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Genomic prediction in CIMMYT maize and wheat breeding programs

Jose Crossa Paulino Pérez-Rodríguez John Hickey Juan Burgueño leonardo ornella XUECAI ZHANG Susanne Dreisigacker Raman Babu Ky Mathews (2014)

Genomic selection (GS) has been implemented in animal and plant species, and is regarded as a useful tool for accelerating genetic gains. Varying levels of genomic prediction accuracy have been obtained in plants, depending on the prediction problem assessed and on several other factors, such as trait heritability, the relationship between the individuals to be predicted and those used to train the models for prediction, number of markers, sample size and genotype_environment interaction (GE). The main objective of this article is to describe the results of genomic prediction in International Maize and Wheat Improvement Center's (CIMMYT's) maize and wheat breeding programs, from the initial assessment of the predictive ability of different models using pedigree and marker information to the present, when methods for implementing GS in practical global maize and wheat breeding programs are being studied and investigated. Results show that pedigree (population structure) accounts for a sizeable proportion of the prediction accuracy when a global population is the prediction problem to be assessed. However, when the prediction uses unrelated populations to train the prediction equations, prediction accuracy becomes negligible. When genomic prediction includes modeling GE, an increase in prediction accuracy can be achieved by borrowing information from correlated environments. Several questions on how to incorporate GS into CIMMYT's maize and wheat programs remain unanswered and subject to further investigation, for example, prediction within and between related biparental crosses. Further research on the quantification of breeding value components for GS in plant breeding populations is required.


Bayesian LASSO International Maize and Wheat Improvement Center Genomic selection genotype × environment interaction reproducing kernel Hilbert space regression CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

A survey of finite algebraic geometrical structures underlying mutually unbiased quantum measurements


"The basic methods of constructing the sets of mutually unbiased bases in the Hilbert space of an arbitrary finite dimension are reviewed and an emerg-ing link between them is outlined. It is shown that these methods employ a wide range of important mathematical concepts like, e.g., Fourier trans-forms, Galois fields and rings, finite and related projective geometries, and entanglement, to mention a few. Some applications of the theory to quantum information tasks are also mentioned."


Mutually unbiased bases d-dimensional Hilbert space Galois fields and rings Maximally entangled states CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA

Análisis bioquímicos y moleculares de la biosíntesis de carotenos en diferentes tejidos de maíz


Tesis (Maestría en Ciencias, especialista en Genética).- Colegio de Postgraduados, 2011.

