Characterization of maize populations in different environmental conditions by means of Three-Mode Principal Components Analysis

Abstract

Characterization of 31 native populations of maize conserved at the germplasm bank of the INTA Pergamino Experimental Station, Argentina, was achieved by evaluating 10 quantitative attributes in two different environmental situations. The experimental design generated three-way or three-mode data, repeated observations of a set of attributes for a set of individuals in different conditions. The information was displayed in a three-dimensional array, and the structure of the data was explored using Three-Mode Principal Component Analysis, the Tucker-2 Model. A group of populations was identified that displayed homogeneous behavior in the two environments with respect to the following traits: ear length, prolificacy, grains per meter, yield and 1000 kernel weight. However, another group of populations displayed opposite behavior for the traits of plant height and ear insertion height in the different environment conditions and is indicative of the existence of genotype-environment interaction. In conclusion, Three-Mode Principal Component Analysis is an important tool for characterizing plant genetic resources when their phenotypic values are likely to be affected by environmental conditions.

Se analizaron datos correspondientes a la caracterización de 31 poblaciones nativas de maíz, conservadas en el banco de germoplasma de la Estación Experimental Agropecuaria INTA Pergamino (EEA INTA Pergamino), Argentina, sobre las que se evaluaron 10 variables cuantitativas en dos situaciones ambientales distintas. Esta situación experimental generó datos de tres vías o modos: observaciones de un conjunto de variables sobre un conjunto de individuos repetidas en distintas condiciones. Se concentró la información en un arreglo tridimensional, para luego explorar la estructura del cuerpo de datos empleando “análisis de componentes principales de tres modos”, Modelo Tucker-2. Los resultados obtenidos permitieron determinar un grupo de poblaciones de comportamiento homogéneo en los dos ambientes, en cuanto a los caracteres longitud de mazorca, prolificidad, granos por metro, rendimiento y peso de 1.000 granos. En cambio, otro grupo de poblaciones manifestaron la incidencia de las condiciones ambientales, en el comportamiento opuesto reflejado en las variables altura de planta y altura de inserción de mazorca. Esta situación, contrastada con las poblaciones de comportamiento homogéneo en los dos ambientes, es indicativa de la existencia de interacción genotipo-ambiente. Se concluye que el análisis de componentes principales de tres modos es una herramienta importante para la caracterización de recursos fitogenéticos, cuyos valores fenotípicos y agronómicos son susceptibles de ser afectados por condiciones ambientales.