype, which allows the exploitation of these individuals within breeding programs to develop lines or hybrids.

Keywords

Citrullus lanatus, Seed characteristics, Crop improvement, Selection, Incomplete dominance

Author Biography

Tiago Lima do Nascimento

Possui graduação em Ciências Biológicas, pela a Universidade de Pernambuco - UPE (2014) e mestrado em Melhoramento Genético de Plantas, pela Universidade Federal Rural de Pernambuco - UFRPE (2017). Atualmente, é aluno de doutorado do programa de pós-graduação em Recursos Genéticos Vegetais da Universidade Estadual de Feira de Santana - UEFS, sendo bolsista FAPESB. Estagio realizado na Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária do Semiárido (2011-2014) na área de Melhoramento vegetal. Tem experiência na área de agronomia, com ênfase em melhoramento vegetal, atuando principalmente nos seguintes temas: Citrullus lanatus, Hibridação, Biometria e Caracterização Vegetal e Genética Molecular. Bolsista CAPES pelo projeto PIBID (2014) e bolsista CNPq, pelo sistema de cotas do programa de pós-graduação em Melhoramento Genético de Plantas da Universidade Federal Rural de Pernambuco (2015-2017).

Flávio de França Souza

Possui graduação em Engenharia Agronômica pela Faculdade de Agronomia do Médio São Francisco (1996), mestrado em Botânica pela Universidade Federal Rural de Pernambuco (2000) e doutorado em Genética e Melhoramento pela Universidade Federal de Viçosa (2011). Atualmente é pesquisador da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária. Tem experiência na área de Agronomia, com ênfase em Melhoramento Vegetal, atuando principalmente nos seguintes temas: citrullus lanatus, coffea canephora, melhoramento vegetal, melhoramento genético e phaseolus vulgaris.

Rita de Cássia Souza Dias

Possui graduação em Agronomia pela Faculdade de Agronomia do Médio São Francisco (1986), mestrado em Agronomia, concentração em Fitossanidade, pela Universidade Federal Rural de Pernambuco (1994) e doutorado pelo Departamento de Biotecnologia, com concentração em Genética e Melhoramento Vegetal - Universidad Politécnica de Valencia, Espanha (2003). Atualmente é pesquisadora da Embrapa Semiárido. Desenvolve trabalhos na área de Recursos Genéticos com cucurbitaceas e tamareira, bem como Melhoramento genético de melancia e melão, visando resistência a estresses bióticos e qualidade de frutos. Também tem experiência na área de produção integrada de olerícolas.

Joice Simone dos Santos

Sou formada em Agronomia pela Universidade do Estado da Bahia, Mestre em Fisiologia Vegetal pela Universidade Federal de Viçosa, com área de concentração em controle da maturação e senescência em órgãos perecíveis. Doutora em Agronomia/Fitotecnia pela Universidade Federal Rural do Semiárido com Área de atuação em Enxertia de Cucurbitáceas. Tem experiência em assuntos relacionados a: Horticultura geral ; Cultivo em ambiente protegido; Propagação de plantas; Fisiologia vegetal; Fisiologia Pós-colheita de Frutas Hortaliças e flores; Estresse salino em espécies hortícolas, Produção e manejo de hortaliças, Praticas culturais e melhoramento de plantas. Foi bolsista DCR (Desenvolvimento Científico Regional) na Embrapa Semiárido, trabalhando com enxertia de melancia sem sementes, buscando definir as melhores cultivares comerciais, o manejo de irrigação e nutricional para esta cultura sob enxertia.. Atualmente é Docente do IFCE ministrando as disciplinas: Fitossanidade, Manejo integrado de Pragas, Plantas ornamentais e Medicinais, Morfologia e Anatomia Vegetal, Metodologia da Cientifica.

