Benefit–cost analysis of DNA marker-based selection in progenies of Pinus radiata seed orchard parents

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Abstract:

The financial viability of DNA marker-based within-family selection (MBS) compared with full-sib family forestry was evaluated for Pinus radiata Donn. ex D. Don. Two traits were investigated: wood density (WD) and diameter at breast height (DBH, 1.4 m). Assuming 20 biallelic loci of equal additive effect controlling trait variation in 15 unrelated top full-sib families of P. radiata, marginal costs of quantitative trait loci (QTL) detection and selection were estimated based on an average of slightly less than five loci per family. We assumed a program where 10 genotypes per family per year were deployed over a 5-year period, and each replicated 100 000 times via fascicle cuttings methods. Estimated marginal costs were NZ$32 and NZ$72 per 1000 plants for WD and DBH, respectively. Genotyping costs were the single largest component for both traits. Genetic gains were estimated by modifying predicted log volumes (DBH) or proportion of structural-grade timber (WD) with and without pruning. Estimated genetic gains ranged from 3.2 to 3.4%. Net present values (assuming a 9.5% discount rate) ranged from an average of NZ$51 to NZ$621/ha. Results showed that MBS for DBH was more profitable than for WD, despite markedly higher costs of QTL detection. All trait-silviculture combinations showed financial gains with internal rates of return of 9% or greater, even when estimated revenues were decreased 70% from forecast revenues. While this analysis is based on a large number of assumptions, it is robust and the results show that significant financial gains from MBS are possible even when selection is based upon DNA markers linked to a few loci each of relatively small effect.

Les auteurs ont comparé la rentabilité financière de la sélection intra-familiale assistée par marqueurs (SAM) à celle de la sélection familiale biparentale chez Pinus radiata Donn. ex D. Don. Deux caractères ont été étudiés : la densité du bois (DB) et le diamètre à hauteur de poitrine (DHP, 1,4 m). En faisant l'hypothèse que 20 loci à deux allèles ayant chacun une valeur additive équivalente sont responsables de la variation quantitative observée parmi les 15 meilleures descendances biparentales non apparentées de P. radiata, les coûts marginaux associés à la détection des loci contrôlant les caractères quantitatifs (QTL) et à leur utilisation en sélection ont été estimés en assumant une moyenne légèrement inférieure à cinq loci par descendance. Les auteurs ont également assumé un programme d'amélioration où 10 génotypes par descendance par an étaient déployés sur une période de 5 ans, et où chaque génotype était multiplié à raison de 100 000 copies à l'aide des méthodes de bouturage de faisceaux. Les coûts marginaux estimés étaient respectivement de 32 et 72 $NZ par 1000 plants, pour la DB et le DHP. Les coûts de génotypage représentaient la plus grande composante individuelle pour chaque caractère. Les gains génétiques ont été estimés en modifiant la prédiction du volume des billes (DHP) ou de la proportion de grumes de qualité structurale (DB) avec ou sans élagage. Les gains estimés variaient de 3,2 à 3,4%. Les valeurs nettes actualisées (en assumant un taux d'escompte de 9,5%) variaient en moyenne de 51 à 621 $NZ à l'hectare. Les résultats ont démontré que la SAM était plus profitable pour le DHP que pour la DB, en dépit des coûts singulièrement plus élevés de détection des QTL. Toutes les combinaisons de caractères et de traitements sylvicoles démontraient des gains financiers avec des taux de rendement interne de 9% et plus, même lorsque les revenus estimés étaient ramenés à 70% des revenus prédits. Quoique cette analyse soit basée sur un nombre important d'hypothèses, les auteurs notent qu'elle est robuste. Les résultats indiquent que des gains financiers significatifs découlant de la SAM sont envisageables même lorsque la sélection est effectuée à partir de marqueurs d'ADN liés à quelques loci ayant chacun des effets relativement mineurs.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: December 1, 2001

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