El maíz (Zea mays L.) es el cultivo básico más importante en México, y en los últimos años se ha secuenciado su genoma. En este trabajo se utiliza parte de la información genómica, 2,039 marcadores moleculares y se relaciona con el contenido de carotenos en líneas endogámicas recombinantes de maíz de la cruza B73 × Mo17 (IBM-RILs) para detectar loci de caracteres cuantitativos (QTLs). En la primera fase, se estudió el contenido de carotenos en las hojas, ya que éstos disipan la energía lumínica utilizada en la fotosíntesis, influyendo así en la tasa fotosintética y en el rendimiento de los cultivos. Se midió el contenido de luteína, β-caroteno, α-caroteno, β-criptoxantina y zeaxantina, y se encontró que β-caroteno representó 80% del total de carotenos. Se identificaron 21 QTLs significativos en los cromosomas 1, 2, 4, 5, 6, 7 y 8. En el bin 1.07 se localizó un QTL (asociado al marcador umc2239) significativo (P ≤ 0.001) con valor aditivo alto para luteína, α-caroteno y β-caroteno. En la segunda fase, se estudió el contenido de algunos carotenos importantes para la alimentación humana por ser precursores de la vitamina A. Se evaluó luteína, β-caroteno, α-caroteno, β-criptoxantina, zeaxantina, provitamina A y total de carotenos en el grano y se realizó un análisis de QTLs para localizar regiones cromosómicas adicionales a las reportadas en la bibliografía y proponer genes candidatos. Los resultados coincidieron con la literatura revisada, pues en grano β-caroteno es el caroteno presente en menor proporción. Se identificaron nuevos QTLs, los más importantes mediante dos marcadores significativos (umc12a y umc1777) para luteína, β-caroteno, β-criptoxantina, zeaxantina y provitamina A en el bin 8.05. También se encontraron concordancias con genes anotados de fitoeno sintasa, ξ-caroteno desaturasa y licopeno ε-ciclasa, y dos genes candidatos para fitoeno sintasa en el bin 6.01. Se concluye que existen situaciones contrastantes en hoja y grano de maíz en cuanto a su contenido de carotenos, así como en el número y ubicación de QTLs identificados. _______________ MOLECULAR AND BIOCHEMICAL ANALYSES OF CAROTENE BIOSYNTHESIS IN DIFFERENT MAIZE TISSUES. ABSTRACT: Maize (Zea mays L.) is the most important staple crop in Mexico, and in recent years its genome has been sequenced. In this study, some of that genomic information is used, 2,039 molecular markers, related to carotene content in maize recombinant inbred lines from the B73 × Mo17 cross (IBM-RILs), in order to detect quantitative trait loci (QTLs). In the first phase, carotenes were studied in leaves because they dissipate the energy of light used in photosynthesis and thus influence the photosynthetic rate and crop yield. Lutein, β-carotene, α-carotene, β-cryptoxanthin and zeaxanthin were measured, and we found that β-carotene represented 80% of total carotenoids. Twenty-one significant QTLs were found on chromosomes 1, 2, 4, 5, 6, 7 and 8. One significant (P ≤ 0.001) QTL (associated to umc2239 marker) with high additive value for lutein, α-carotene and β-carotene was located at the 1.07 bin. In the second phase, the carotene content of some important carotenoids in human nutrition as they are precursors of vitamin A were studied. We evaluated lutein, β-carotene, α-carotene, β-cryptoxanthin, zeaxanthin, provitamin A and total carotenes in the kernel and a QTL analysis was performed in order to identify chromosomal regions other than those reported in literature and to detect candidate genes. Results were consistent with the literature, given that in kernel β-carotene is the carotenoid present in the smallest proportion. New QTLs were identified, the most important ones through two significant markers (umc12a and umc1777) for lutein, β-carotene, β-cryptoxanthin, zeaxanthin and pro-vitamin A at the 8.05 bin. We also found matches to annotated genes phytoene synthase, ξ-carotene desaturase and lycopene ε-cyclase, and two candidate genes for phytoene synthase at bin 6.01. We conclude that there are contrasting situations in maize leaf and kernel concerning their carotene content, as well as in the number and location of the identified QTLs.

Master thesis

Zea mays Follaje Grano Fotosíntesis Provitamina A. Foliage Kernel Photosynthesis Pro-vitamin A Maestría Genética CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

High-throughput method for ear phenotyping and kernel weight estimation in maize using ear digital imaging

Richard Makanza Mainassara Zaman-Allah Jill Cairns Juan Burgueño Cosmos Magorokosho Amsal Tarekegne Michael Olsen Prasanna Boddupalli (2018)

Background: Grain yield, ear and kernel attributes can assist to understand the performance of maize plant under different environmental conditions and can be used in the variety development process to address farmer’s preferences. These parameters are however still laborious and expensive to measure.Results: A low-cost ear digital imaging method was developed that provides estimates of ear and kernel attributes i.e., ear number and size, kernel number and size as well as kernel weight from photos of ears harvested from field trial plots. The image processing method uses a script that runs in a batch mode on ImageJ; an open source software. Kernel weight was estimated using the total kernel number derived from the number of kernels visible on the image and the average kernel size. Data showed a good agreement in terms of accuracy and precision between ground truth measurements and data generated through image processing. Broad-sense heritability of the estimated parameters was in the range or higher than thatfor measured grain weight. Limitation of the method for kernel weight estimation is discussed.Conclusion: The method developed in this work provides an opportunity to significantly reduce the cost of selection in the breeding process, especially for resource constrained crop improvement programs and can be used to learn more about the genetic bases of grain yield determinants.



Statistically coherent calibration of X-ray fluorescence spectrometry for major elements in rocks and minerals


"We applied both the ordinary linear regression (OLR) and the new uncertainty weighted linear regression (UWLR) models for the calibration and comparison of a XRF machine through 59 geochemical reference materials (GRMs) and a procedure blank sample. The mean concentration and uncertainty data for the GRMs used for the calibrations (Supplementary Materials) (available here) filewere achieved from an up-to-date compilation of chemical data and their processing from well-known discordancy and significance tests. The drift-corrected XRF intensity and its uncertainty were determined from mostly duplicate pressed powder pellets. The comparison of the OLR (linear correlation coefficient ?0.9523–0.9964 and 0.9771–0.9999, respectively, for before and after matrix correction) and UWLR models (?0.9772–0.9976 and 0.9970–0.9999, respectively) clearly showed that the latter with generally higher values of is preferable for routine calibrations of analytical procedures. Both calibrations were successfully applied to rock matrices, and the results were generally consistent with those obtained in other laboratories although the UWLR model showed mostly narrower confidence limits of the mean (slope and intercept) or lower uncertainties than the OLR. Similar sensitivity (?2.69–46.17?kc·s?1·%?1 for the OLR and ?2.78–59.69?kc·s?1·%?1 for the UWLR) also indicated that the UWLR could advantageously replace the OLR model. Another novel aspect is that the total uncertainty can be reported for individual chemical data. If the analytical instruments were routinely calibrated from the UWLR model, this action would make the science of geochemistry more quantitative than at present."


