Studies on genetic variability, inheritance and heterosis in pepper (Capsicum annuum L.)
Loading...
Date
2003-11
Authors
Fite, Geleta Legesse
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
University of the Free State
Abstract
English: The knowledge of genetic similarity and dissimilarity among crop cultivars is of vital
importance for the plant breeder. The genetic variability of 39 pepper (Capsicum annuum
L.) genotypes of different varietal groups that were obtained from different geographical
origins was studied using morphological traits and amplified fragment length
polymorph isms (AFLP) markers. Both methods showed moderately high genetic
distances among the different genotypes indicating genetic diversity among the total
genotypes. However, when a comparison was made between the Ethiopian and the exotic
genotypes, the mean genetic distance among Ethiopian genotypes was lower than that
between the Ethiopian and the exotic ones. The dendrogram based on morphological data
clustered the genotypes on the basis of fruit size and was generally consistent with
different varietal groups. Similarly, with AFLP data, genotypes with similar fruit sizes
clustered together.
Combining ability and heterosis estimates are important to determine the direction and
goals of a breeding program. Seven diverse parental lines were selected from the 39
genotypes and crossed in a half-diallel method. The parental lines and their 21 FI hybrids
were evaluated to estimate the combining abilities and genetic effects determining the
heritability of various characters, and to determine heterosis of hybrids over mid-parent,
high-parent and standard checks for various characters. Generally, significant general
(GCA) and specific (SCA) combining abilities were observed for all measured characters
indicating the presence of both additive and non-additive gene actions. However, additive
gene action is more important than non-additive gene action, as the magnitude of GCA
effects was much higher than SCA effects. The estimates of predictability ratios for fruit
length, fruit diameter, fruit weight, pericarp thickness and fruit number were closer to
unity, suggesting the possibility of predicting progeny performance based on parental
GCA alone. High heritability both in broad and narrow senses was also recorded for these
characters indicating their inheritance is less influenced by the environment.
Substantial heterosis over mid-parent, high-parent and the standard check was observed.
Many crosses demonstrated high heterosis for fruit yield, fruit diameter, mean fruit
weight and pericarp thickness over the standard check. For the traits of earliness (days to
flowering, days to maturity and fruit maturation period), the overall mean mid-parent,
high-parent and standard heterosis were negative. Thus, it can be suggested that with the
proper choice of parents, pepper hybrids that have higher yield potential, good fruit
characteristics and early maturity can be developed to increase pepper productivity in
Ethiopia.
Genetic diversity between parents may contribute positively to both heterosis and
trangressive segregation. The relationship between genetic diversity of the seven parental
lines, and heterosis and hybrid performance was assessed. The genetic diversity was
measured using 15 morphological traits and six AFLP primer combinations. Cluster
analysis using the two genetic distance measures generally grouped the seven parents
differently. Morphological distance was negatively correlated only with mid-parent
heterosis (MPH) for days to flowering and days to maturity. The correlations of AFLP
measured genetic distances with mid-parent and high-parent heterosis were non significant
for all characters with the exception of fruit diameter and proved to be of no
predictive value.
In addition to single crosses, three-way and double crosses can be used to overcome the
low productivity of inbred lines. It is hypothesized that yield stability is high in three-way
and double-cross hybrids owing to higher genetic heterogeneity as compared to single
cross hybrids. Twenty-six genotypes, including six inbred lines, eight single, six threeway
and six double crosses were evaluated for yield and other agronomic characters in
two environments using a randomized complete block design with three replications. The
three categories of hybrids performed differently across the environments and showed
high variations for the majority of characters studied. Three-way crosses gave the highest
mean fruit yield per plant followed by double crosses. The two types of hybrids were also
more stable than the single crosses. In general, three-way crosses showed promising
performance for the studied traits. The highest estimates of mid- and high-parent
heterosis were also observed in the three-way and double cross hybrids. Therefore, the
low productivity of local pepper cultivars in Ethiopia can be overcome through
developing and utilizing three-way and double cross hybrids.
