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Norms of reaction and adaptational value considered in a tree breeding context

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Abstract:

Separability of genetic from environmental effects on target traits is a central concern of each breeding program. This requires studies of norms of reaction, i.e., responses of genotypes to environmental conditions that potentially participate in the modification of the trait. Yet, in addition to this modifying environmental condition, achievement of the breeding goal can be affected by a second component of the environment, which decides upon the adaptedness of the desired trait expressions. These adaptive environmental conditions may also vary and may be associated in various ways with the modifying conditions with the result that the desired phenotype is adaptively inferior to less desired phenotypes. Therefore, it is important to know the prerequisites under which a consistent phenotypic superiority guaranteed by separability of the genetic effects transforms into consistent adaptational superiority relations among genotypes. After having recalled the system analytic basis of adaptational processes, this problem is tackled with the help of a paradigm model in which photoperiod dynamics modifies growth conclusion in forest trees and first frost decides upon the adaptedness of the time of growth conclusion in terms of the realized annual growth increment. In this paradigm, maximization of growth increment constitutes both the breeding goal and adaptational valuation of the trait "growth conclusion" under the adaptational condition "first frost." The central result of the analysis rests on the definition of a fictitious genotype, whose time of growth conclusion equals the time of first frost, and which thus characterizes the association between modifying and adaptive conditions that guarantees maximum adaptedness. The result then states that separability of the genetic effects on growth conclusion within the set of genotypes enlarged by the fictitious genotype implies consistent adaptive ranking among genotypes. The implications for common breeding practice and its evolutionary consequences are discussed.

La distinction entre les effets des facteurs environnementaux et génétiques sur les caractères d'intérêt est une préoccupation majeure en amélioration des arbres. Cette distinction repose sur l'étude des normes de réaction, i.e. les réponses des génotypes aux conditions environnementales qui, potentiellement, participent à la modification du caractère. Cependant, en plus du rôle des facteurs environnementaux dans la modification des caractères, l'atteinte de l'objectif d'amélioration peut être affectée par une seconde composante environnementale qui détermine la capacité d'adaptation de l'expression du caractère correspondant à l'objectif d'amélioration. Ces conditions environnementales reliées à l'adaptation peuvent également varier et être associées de différentes façons aux conditions environnementales responsables de la modification, avec le résultat que le phénotype désiré est moins bien adapté que les phénotypes moins désirables. Il est donc important de connaître les conditions préalables selon lesquelles la supériorité constante d'un phénotype, qui est garantie par la distinction des effets génétiques, correspond à des différences constantes de supériorité liées à l'adaptation parmi les génotypes. Après avoir récapitulé les bases analytiques du système sous-jacent aux processus liés à l'adaptation, les auteurs abordent le problème à l'aide d'un modèle de paradigme selon lequel la dynamique de la photopériode modifie l'arrêt de la croissance chez les arbres forestiers, alors que le premier gel automnal est responsable de la capacité d'adaptation pour le moment de l'arrêt de la croissance en termes d'accroissement réel découlant de la croissance annuelle. Selon ce paradigme, la maximisation de l'accroissement constitue à la fois l'objectif d'amélioration et la valeur d'adaptation du caractère « arrêt de la croissance » selon la condition d'adaptation « premier gel automnal ». Le principal résultat de l'analyse s'appuie sur la définition d'un génotype fictif dont le moment d'arrêt de la croissance coïncide avec le premier gel automnal. Ce génotype caractérise donc l'association entre les conditions responsables de la modification et celles reliées à l'adaptation qui garantit l'adaptation maximale. Le résultat suppose alors que la distinction des effets découlant des facteurs génétiques sur l'

Document Type: Research Article

Publication date: April 1, 2001

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