Estratégia de indução de déficit hídrico em soja e desenvolvimento de GWAS para germinação e vigor de sementes

Abstract

A soja é a leguminosa de maior importância econômica do mundo, ocupando 6% de todas as terras aráveis do planeta. No Brasil, a soja é plantada em 55% de toda a área de cultivo. Devido sua grande área plantada, rotineiramente a soja está exposta a estresses, principalmente por déficit hídrico, que têm se tornado cada vez mais comum nos últimos anos. O objetivo do presente trabalho foi estabelecer uma metodologia viável e de baixo custo para avaliação de plantas de soja tolerantes ao estresse hídrico durante a fase de germinação e em plantas adultas em casa de vegetação. Posteriormente, com o auxílio de GWAS, explorar a associação entre SNPs e características de interesse relacionadas à germinação e dinâmica de reservas de sementes em diferentes condições de estresse, para seu potencial uso no melhoramento genético. Para isso foi realizado uma revisão sobre metodologias de aplicação de estresse em plantas em casa de vegetação, respondendo as perguntas: como, quando e quanto estresse aplicar nas plantas de soja? O qual indicou diferentes estratégias conforme o objetivo do estudo e disponibilidade de recursos financeiros. Em seguida foi definido como realizar o estresse hídrico em sementes, testando quatro diferentes níveis de estresse (0,0 Mpa, - 0,2 Mpa, -0,4 Mpa e -0,6 Mpa), verificando que o potencial osmótico de -0,2 Mpa é o mais adequado para se selecionar genótipos tolerantes a seca durante a germinação, por expor a máxima variabilidade genética entre genótipos. Com essas informações foram realizadas análises de germinação e vigor de sementes em 97 genótipos de soja, genotipados com marcadores moleculares SNPs. A partir desses resultados se confirmou que as características relacionadas à germinação e vigor de sementes são governados vários por locus em diferentes regiões do genoma, independentemente do ambiente. Quanto à dinâmica de reservas de sementes para a germinação, foi verificado que somente a variável eficiência de conversão de reservas apresentou SNPs associados, e que essa característica também é de natureza quantitativa. Tanto para a germinação, como para o vigor e dinâmica de reservas, há variabilidade genética a ser explorada, e essas características podem ser melhoradas. Conclui-se que existem metodologias viáveis e de baixo custo para seleção de genótipos tolerantes a seca utilizando plantas adultas e sementes, e, que há associação genômica entre SNPs e características relacionadas à germinação, vigor e dinâmica de reservas, com possibilidade de uso no melhoramento genético, para se produzir genótipos superiores.

Soybeans are the most economically important legume in the world, accounting for 6% of all arable land on the planet. In Brazil, soybeans are planted in 55% of the total area under cultivation. Because of its large area planted, soybeans are routinely exposed to stresses, especially water stresses, which have become increasingly common in recent years. The objective of the present work was to establish a feasible and low-cost methodology for the evaluation of plants tolerant to water stress during the germination phase and in adult plants under greenhouse conditions. And later with GWAS, we explore the association between SNPs and characteristics related to control of germination and seed reserve dynamics under different stress conditions for their potential use in genetic breeding. For that, a review was carried out on methodologies of stress application in greenhouse plants, answering the questions: how, when and how much stress apply in soybean plants? which indicated different strategies according to the objective of the study and availability of financial resources. It was also defined how to perform water stress in seeds during germination. Four different stress levels (0.0 Mpa, -0.2 Mpa, -0.4 Mpa and -0.6 Mpa) were used. The osmotic potential of - 0.2 Mpa was the most adequate to select drought-tolerant genotypes during germination, because it exposes the maximum genetic variability among genotypes. With this information, seed germination and vigor analyzes were performed in 97 soybean genotypes, using SNPs markers. These results confirmed that characteristics related to germination and seed vigor are governed by several loci, being a quantitative trait that appear in different regions of the genome, according to the environment, with or without stress. Concerning the dynamics of seed reserves for germination, it was verified that only the reserve conversion efficiency variable had associated SNPs and that this characteristic has also quantitative nature. Germination, vigor and reserve dynamics presented genetic variability to be explored, and these characteristics can be improved in breeding programs. It was concluded that there are feasible and low-cost methodologies for selection of drought tolerant genotypes using adult plants and seeds. And that there are several loci associated with control of the germination, vigor and dynamics of reserves, but with the possibility of use in breeding, to produce better cultivars.