Afrikaans: Die kennis van genetiese ooreenkomste en verskille tussen cultivars is van kritiese belang vir die planteteler. Die genetiese variabiliteit van 39 rissie (Capsicum annuum L.) genotipes van verskillende groepe en geografiese oorspronge is bestudeer met die gebruik van morfologiese eienskappe en AFLP (amplified fragment length polymorphism) merkers. Beide metodes het redelike hoë genetiese afstande getoon tussen genotipes, wat die teenwoordigheid van genetiese diversiteit tussen genotipes aantoon. Toe 'n vergelyking getref is tussen Etiopiese en eksotiese genotipes, was die gemiddelde genetiese afstand tussen Etiopiese genotipes laer as tussen Etiopiese en eksotiese cultivars. Die dendrogram wat gebasseer is op morfologiese data, het die genotipes gegroepeer op die basis van vrug grootte en dit was oor die algemeen in ooreenstemming met die verskillende produksie groepe. Net so, met AFLP data het genotipes met dieselfde vrug grootte saam gegroepeer. Kombineervermoë en heterose bepalings is belangrik om die rigting en die doelstellings van 'n teelprogram te bepaal. Sewe diverse ouer lyne is geselekteer van die 39 genotipes en is gekruis in 'n half-dialleel. Die ouer lyne en hulle 21 Fl basters is geëvalueer om kombineervermoë en genetiese effekte te bereken wat oorerflikheid bepaal van verskillende eienskappe, en om heterose van basters oor die mid-ouer, hoogste ouer en standaarde vir verskillende eienskappe vas te stel. Oor die algemeen was daar betekenisvolle algemene- (OCA) en spesifieke (SCA) kombineervermoë vir alle gemete eienskappe, wat die aanwesigheid van beide additiewe en nie-additiewe geen aksie aantoon. Additiewe geen aksie was egter meer belangrik as nie-additiewe geen aksie, omdat die grootte van OCA effekte baie hoër was as die SCA effekte. Die berekening van voorspelbaarheids verhoudings van vrug lengte, vrug deursnee, vrug gewig, perikarp dikte en aantal vrugte was nabyeen, wat aangedui het dat die nageslag se eienskappe voorspel kan word vanaf die ouerlike OCA. Hoë oorerflikhede in die breë en nou sin was ook teenwoordig vir hierdie eienskappe wat aangetoon het dat oorerflikheid nie baie deur die omgewing beïnvloed is nie. 'n Hoë vlak van heterose oor die mid-ouer en standaarde is uitgedruk. Heelwat kruisings het hoë vlakke van heterose getoon vir vrug opbrengs, vrug deursnee, gemiddelde vrug gewig en perikarp dikte teenoor die standaard. Vir vroegheids eienskappe( dae tot blom, dae tot rypheid en vrug rypheids tyd) was die algehele mid-ouer, hoogste ouer en standaard heterose negatief. Daar kan dus gesê word dat met 'n goeie keuse van ouers, rissie basters met 'n groter opbrengs potensiaal, goeie vrug eienskappe en vroeë rypheid ontwikkel kan word om rissie produktiwiteit in Etiopië te verhoog. Genetiese diversiteit tussen ouers kan positief bydra tot beide heterose en transgressiewe segregasie. Die verhouding tussen genetiese diversiteit van die sewe ouer lyne en heterose en baster prestasie is geassesseer. Die genetiese diversiteit is gemeet deur die gebruik van 15 morfologiese eienskappe en ses AFLP kombinasies. Groeperings analise wat twee genetiese afstands metings metodes gebruik, het die sewe ouers verskillend gegroepeer. Morfologiese afstand was negatief gekorreleer net met mid-ouer heterose vir dae tot blom en dae tot rypheid. Die korrelasie van AFLP gemete genetiese afstande met mid-ouer en hoogste ouer heterose was nie betekenisvol nie vir alle eienskappe behalwe vrug deursnee, en was van geen voorspellende waarde nie. Buiten enkel kruisings, kan drierigting en dubbel kruisings gebruik word om lae produktiwiteit van ingeteelde lyne te oorkom. Daar is 'n hipotese dat opbrengs stabiliteit hoog is in drierigting- en dubbel kruis basters a.g.v. hoër genetiese heterogeniteit in vergelyking met enkelkruis basters. Ses en twintig genotipes, insluitend ses ingeteelde lyne, agt enkel, ses drierigting en ses dubbel krusings is geëvalueer vir opbrengs en ander agronomiese eienskappe in twee omgewings met 'n gerandomiseerde blokontwerp met drie herhalings. Die drie kategorië van basters het verskillend gereageer oor omgewings en het groot variasie getoon vir die meeste eienskappe wat gemeet is. Drierigting kruisings het die meeste vrugte per plant gelewer, gevolg deur dubbel kruisings. Die twee tipes basters was ook meer stabiel as die enkel kruisings. In die algemeen het drierigting kruisings belowende potensiaal getoon vir gemete eienskappe. Die hoogste bepalings van mid-ouer en hoogste ouer heterose is gesien vir drierigting en dubbel kruis basters. Daarom kan die lae produktiwiteit van plaaslike rissie cultivars in Etiopië oorkom word deur die ontwikkeling en gebruik van drierigting en dubbel kruis basters.