Weighted least-squares Geochemical reference samples Neutron-activation analysis Fitting straight-lines Trace-elements 1987 compilation Replicated observations Quality-control Regression XRF BIOLOGÍA Y QUÍMICA CIENCIAS DE LA VIDA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA

Contenido de humedad y tipo de endospermo en la resistencia a compresión en semilla de maíz


Tesis (Doctorado en Ciencias, especialista en Producción de Semillas).- Colegio de Postgraduados, 2014.

La calidad física, fisiológica y sanitaria de la semilla se reduce debido al daño mecánico ocasionado por la mecanización de la cosecha y del acondicionamiento. Conocer la resistencia al daño mecánico en función de la humedad y textura de la semilla, permitirá minimizar el mismo durante las etapas de limpieza, secado y almacenaje. En el presente estudio se evaluó el desplazamiento, la fuerza y la energía a ruptura por compresión en cinco variedades con diferente textura de endospermo (genotipo): harinoso, semi-dentado, dentado, semi-cristalino y cristalino; y a siete niveles de humedad: 8, 12, 16, 20, 24, 28 y 32 % (base húmeda); se comparó el daño visible y la calidad fisiológica, y se evaluó el daño tisular y celular de semillas de maíz harinoso, semi-dentado y cristalino comprimidas hasta ruptura y testigo con humedad de 12 y 20 %. La relación entre contenido de humedad y a) desplazamiento a ruptura, fue lineal y directamente proporcional para los cinco genotipos estudiados; b) fuerza a ruptura, fue lineal y directamente proporcional para el genotipo harinoso e inversamente proporcional para los genotipos semi-cristalino y cristalino; para el semi-dentado y dentado, fue cuadrática; c) energía a ruptura, fue lineal y directamente proporcional en el harinoso y semi-cristalino, y cuadrática en el semi-dentado, dentado y cristalino. El genotipo semi-dentado obtuvo el mayor índice de daño y el cristalino el menor. La germinación fue de 85.2 y 55.0 % para el testigo y para semillas sometidas a ruptura; la reducción de germinación no estuvo afectada por el índice de daño. La germinación fue mayor en el genotipo semi-dentado, a humedad de 12 % en condiciones estándar y a humedad de 20 % en frío. En semillas comprimidas hasta ruptura, la ruptura celular en endospermo y aleurona tuvo una proporción significativamente superior a la separación celular, no se detectaron fracturas en tejido embrionario ni en escutelo, no obstante, la germinación y el vigor fueron significativamente inferiores al testigo. Se concluye que los resultados obtenidos permitirán un mejor manejo pos cosecha y diseño de maquinaria para el manejo de semilla. _______________ MOISTURE CONTENT AND ENDOSPERM KIND ON THE CORN SEED COMPRESSION STRENGHT. ABSTRACT: Mechanization on seed harvesting and conditioning inflicts mechanical damage, which causes physical, physiological and sanitary quality loss. Determining the mechanical damage resistance according to seed moisture and seed endosperm kind, will allow minimize its magnitude during cleaning, drying and storage. In this study, the rupture compression strain, strength and energy were evaluated on corn seeds from five cultivars with floury, semi-dented, dented, semi-flint and flint endosperm kind (genotype), at 8, 12, 16, 20, 24, 28 and 32 % moisture content (wet basis); visible damage and physiological quality were compared, and cell rupture and separation were evaluated on floury, semi-dented and flint genotypes corn seeds uncompressed (control) and compressed until rupture was detected at 12 and 20 % moisture content. Relation of moisture content and a) rupture strain, was linear and positively related on the five genotypes; b) rupture strength, was linear and positively related on the floury genotype, but negatively related on the semi-flint and flint genotypes; meanwhile it was quadratic on the semi-dented and dented genotypes; c) rupture energy, was linear and positively related on the floury and semi-flint genotypes, and quadratic on the semi-dented, dented and flint genotypes. The highest and least damage indexes were presented by the semi-dented and flint genotypes. Controls and rupture compressed seeds germination were of 85.20 and 55.00 %; germination loss was not affected by damage index. The highest germination was presented on the semi-dented genotype at 12 % moisture content on standard conditions, and at 20 % after cold stress. On rupture compressed seeds, cellular rupture area proportion was superior to cellular separation on endosperm and aleurone tissues; there were no fractures neither on embryo nor scutellum tissues, however, germination and vigor were significantly lower than on controls. It was concluded that these results will be useful for a better postharvest handling and machinery design.

