Fatores genéticos, biofísicos e de manejo que influenciam na concentração de proteína em lavouras de soja no Brasil | Assessing genetic, biophysical and management factors related to soybean seed protein variation in Brazil

Context: The demand for high-quality soybeans is expected to increase. The composition of soybeans can vary due to genetics, biophysical factors, and management practices. In particular, studies on protein content are still in their infancy in the country. Objectives: Our objectives were to quantify the genetic effects on seed protein concentration and to identify the biophysical and management factors that influence seed protein concentration in the different soybean production systems in Brazil. Methods: We collected soybean samples and data of location and crop management through surveys in 194 soybean producers’ fields in two growing seasons (2018/2019; 2022/2023) across eleven states in Brazil. Seed protein was determined by Kjeldahl method. We used regression trees, random forest regressions and comparisons between high and low protein fields to identify the main causes of variation in soybean seed protein concentrations. Results: Fields with the highest protein concentration were observed in older cultivars released in (2011), at lower yields (3082 kg ha-1), late sowing (DOY 313), higher temperatures (25.6 °C-1) and a lower photothermal coefficient (0.79 MJ m-2 d-1 °C-1). Conversely, low protein concentration was observed in fields with higher yields (4220 kg ha-1), early sowing (DOY 302), lower temperatures (24.8°C-1) and a higher photothermal coefficient (0.84 MJ m-2 d-1 °C-1) and newer cultivars released in (2016). The regression tree and random forest explained 58% of the protein variability. Relative to this explained variation, cultivar (39%) was the most important factor, following by latitude (12%) and sowing date (7%). Rainfed environments had higher seed protein concentration compared to irrigated fields. Conclusion: Cultivar was the most important factor affecting soybean seed protein concentration. Sowing date was the management practice with higher variation in protein concentration. Cultivar release year, breeding companies, latitude, temperature, photothermal coefficient and water supply also affected the final concentration of soybean seed protein. Significance: Our study provides useful information for guiding investments and apply strategies for producers, decision-making of processor and exporters of the entire soybean complex produced in Brazil to attend high quality demand.

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Contexto: Espera-se que a demanda por soja de alta qualidade aumente. A composição da soja pode variar devido a fatores genéticos, biofísicos e práticas de manejo. Em particular, os estudos sobre o teor de proteínas ainda estão engatinhando no país. Objetivos: Quantificar os efeitos genéticos sobre a concentração de proteína em sementes e identificar os fatores biofísicos e de manejo que influenciam a concentração de proteína em sementes de soja em diferentes sistemas de produção de soja no Brasil. Métodos: Foram coletadas amostras de soja e dados de localização e manejo da cultura por meio de levantamentos em 194 lavouras de produtores de soja em duas safras (2018/2019; 2022/2023) em onze estados do Brasil. A proteína das sementes foi determinada pelo método de Kjeldahl. Foram utilizadas árvores de regressão, regressões aleatórias florestais e comparações entre campos de alta e baixa proteína para identificar as principais causas de variação nas concentrações de proteína nas sementes de soja. Resultados: As lavouras com maior concentração de proteína foram observadas em cultivares mais velhas lançadas em (2011), com menores produtividades (3082 kg ha-1), semeadura tardia (DOY 313), temperaturas mais elevadas (25,6 °C-1) e menor coeficiente fototérmico (0,79 MJ m-2 d-1 °C-1). Por outro lado, baixa concentração de proteína foi observada em campos com maiores produtividades (4220 kg ha-1), semeadura precoce (DOY 302), menores temperaturas (24,8°C-1) e maior coeficiente fototérmico (0,84 MJ m-2 d-1 °C-1) e cultivares mais novas lançadas em (2016). A árvore de regressão e a floresta aleatória explicaram 58% da variabilidade proteica. Em relação a essa variação explicada, a cultivar (39%) foi o fator mais importante, seguida pela latitude (12%) e época de semeadura (7%). Os ambientes de sequeiro apresentaram maior concentração de proteína das sementes em relação aos campos irrigados. Conclusão: A cultivar foi o fator mais importante que afetou a concentração proteica nas sementes de soja. A época de semeadura foi a prática de manejo com maior variação na concentração de proteína. O ano de lançamento das cultivares, as empresas de melhoramento, a latitude, a temperatura, o coeficiente fototérmico e o fornecimento de água também afetaram a concentração final de proteína das sementes de soja. Significância: Nosso estudo fornece informações úteis para orientar investimentos e aplicar estratégias para produtores, tomada de decisão de processadores e exportadores de todo o complexo soja produzido no Brasil para atender a alta demanda de qualidade.