Natoniel Franklin de Melo

Biólogo pela Universidade Federal de Pernambuco (1990), Mestre em Botânica pela Universidade Federal Rural de Pernambuco (1994), Especialista em Biotecnologia Vegetal pelo Agricultural Biotechnology Centre/Hungria (1996) e Doutor em Ciências Biológicas (Área de concentração em Genética) pela Universidade Federal de Pernambuco (2002). Atua como pesquisador da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa Semiárido) e participa como professor permanente dos Programas de Pós-graduação em Recursos Genéticos Vegetais da Universidade Estadual de Feira de Santana - UEFS e do Mestrado Acadêmico em Agronomia - Produção Vegetal da Universidade Federal do Vale do São Francisco - Univasf. Na área de gestão, atuou como Chefe de Pesquisa e Desenvolvimento e Chefe-Geral da Embrapa Semiárido. Tem experiência na área de Biologia Aplicada, com ênfase em Biotecnologia e Citogenética Vegetal, sendo revisor de periódicos nacionais e internacionais, atuando principalmente nos seguintes temas: cultura in vitro de células e tecidos vegetais, micropropagação, micorriza, citogenética convencional e molecular e melhoramento genético vegetal.

References

1. Adjoumani, K., S.B. Bony, G.K. Koffi, L.C. Kouonon, F.K. Brou, and R. Sié. 2016. Genetic evaluation of seed traits from intraspecific crossing of genetically distinct watermelon varieties. Afr. Crop Sci. J. 24(2), 143-154. Doi: https://doi.org/10.4314/acsj.v24i2.3
2. Alves, A.F., I.R. Nascimento, C.A. Ticona-Benavente, M.V. Faria, R.A. Sarmento, A.R. Figueira, and W.R. Maluf. 2014. Herança da resistência do acesso de melancia PI 595201 a isolado de PRSV-W do Estado do Tocantins. Bragantia 73(2), 138-142. Doi: https://doi.org/10.1590/brag.2014.022
3. Amburani, A. 2018. Studies on genetic variability and genetic advance for yield parameters in watermelon (Citrullus lanatus Thumb.). Asian J. Hortic. 13 (2), 39-44. Doi: https://doi.org/10.15740/HAS/TAJH/13.2/39-44
4. Cruz, C.D. 2016. Genes Software – extended and integrated with the R, Matlab and Selegen. Acta Sci.-Agron. 38 (4), 547-552. Doi: https://doi.org/10.4025/actasciagron.v38i3.32629
5. Cruz C.D., P.C.S. Carneiro, and A.J. Regazzi. 2014. Modelos biométricos aplicados ao melhoramento genético. 4th ed. Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, Brazil.
6. FAO. 2018. FAOSTAT. Production crops. In: http://www.fao.org/faostat/es/#data/QC; consulted: June, 2019.
7. Farias, R.M., C.F. Barreto, R.R. Zandoná, J.P. Rosado, and C.R. Martins. 2014. Comportamento do consumidor de frutas na região da fronteira Oeste do Rio Grande do Sul com Argentina e Uruguai. Rev. Bras. Frutic. 36(4), 872-883. Doi: https://doi.org/10.1590/0100-2945-417/13
8. Freitas, A.A. and F.M.L. Bezerra. 2004. Coeficientes de cultivo para melancia nas suas fases fenológicas. Rev. Ciênc. Agron. 35(2), 319-325.
9. Guner, N. and T.C. Wehner. 2004. The genes of watermelon. HortScience 39(6), 1175-1182. Doi: https://doi.org/10.21273/HORTSCI.39.6.1175
10. Gusmini, G., T.C. Wehner, and R.L. Jarret. 2004. Inheritance of Egusi seed type in watermelon. J. Hered. 95(3), 268-270. Doi: https://doi.org/10.1093/jhered/esh031