Afrikaans: Die kennis van genetiese ooreenkomste en verskille tussen cultivars is van kritiese belang vir die planteteler. Die genetiese variabiliteit van 39 rissie (Capsicum annuum L.) genotipes van verskillende groepe en geografiese oorspronge is bestudeer met die gebruik van morfologiese eienskappe en AFLP (amplified fragment length polymorphism) merkers. Beide metodes het redelike hoë genetiese afstande getoon tussen genotipes, wat die teenwoordigheid van genetiese diversiteit tussen genotipes aantoon. Toe 'n vergelyking getref is tussen Etiopiese en eksotiese genotipes, was die gemiddelde genetiese afstand tussen Etiopiese genotipes laer as tussen Etiopiese en eksotiese cultivars. Die dendrogram wat gebasseer is op morfologiese data, het die genotipes gegroepeer op die basis van vrug grootte en dit was oor die algemeen in ooreenstemming met die verskillende produksie groepe. Net so, met AFLP data het genotipes met dieselfde vrug grootte saam gegroepeer. Kombineervermoë en heterose bepalings is belangrik om die rigting en die doelstellings van 'n teelprogram te bepaal. Sewe diverse ouer lyne is geselekteer van die 39 genotipes en is gekruis in 'n half-dialleel. Die ouer lyne en hulle 21 Fl basters is geëvalueer om kombineervermoë en genetiese effekte te bereken wat oorerflikheid bepaal van verskillende eienskappe, en om heterose van basters oor die mid-ouer, hoogste ouer en standaarde vir verskillende eienskappe vas te stel. Oor die algemeen was daar betekenisvolle algemene- (OCA) en spesifieke (SCA) kombineervermoë vir alle gemete eienskappe, wat die aanwesigheid van beide additiewe en nie-additiewe geen aksie aantoon. Additiewe geen aksie was egter meer belangrik as nie-additiewe geen aksie, omdat die grootte van OCA effekte baie hoër was as die SCA effekte. Die berekening van voorspelbaarheids verhoudings van vrug lengte, vrug deursnee, vrug gewig, perikarp dikte en aantal vrugte was nabyeen, wat aangedui het dat die nageslag se eienskappe voorspel kan word vanaf die ouerlike OCA. Hoë oorerflikhede in die breë en nou sin was ook teenwoordig vir hierdie eienskappe wat aangetoon het dat oorerflikheid nie baie deur die omgewing beïnvloed is nie. 'n Hoë vlak van heterose oor die mid-ouer en standaarde is uitgedruk. Heelwat kruisings het hoë vlakke van heterose getoon vir vrug opbrengs, vrug deursnee, gemiddelde vrug gewig en perikarp dikte teenoor die standaard. Vir vroegheids eienskappe( dae tot blom, dae tot rypheid en vrug rypheids tyd) was die algehele mid-ouer, hoogste ouer en standaard heterose negatief. Daar kan dus gesê word dat met 'n goeie keuse van ouers, rissie basters met 'n groter opbrengs potensiaal, goeie vrug eienskappe en vroeë rypheid ontwikkel kan word om rissie produktiwiteit in Etiopië te verhoog. Genetiese diversiteit tussen ouers kan positief bydra tot beide heterose en transgressiewe segregasie. Die verhouding tussen genetiese diversiteit van die sewe ouer lyne en heterose en baster prestasie is geassesseer. Die genetiese diversiteit is gemeet deur die gebruik van 15 morfologiese eienskappe en ses AFLP kombinasies. Groeperings analise wat twee genetiese afstands metings metodes gebruik, het die sewe ouers verskillend gegroepeer. Morfologiese afstand was negatief gekorreleer net met mid-ouer heterose vir dae tot blom en dae tot rypheid. Die korrelasie van AFLP gemete genetiese afstande met mid-ouer en hoogste ouer heterose was nie betekenisvol nie vir alle eienskappe behalwe vrug deursnee, en was van geen voorspellende waarde nie. Buiten enkel kruisings, kan drierigting en dubbel kruisings gebruik word om lae produktiwiteit van ingeteelde lyne te oorkom. Daar is 'n hipotese dat opbrengs stabiliteit hoog is in drierigting- en dubbel kruis basters a.g.v. hoër genetiese heterogeniteit in vergelyking met enkelkruis basters. Ses en twintig genotipes, insluitend ses ingeteelde lyne, agt enkel, ses drierigting en ses dubbel krusings is geëvalueer vir opbrengs en ander agronomiese eienskappe in twee omgewings met 'n gerandomiseerde blokontwerp met drie herhalings. Die drie kategorië van basters het verskillend gereageer oor omgewings en het groot variasie getoon vir die meeste eienskappe wat gemeet is. Drierigting kruisings het die meeste vrugte per plant gelewer, gevolg deur dubbel kruisings. Die twee tipes basters was ook meer stabiel as die enkel kruisings. In die algemeen het drierigting kruisings belowende potensiaal getoon vir gemete eienskappe. Die hoogste bepalings van mid-ouer en hoogste ouer heterose is gesien vir drierigting en dubbel kruis basters. Daarom kan die lae produktiwiteit van plaaslike rissie cultivars in Etiopië oorkom word deur die ontwikkeling en gebruik van drierigting en dubbel kruis basters.
Description
Keywords
Capsicum annuum -- Genetics, Peppers -- Breeding -- South Africa, Heterosis, Thesis (Ph.D. (Plant Sciences, Plant Breeding))--University of the Free State, 2003