Introgressão de alelos para alto teor de proteína em soja assistida por marcadores moleculares | Introgression of alleles for high protein content into soybean elite varieties assisted by molecular markers

O teor de proteína no farelo de soja tem influenciado o preço final pago ao produtor. Por esta razão, um dos principais objetivos do melhoramento da soja é o desenvolvimento de variedades com alto teor de proteína e alta produtividade. Três variedades comerciais e seis linhagens de soja com teor normal de proteína foram cruzadas com dezoito linhagens de alto teor de proteína para promover uma combinação desejável de alto teor de proteína e alta produtividade. Os objetivos gerais deste trabalho foram a introgressão de alelos de alto teor de proteína em variedades elite de soja por retrocruzamentos e seleção assistida por microanálises bioquímicas e por marcadores microssatélites. Neste sentido, várias metas específicas foram atingidas neste trabalho tais como: (a) realização de uma análise de divergência genética baseado em marcadores microssatélites entre progenitores recorrentes e doadores de alto teor de proteína; (b) determinação do número ideal de primers de microssatélites para assistir um programa de retrocruzamentos; (c) realização de seleção por meio de microanálises bioquímicas após uma única geração de autofecundação; (d) seleção de indivíduos mais próximos geneticamente do progenitor recorrente e com maior teor de proteína; (e) determinação do ganho de seleção das plantas selecionadas e (f) caracterização de linhagens de soja com alto teor de proteína quanto à sua composição bioquímica. Como conclusões, foi evidenciado que a utilização de 57 pares de primers de microssatélites (SSR) foram eficientes para avaliar a diversidade genética entre os genótipos doadores e recorrentes, permitindo que genótipos mais próximos geneticamente entre si fossem utilizados no programa de retrocruzamento para introgressão de alelos de alto teor de proteína em soja. Foram definidos 44 dos 57 pares de primers de SSR previamente selecionados como o número ótimo para assistir o programa de retrocruzamentos visando a introgressão de alelos de alto teor de proteína, com 95% de correlação e 6,44% de estresse e, ainda, foram escolhidas três combinações destes 44 pares de primers que proporcionaram o mesmo agrupamento original obtido quando foram utilizados 57 pares de primers. A análise de variância evidenciou variabilidade genética para todos os cruzamentos avaliados e um alto valor de herdabilidade para teor de proteína em soja, sendo que os melhores cruzamentos foram aqueles que envolveram o progenitor recorrente OC 953312, que apresentou a maior herdabilidade (93,1%) e maior variabilidade genética (4,62). Os melhores progenitores doadores foram escolhidos com base em suas capacidade específica de combinação (CEC), por meio do teste de média, o que reduzirá o número de cruzamentos e análises e, conseqüentemente, os custos do programa de retrocruzamento. As plantas selecionadas para alto teor de proteína independente do cruzamento tiveram em média teores de proteína de 45,74 a 47,47% sendo que os ganhos reais para teor de proteína foram de 3,88 a 9,35%. As plantas que tiveram alto teor de proteína e menores distâncias genéticas em relação ao progenitor recorrente foram selecionadas para dar prosseguimento ao programa de retrocruzamentos. A caracterização bioquímica das isolinhas com alto teor de proteína indicou que o aumento no teor de proteína promoveu uma redução no teor de óleo e carboidratos totais. A análise da composição aminoacídica das isolinhas de alto teor de proteína comparada com a linhagem recorrente (normal) evidenciou que não houve alteração aparente na composição aminoacídica das isolinhas e, ainda, foi observado que o aumento do teor de proteína ocorreu principalmente devido ao aumento no teor da proteína de reserva 11S (de melhor qualidade), havendo inclusive uma pequena redução na proteína de reserva 7S. Esta observação é importante, pois indica que o melhoramento para teor de proteína não reduziu o valor nutricional da proteína da soja, podendo até mesmo melhorar a sua qualidade.

Soy flour protein content greatly influences the final price paid to the producer. For this reason one of the main objectives of soybean breeding is to select for high protein cultivars. The main goal of this work was the introgression of alleles for high protein content in soybean elite cultivars through backcross assisted by molecular markers. For that reason, several specific tasks were achieved, such as (a) analyses of genetic diversity among recurrent and donor parents with microsatellite markers; (b) determination of the ideal number of microsatellite primers to assist the backcross program; (c) selection of high protein genotypes by using non- destructive single seed analyses after one generation of self-pollination; (d) selection of genotypes genetically closer to the recurrent parent; (e) protein yield determination of F2 selected plants and (f) biochemical characterization of high protein soybean lines. The use of 57 selected pairs of microsatellite primers was efficient to evaluate the genetic diversity among the recurrent and donor parents, which allow the choice of genetically closer genotypes for the backcross breeding program. Forty-four of the 57 pairs of primers previously selected were defined as an optimum number of primers to assist the backcross breeding program, with 95% correlation and 6.44% stress. The three best 44 primers combinations that yields the same original clustering obtained with the 57 pairs of primers were chosen. Variance analysis evidenced genetic variability for all crosses analyzed and a high heritability value for protein content in soybean, being the best crosses the ones that used recurrent parent OC 953312, which showed the highest heritability (93.1%) and genetic variability values (4.62). The best donor parents were chosen based on capacity specific combination by using the mean test. This will reduce the number of crosses and biochemical analyses needed and, consequently, the cost of the backcross breeding program. Selected plants for high protein independently of the crossing had an average of protein content varying from 45.74 to 47.47%, and the real gains for protein varying from 3.88 (9.17%) to 9.35 (24.86%). Plants that had the highest protein content and the lowest genetic distances in relation to the recurrent parent were selected for the backcross breeding. A biochemical characterization was performed in the high protein near isogenic lines (NILs) derived from CAC 1 variety. The increase in protein content promotes reduction in oil as well as in total carbohydrates contents of the soybean seeds. A soy flour amino acid analysis showed that there was no significant alteration in the amino acid contents in the high protein lines. Scanner densitometry estimation of soybean protein components separated by SDS-PAGE showed that the increase of protein content of the NILs are due to an increase in the 11S storage protein component, which is of better quality. The scanner densitometry evaluation showed a slight reduction in 7S storage protein content in the high protein lines. This observation is of interest since it pointed out that the backcross breeding for high protein content does not reduce, being even possible to increase the nutritional and functional values of the soybean protein.

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