Doctoral thesis

Cristalino Daño mecánico Fractura celular Harinoso Microestructura Regresión Cell fracture Flint Floury Mechanical damage Microstructure Regression Producción de Semillas Doctorado CIENCIAS SOCIALES

Potencial de productos alimenticios originarios de la zona noreste de Guanajuato

Potential of food products from northeast Guanajuato


La región noreste del estado de Guanajuato es una zona con clima semidesértico. Pese a esto, cuenta con una amplia variedad de productos de origen vegetal (piñones y frutos de cactáceas) y animal (ganado bovino, caprino y ovino) con gran potencial para ser transformados y comercializados. Por tanto, el objetivo de este trabajo es mostrar las propiedades nutricionales y nutraceúticas de estos productos y las tecnologías que puedan ser aplicadas para obtener alimentos de calidad. Al evaluar la cadena de valor de los productos no se encontró el eslabón de transformación, creando así una gran oportunidad de generar valor agregado a través de la implementación de tecnologías accesibles a las comunidades en cuestión. De este modo, el desarrollo de actores que desempeñen la función del eslabón de transformación permitirá generar recursos para impulsar el desarrollo socioeconómico, buscando una mejor calidad de vida para los habitantes de esta región.

Northeast Guanajuato State, Mexico, is an area with semi-arid climate. Despite this, it has a wide variety of products of plant (pine kernels and cactus fruits) and animal origin (bovine, ovine and caprine livestock) with great potential to be processed and marketed. Therefore, the aim of this work is to exhibit nutritional and nutraceutical properties of these products and explore technologies that can be applied to obtain quality foods. In assessing value chain of products, no transformation link was found. This creates a great opportunity to

generate added value through implementation of technologies accessible to communities in question. Thus, development of agents with a function of a transformation link would generate resources to promote socio-economic impact, always seeking a better quality of life for inhabitants of region.


CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA Noreste de Guanajuato Frutos de cactáceas Zona libre de tuberculosis Piñón Brucelosis Northeast Area of Guanajuato Cactus fruits Pine kernel Tuberculosis free zone

Representación, reconocimiento y clasicación de la actividad de imaginación motora en el dominio tiempo-frecuencia


Una interface cerebro computadora es un sistema que permite el control de dispositivos

electrónicos mediante el análisis de los patrones presentes en las señales cerebrales. Esta

puede ser de gran ayuda a personas con discapacidades motoras. En el trabajo reportado en

esta tesis se presentan dos algoritmos de extracción de características para la actividad de

imaginación motora.

El primer algoritmo está basado en la transformada Hilbert, la cual permite establecer una

representación tiempo frecuencia, que permite visualizar el fenómeno ERD/ERS presente en la

señal y que, a diferencia de algunos autores, no se realiza ningún tipo de transformación

adicional a la información extraída. Esta representación permite identificar la frecuencia

reactiva por sujeto y seleccionar la banda de frecuencias adecuada para poder generar un

vector de características.

El segundo es un algoritmo de extracción de características basado en wavelets. Se

descompone la señal en tres niveles utilizando tres diferentes wavelets, cada una con tres

diferentes momentos de desvanecimiento diferentes. Luego se seleccionan las

correspondientes bandas de frecuencias y el vector de características es construido con tres

diferentes características estadísticas extraídas de los niveles seleccionados.

La clasificación de los patrones extraídos se hace por los métodos de: discriminantes lineales

por Fisher (FLDA), discriminantes cuadráticos (QDA) y una máquina de soporte vectorial (SVM).

El desempeño del algoritmo es evaluado por una validación cruzada por diez sobre tres bases

de datos descargados de la página del BCI Competition y una base de datos obtenida mediante

un experimento propio. En total los algoritmos se probaron sobre nueve sujetos diferentes.