11. Hawkins, L.K. and F. Dane. 2001. Molecular markers associated with morphological traits in watermelon. HortScience 36(7), 1318-1322. Doi: https://doi.org/10.21273/HORTSCI.36.7.1318
12. Kumar, R. and T.C. Wehner. 2013. Quantitative analysis of generations for inheritance of fruit yield in watermelon. Hortscience 48(7), 844-847. Doi: https://doi.org/10.21273/HORTSCI.48.7.844
13. Li, N., J. Shang, J. Wang, D. Zhou, N. Li, and S. Ma. 2018. Fine mapping and discovery of candidate genes for seed size in watermelon by genome survey sequencing. Sci. Rep. 8(17843), 1-11. Doi: https://doi.org/10.1038/s41598-018-36104-w
14. Lobo, V.L.S., Giordano, L.B. and C.A. Lopes. 2005. Herança da resistência à mancha bacteriana em tomate. Fitopatol. Bras. 30(4), 343-349. Doi: https://doi.org/10.1590/S0100-41582005000400002
15. Mendes, A.M.S., C.M.B. Faria, and D.J. Silva. 2010. Adubação. In: Dias, R.C.S., G.M. Resende, and N.D. Costa (eds.). Sistema de produção de melancia. Electronic version. In: Embrapa Semiárido, https://sistemasdeproducao.cnptia.embrapa.br/FontesHTML/Melancia/SistemaProducaoMelancia/adubacao.htm; consulted: april 2019.
16. Nascimento, T.L. 2017. Divergência genética, capacidade de combinação e heterose em melancia. PhD thesis. Universidade Federal Rural de Pernambuco, Recife, Brazil.
17. Nascimento, T.L., F.F. Souza, R.C.S. Dias, and E.F. Silva. 2018. Agronomic characterization and heterosis in watermelon genotypes. Pesqui. Agropecu. Trop. 48(2), 170-177. Doi: https://doi.org/10.1590/1983-40632018v4851779
18. Poole, C.F., P.C. Grimball, and D.R. Porter. 1941. Inheritance of seed characters in watermelon. J. Agric. Res. 63(3), 433-456.
19. Prothro, J., K. Sandlin, and H. Adel-Haleem. 2012. Main and epistatic quantitative trait loci associated with seed size in watermelon. J. Am. Soc. Hortic. Sci. 137(6), 452-457. Doi: https://doi.org/10.21273/JASHS.137.6.452
20. Schuster, I. and C.D. Cruz. 2013. Estatística genômica aplicada a populações derivadas de cruzamentos controlados. 2nd ed. Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, Brazil.
21. Souza, F.F., E.B.A. Souza, A.C. Silva, L.R.S. Neves, R.C.S. Dias, and M.A. Queiróz. 2006. Estudo de herança do tamanho da semente em melancia. pp. 1613-1616. In: Proc. 46 Congresso Brasileiro de Olericultura. Associação Brasileira de Horticultura (ABH), Goiânia, Brazil.
22. Tanaka, T., S. Wimol, and T. Mizutani. 1995. Inheritance of fruit shape and seed size of watermelon. J. Jpn. Soc. Hortic. Sci. 65 (3), 543-548. Doi: https://doi.org/10.2503/jjshs.64.543
23. Weetman, L.M. 1937. Inheritance and correlation of shape, size, and color in the watermelon, Citrullus vulgaris Schrad. Res. Bull: Iowa Agriculture and Home Economics Experiment Station 20(228), 222-256.
24. Yong, J.K., Y. TaeJin, P.Y. Hoon, L.Y. Jik, K.S. Cheol, K.Y. Kwon, and C.J. Lai. 2009. Development of near isogenic lines with various seed sizes and study on seed size-related characteristics in watermelon. Korean J. Breed. Sci. 41(4), 403-411.
25. Zewdie, Y. and P. Bosland. 2000. Capsaicinoid inheritance in an interspecific hybridization of Capsicum annuum 9 C. chinense. J. Am. Soc. Hortic. Sci. 125 (4), 448-453. Doi: https://doi.org/10.21273/JASHS.125.4.448