Validação e associação de marcadores moleculares relacionados à tolerância ao alagamento em soja (Glycine max (L.) Merr)

Abstract

O cultivo da soja (Glycine max (L.) Merr.) em sistema de rotação com o arroz irrigado em terras baixas é ascendente, no entanto, a soja está sujeita a períodos de alagamento. No geral, a cultura da soja é sensível ao alagamento. A identificação de marcadores SNPs, bem como a seleção de genótipos mais tolerantes ao alagamento, são abordagens eficazes para minimizar perdas produtivas. Este estudo teve como objetivo identificar marcadores moleculares do tipo SNPs associados à genes que confiram maior tolerância ao alagamento em um painel de genótipos brasileiros de soja. Foram conduzidos quatro experimentos de campo, dois na safra agrícola 2017/18 e dois na safra 2018/19. Em ambas as safras, os tratamentos consistiram em diferentes genótipos de soja submetidos ao alagamento, sendo 105 genótipos no experimento 1, 32 no experimento 2, 26 no experimento 3 e 77 no experimento 4. A duração do período de alagamento nos experimentos 1, 2 e 4 foi de cinco dias, enquanto no experimento 3 foi de três dias. Os indicadores de resposta ao alagamento, como avaliação visual (escala de nota), índice de vegetação por diferença normalizada (NDVI), retenção foliar e mortalidade foram fenotipados e correlacionados para 22 marcadores moleculares identificados previamente. A genotipagem foi realizada por meio do ensaio KASP. Os resultados mostraram alterações significativas para fenotipagem (escore visual) e produtividade. A fenotipagem foi altamente correlacionada à produtividade. Com base nessas alterações significativas e na consistência em relação aos alelos associados ao melhor escore visual e maiores produtividades, identificaram-se cinco marcadores moleculares associados à maior tolerância ao alagamento. Os marcadores selecionados foram: GSM0605, GSM0611, GSM0612, GSM0613 e GSM0625. Dois deles, GSM0612 e GSM0613 estão associados a uma calmodulina, que desempenha importante papel na sinalização ao estresse em plantas. O ensaio KASP agrupou com precisão as três classes genotípicas baseadas nesses SNPs, podendo efetivamente diferenciar os genótipos avaliados. Em suma, os marcadores SNPs selecionados serão importantes na seleção assistida de genótipos visando alelos associados à maior tolerância ao alagamento.

Soybean (Glycine max (L.) Merr.) crop rotation with flooded rice is increasing in lowland areas, however, flooding periods can impair soybean development, since most of the current genotypes are sensitive to flooding. The identification of SNPs markers, as well as the selection of more tolerant genotypes to flooding, are effective in minimizing production losses. This study aims to identify SNPs-type molecular markers associated with genes that confer more flooding tolerance in a set of Brazilian soybean genotypes. Four field experiments were conducted, two in the 2017/18 and two in the 2018/19 growing season. In both seasons, treatments consisted of different soybean genotypes subjected to flooding, with 105 genotypes in experiment 1, 32 in experiment 2, 26 in experiment 3 and 77 in experiment 4. The duration of the flooding period in experiments 1, 2 and 4 was five days, while in experiment 3 it was three days. Flooding response indicators, such as visual assessment (note scale), normalized differenced vegetation index (NDVI), leaf retention and plant mortality were phenotyped and correlated tor 22 molecular markers previously identified. Genotyping was performed using KASP. The flooding promoted relevant changes in phenotyping (visual score) and grain productivity. Phenotyping was highly correlated with productivity. Based on these changes and the consistency in relation to the alleles associated with the best visual score and highest productivity, five molecular markers associated with greater flooding tolerance were identified. The selected markers were: GSM0605, GSM0611, GSM0612, GSM0613 and GSM0625. Two of them, GSM0612 and GSM0613, are associated with calmodulin, which plays an important role in signaling stress in plants. The KASP assay accurately grouped the three genotypic classes based on SNPs, being able to differentiate the soybean genotypes. The selected SNPs molecular markers will be important in assisted genotype selection aiming at alleles associated with greater flooding tolerance in soybean.