En general los resultados son favorables de acuerdo a los métodos propuestos. Se plantea una

extracción de características basada en la transformada Hilbert, la cual es sencilla y rápida para

su aplicación on-line y no depende de transformaciones adicionales. Para el método basado en

wavelet se demuestra que al usar tres características estadísticas se obtiene más información

de la señal que a su vez mejora los resultados, obteniendo tasas de error de hasta 0.16 y 0.8 con cada método; siendo el análisis wavelet el de menor error, en comparación con el trabajo

presentado por otros autores.

Master thesis

Wavelet transforms Time-frequency analysis Support vector machines Classification Hilbert transforms CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA

Diseño eficiente de transformadores de Hilbert


Hilbert transformers are systems of fundamental usage in signal processing and in telecommunications. Application examples include the characterization of acoustical devices, edge and corner detection in digital images, Amplitude Modulation systems and Phase Modulation systems, among others. In this thesis, an efficient technique to design Hilbert transformers is presented.

At first, the importance of designing very sharp Hilbert transformers is explained and the motivation of this work is given. After, we study the theoretical derivation of Hilbert transformers and the characteristics of they are given. In addition, we present some efficient general techniques for designing very sharp filters. Then, we analyze some forms to efficiently design Hilbert transformers based on the described design techniques.

A method for efficient design of multiplierless very sharp Hilbert transformer is proposed. Frequency Transformation (FT) method is used to design a Finite Impulse Response (FIR) Hilbert transformer based on the tapped cascaded interconnection of multiple copies of a simple subfilter. This subfilter is designed with Frequency Response Masking (FRM) technique from the design of a half-band filter. In order to obtain an overall multiplierless design, the rounding technique is applied to the coefficients of prototype filter and all subfilters. Additionally, we propose to employ the Pipelinign/Interleaving (PI) technique and the Common Subexpression Elimination (CSE) method for savings in the number of adders. Furthermore, some applications of Hilbert transformers in Amplitude Modulation systems are shown.

Finally, the MATLAB functions used for this work are described. The list of publications resulting from this research work is also given.

Los transformadores de Hilbert son sistemas de uso fundamental en el procesamiento de señales y en telecomunicaciones. Por ejemplo, se utilizan en la caracterización de dispositivos acústicos, en detección de bordes y esquinas en imágenes digitales, en sistemas de modulación en amplitud y de modulación en fase, entre otros. En esta tesis se presenta un método de diseño eficiente de transformadores de Hilbert.

En principio se explica la importancia de diseñar transformadores de Hilbert con especificaciones de diseño estrictas y se da la motivación de este trabajo. Posteriormente, se estudia la derivación teórica de los transformadores de Hilbert y se explican las características de éstos. Además, se presentan unas técnicas generales para la realización de filtros eficientes que cumplen con especificaciones estrictas. Finalmente, se analizan algunas formas de diseñar transformadores de Hilbert de manera eficiente a partir de las técnicas descritas.

Se propone un método eficiente de diseño de transformadores de Hilbert con bandas de transición muy angostas sin multiplicadores. Se utiliza el método Transformación en Frecuencia (FT, Frequency Transformation) para diseñar un transformador de Hilbert con Respuesta al Impulso Finita (FIR, Finite Impulse Response) en base a la interconexión en cascada de múltiples copias de un subfiltro simple. Este subfiltro se diseña con la técnica Respuesta en Frecuencia Enmascarada (FRM, Frequency Response Masking) a partir del diseño de un filtro de media banda. Para obtener un diseño sin multiplicadores, se aplica la técnica de redondeo a los coeficientes del filtro prototipo y el subfiltro. Adicionalmente, se propone emplear la técnica Pipelining/Interleaving (PI) y el método de Eliminación de Sub-expresiones Comunes (CSE, Common Subexpression Elimination) para ahorrar sumadores. Además, se muestran algunas aplicaciones de los transformadores de Hilbert en sistemas de modulación en amplitud.

Al final de la tesis se incluye la descripción de las funciones realizadas en MATLAB para desarrollar la propuesta de esta tesis. También se enlistan los artículos derivados de este trabajo.

Master thesis


Holder norm estimate for the fractal Hilbert transform in Douglis analysis

Yudier Peña Pérez Martin Patricio Arciga Alejandre Juan Bory Reyes (2016)

The main goal of this paper is to estimate the Hölder norm of a fractal version of the Hilbert transform in the Douglis analysis context acting from Hölder spaces of Douglis algebra valued functions defined on h-summable curves.


Hyperanalytic functions Fractal dimensions Whitney decomposition Hilbert transform Hölder functions H-summables curves CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA MATEMÁTICAS