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Phenotypic and genotypic variation within soybean cultivars

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Universidade Federal de Lavras

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Instituto de Ciências Naturais – ICN

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Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento de Plantas

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Tecnológico
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Tecnologia e produção

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ODS 1: Erradicação da pobreza
ODS 2: Fome zero e agricultura sustentável
ODS 8: Trabalho decente e crescimento econômico
ODS 9: Indústria, inovação e infraestrutura
ODS 13: Ação contra a mudança global do clima

Dados abertos

Resumo

A soja desempenha um papel fundamental no agronegócio brasileiro, especialmente porque o país é o maior produtor mundial dessa cultura. Há uma busca constante por genótipos homozigotos e puros nos programas de melhoramento de soja comercial. No entanto, é importante reconhecer que a homogeneidade genética e a pureza não se mantêm estáveis a médio e longo prazo devido à notável instabilidade e flexibilidade do genoma, o que leva à variabilidade intracultivar. Assim, o objetivo deste trabalho foi investigar a variabilidade intracultivar em linhagens de soja, tanto fenotipicamente quanto genotipicamente. Foram também comparadas diferentes estratégias de classificação de progênies de soja e selecionadas as progenies mais promissoras para características que exibem variabilidade. Durante a safra de 2017/2018, 47 plantas de seis cultivares de soja foram utilizadas para estabelecer os tratamentos. Essas progênies, juntamente com o controle (checks), foram submetidas a ensaios em duas safras subsequentes, 2018/2019 e 2019/2020. As características avaliadas incluíram produtividade (YIELD), Maturidade Absoluta (FM), Dias para Floração (DF) e Altura de Plantas (PH). Além disso, a genotipagem foi realizada em 288 genótipos usando um chip com 1329 marcadores (SNPs). Os dados fenotípicos foram analisados usando modelos mistos para avaliar variância, herdabilidade, precisão e o coeficiente de variação, bem como para calcular um índice multi caracteristicas. A correlação de postos de Spearman (ρ) e o índice de coincidência (IC), foram calculados usando valores genéticos preditos derivados de diferentes estratégias analíticas, como o BLUP e GBLUP. O estudo revela a existência de variação intracultivar fenotípica e genotípica entre as cultivares avaliadas. O grau de variação observado difere entre as cultivares. O potencial tanto para seleção quanto para descarte está presente em todas as características avaliadas individualmente e também quando se emprega um índice multi caracteristica. No entanto, a correlação entre previsões genotípicas e fenotípicas para fins de seleção é baixa. Em contraste, essa correlação é maior para descarte, sugerindo que os dados genotípicos são mais aplicáveis para identificar e descartar as progênies indesejáveis. Além disso, as características de altura de plantas (PH) e dias para floração (DF) demonstram uma maior consistência entre previsões genotípicas e fenotípicas, indicando sua maior utilidade nos processos de seleção e descarte dentro de um índice multi caracteristicas. Estes resultados enfatizam a importância de considerar a previsibilidade específica da característica ao aplicar informações genômicas à estratégias de melhoramento e validam o índice multi caracteristicas como uma ferramenta útil para melhorar a eficiência dos programas de melhoramento.

Abstract

Soybean plays a fundamental role in the Brazilian agribusiness, mainly because the country is the world's largest producer of this crop. Consequently, there is a constant pursuit of homozygous and pure genotypes in commercial soybean breeding programs. However, genetic homogeneity and purity do not remains stable over the medium and long terms due to the notable instability and flexibility of the soybean genome, which leads to intracultivar variability. Thus, the objective of this study was to investigate intracultivar variability in soybean lines, using both phenotypic and genotypic data. Efforts were also made to compare different strategies for ranking soybean progenies and to select the most promising lines for traits exhibiting variability. During the 2017/2018 crop season, 47 plants from six soybean cultivars were used to set the genetic treatments. These progenies, along with control, were subjected to trials across two subsequent crop seasons, 2018/2019 and 2019/2020. Phenotypic traits such Grain Yield (YIELD), Full Maturity (FM), Days to Flowering (DF), and Plant Height (PH) were estimated. Additionally, genotyping was performed for 288 genotypes using a chip with 1329 SNP markers. The phenotypic data were analyzed using mixed models to evaluate variance, heritability, accuracy, and coefficient of variation, as well as to estimate a multi-trait index. Spearman's rank correlation (ρ) and the coincidence index (IC) were computed using predicted genetic values from different analytical strategies like BLUP and GBLUP. This study reveals the existence of both phenotypic and genotypic intracultivar variation among the evaluated cultivars. The degree of variation observed differs among cultivars. The potential for both selection and discarding is present across all evaluated traits individually and also when employing a multi-trait index. However, the correlation between genotypic and phenotypic predictions for the purpose of selection is low. However, this correlation is higher for discarding, suggesting genotypic data is more applicable for identifying and discarding undesirable progenies. Furthermore, traits such plant height (PH) and days to flowering (DF) showed high consistency between genotypic and phenotypic predictions, indicating they are efficient in the selection and discarding processes within a multi-trait index. These results emphasize the importance of considering trait-specific predictability when applying genomic information to breeding strategies and validate the multi-trait index as a useful tool for improving the efficiency of breeding programs.

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RESENDE, E. L. Phenotypic and genotypic variation within soybean cultivars. 2024. 97 p. Tese (Doutorado em Genética e Melhoramento de Plantas) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2024.

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