Validação de marcadores SNP associados ao conteúdo de óleo em Soja [Glycine max (L.) Merr.]

Abstract

Os objetivos deste estudo foram identificar e estimar o efeito de marcadores moleculares SNP sobre o conteúdo de óleo em soja, estimar a herdabilidade e a correlação entre os conteúdos de proteína e óleo, e identificar genes na região do marcador associado à característica de interesse. Para isso, 476 RILs derivadas de F4 foram avaliadas em ensaios de campo em quatro diferentes ambientes, sendo Viçosa/2017, Viçosa/2018, Capinópolis/2018 e Viçosa/2019. A população F4 foi genotipada pela metodologia KASP e fenotipada para conteúdo de proteína e óleo por espectrometria de infravermelho próximo (NIR). Além disso, foi realizada uma análise de RNASeq com os genitores para gerar uma lista de genes diferencialmente expressos (DEGs) presentes na região alvo deste estudo. Observou-se efeito significativo de genótipos para conteúdo de óleo e proteína nos dois ambientes avaliados. O conteúdo de proteína foi maior nas RILs no ambiente de Viçosa/2018 (48,50%) e menor em Capinópolis/2018 (42,55%). Já o conteúdo de óleo foi maior nas RILs no ambiente de Capinópolis/2018 (23,72%) e menor em Viçosa/2018 (15,23%). A herdabilidade assumiu valores de 71,02% e 71,75% para o conteúdo de óleo e 73,51% e 80,12% para o conteúdo de proteína, para Viçosa/2018 e Capinópolis/2018, respectivamente. Foi encontrada uma forte correlação negativa significativa (p<0,01) entre os teores de proteína e óleo, com um coeficiente de correlação de Pearson variando de -0,483 a -0,730. Dos marcadores moleculares avaliados, ss61, ss73, ss134 e ss185 associaram para o conteúdo de proteína em um dos ambientes. O marcador ss115 associou tanto para o conteúdo de óleo, quanto para proteína em todas as localidades, com provável efeito pleiotrópico. O marcador teve efeito aditivo e R2 variando de 0,4081 a 1,285 e 1,7882 a 17,3147, respectivamente. Após filtragem dos genes mapeados no cromossomo 15 da soja por estudos de RNASeq, 35 genes diferencialmente expressos (p<0,05) foram analisados. A aplicação de um limiar de FDR (q≤0,01) e FC>1.5 reduziu o número para quatro genes candidatos (Glyma.15g057700, Glyma.15g063000, Glyma.15g064100 e Glyma.15g068700). Os dados de nosso trabalho validaram a utilização do marcador ss115 em programa de melhoramento de soja para o conteúdo de óleo e proteína assim como identificou genes que podem estar associados com estas características.The main goal of the present study was to identify and estimate the effect of SNP molecular markers on soybean oil content, determine heritability, correlation of protein and oil contents and identify genes around the marker region associated with the characteristic of interest. 476 F4-derived RILs were submitted to field trials in four different environments, Viçosa/2017, Viçosa/2018, Capinópolis/2018, and Viçosa/2019. The F4 population was genotyped by the KASP methodology and phenotyped for protein and oil content using Near Infrared Spectrometry (NIR). Besides, it was conducted an RNASeq of the parentals to generate a list of differentially expressed genes (DEGs). The genotypes presented significant differences among them and along with the environments. The mean of protein content was higher in RILs of Viçosa/2018 (48,49%) and lower in Capinópolis/2018 (42,54%). The oil content was higher in Capinópolis/2018 (23,72%) and lower in Viçosa/2018 (15,23%). The heritability assumed values of 71,02% and 71,75% for the oil content and 73,51% and 80,12% for the protein content, for Viçosa/2018 and Capinópolis/2018, respectively. A strong negative correlation (p<0,01) between protein and oil contents was found, with a Pearson correlation coefficient ranging from -0,483 to -0,730. The ss61, ss73, ss134 and ss185 molecular markers were associated with the protein content in just one tested environment. The marker ss115 was associated with both oil and protein content in all localities with a probable pleiotropic effect. The marker had an additive effect and R2 ranging from 0.4081 to 1.285 and 1.7882 to 17.3147, respectively. After filtering the genes mapped in the soybean chromosome 15 using RNASeq studies, 35 differentially expressed genes (p<0,05) were analyzed. The application of an FDR threshold (q≤0,01) and FC>1.5 reduced the number of genes to four (Glyma.15g057700, Glyma.15g063000, Glyma.15g064100, and Glyma.15g06870). Our study validated the use of ss115 marker on a breeding program with a focus in development varieties for oil and protein content as well as identifying genes that are probably associated with these characteristics.