Designing the best breeding strategy for Coffea canephora: Genetic evaluation of pure and hybrid individuals aiming to select for productivity and disease resistance traits

Abstract

Breeding programs of the species Coffea canephora rely heavily on the significant genetic variability between and within its two varietal groups (conilon and robusta). The use of hybrid families and individuals has been less common. The objectives of this study were to evaluate parents and families from the populations of conilon, robusta, and its hybrids and to define the best breeding and selection strategies for productivity and disease resistance traits. As such, 71 conilon clones, 56 robusta clones, and 20 hybrid families were evaluated over several years for the following traits: vegetative vigor, incidence of rust and cercosporiosis, fruit ripening time, fruit size, plant height, canopy diameter, and yield per plant. Components of variance and genetic parameters were estimated via residual maximum likelihood (REML) and genotypic values were predicted via best linear unbiased prediction (BLUP). Genetic variability among parents (clones) and hybrid families was detected for most of the evaluated traits. The Mulamba-Rank index suggests potential gains up to 17% for the genotypic aggregate of traits in the hybrid population. An intrapopulation recurrent selection within the hybrid population would be the best breeding strategy because the genetic variability, narrow and broad senses heritabilities and selective accuracies for important traits were maximized in the crossed population. Besides, such strategy is simple, low cost and quicker than the concurrent reciprocal recurrent selection in the two parental populations, and this maximizes the genetic gain for unit of time.

Caracterização do vigor vegetativo, leituras SPAD e índice de vegetação em população de Coffea canephora

“…A herdabilidade e a acurácia são parâmetros genéticos importantes, a serem considerados na caracterização de cafeeiros conilon, pois auxiliam na definição da melhor estratégia de melhoramento genético de populações de C. canephora (Alkimim et al, 2021), além de permitir a identificação dos genótipos promissores. Os valores de herdabilidade para este trabalho são classificados como baixo para NDVI e alto para as demais características, conforme Resende e Alves (2020) valores maiores que 50% são considerados altos, entre 15 e 50% moderados e menores que 15% baixos.…”

“…Especificamente para o vigor vegetativo de C. canephora, os parâmetros genéticos estimados neste estudo foram da ordem de 44% maior que o valor médio das populações avaliadas por Alkimim et al (2021) e 90% maior que o valor dos genótipos avaliados por Carias et al (2016). Os resultados obtidos demonstram o grande potencial dessa população na contribuição para o programa de melhoramento genético da espécie.…”

“…Vigor (Ferrão et al, 2019d), em estudo para definição de melhores estratégias de melhoramento para a espécie (Alkimim et al, 2021), predição de ganhos genéticos (Carias et al, 2016) e seleção de clones com potencial para regiões especificas como a Zona da Mata Mineira (Moura et al, 2022).…”

“…A identificação e exploração da variabilidade genética de materiais de propagação seminal, como os genótipos da cultivar 'ES8152', são de grande importância para manutenção da sustentabilidade do melhoramento genético do café conilon. Portanto, a avaliação de caracteres de interesse agronômico, como vigor vegetativo dos materiais é indispensável, como relatado por diversos pesquisadores (Carias et al, 2016;Carvalho et al, 2019;Alkimim et al, 2021;Akpertey et al, 2022;Moura et al, 2022) Além disso, a utilização de técnicas de fenotipagem relacionadas com a fisiologia das plantas, por meio de dados obtidos com o medidor portátil de clorofila SPAD-502 (SPAD -Soil Plant Analysis Development) e o índice de vegetação por diferença normalizada (NDVI -Normalized Difference Vegetation Index), aliados ao vigor vegetativo, com estimativas de parâmetros genéticos suficientes para discriminação de genótipos tornam-se de grande importância na economia de tempo e otimização de recursos (físicos e humanos) nos programas de melhoramento, permitindo a concentração de esforços em genótipos mais promissores. Na cultura do cafeeiro existem alguns trabalhos com o uso do medidor portátil de clorofila SPAD-502 (Torres Netto et al, 2005;Reis et al, 2009;Widjaja Putra e Soni, 2018;Bernado et al, 2022) e com índice de vegetação por diferença normalizada (Nogueira et al, 2018;Maciel et al, 2018;Mota et al, 2020;Martins et al, 2021;Silva et al, 2021).…”

Shaded-Coffee: A Nature-Based Strategy for Coffee Production Under Climate Change? A Review

“…Unlike Arabica coffee, breeding programs geared toward C. canephora coffee currently do not select for shaded cultivation systems (Carvalho et al, 2019;Alkimim et al, 2021). Moreover, selection criteria for AFS were not clearly established until Bertrand et al (2021) proposed a list of target traits including productivity, size of the beans, sensory score, and coffee tree volume allowing a high number of trees per hectare.…”