Estrutura genética e associação genômica baseada em haplótipos para caracteres agronômicos em soja

Abstract

Resumo: A soja (Glycine max L.) é uma espécie autógama, cuja base genética no Brasil é resultado de vários ciclos de seleção e recombinações entre um reduzido número de genótipos selecionados a partir de cultivares dos Estados Unidos. Este freqüente processo de seleção, mistura de populações e cruzamentos de um número reduzido de cultivares poderia conduzir a um incremento no relacionamento genético e afetar os padrões da estrutura populacional. Estes fatores influenciam os padrões dos blocos de desequilíbrio de ligação e podem servir como uma abordagem, visando à busca de loci associados a caracteres de importância agronômica em cultivares de soja tropical. O mapeamento de loci de caracteres quantitativos por meio do uso do desequilíbrio de ligação provê uma valiosa abordagem para o estudo da base genética de caracteres complexos em soja. O mapeamento por associação de genoma amplo baseado em haplótipos tem sido proposto como uma abordagem complementar que intensifica os benefícios do desequilíbrio de ligação e que permite avaliar os determinantes genéticos de caracteres agronômicos complexos. Os objetivos do presente trabalho foram: analisar os blocos em desequilíbrio de ligação, estimar a estrutura populacional e o relacionamento genético, por meio da genotipagem com a plataforma iScan BARCSoy6K da Illumina, em 141 cultivares de soja tropical. O mapeamento por associação de genoma amplo (GWAS) foi utilizado para identificar regiões genômicas que controlam o peso de 100 sementes (SW), altura da planta (PH), rendimento de grãos (SY) e caracteres de floração (dias para floração e maturação, DTF e DTM, respectivamente) em um painel de mapeamento de associação de soja, usando marcadores de polimorfismo de um único nucleotídeo (SNP) e informação de haplótipos. As cultivares de soja (N=141) foram avaliadas em cinco locais do Sul do Brasil, totalizando oito ambientes. Os resultados revelaram fortes correlações positivas e negativas entre floração e maturidade com caracteres de rendimento de grãos e significativas associações, que representam trinta e três, vinte e nove, cinquenta e sete, setenta e dois e quarenta haplótipos baseados em SNPs associados com SY, SW, PH, DTM e DTF, respectivamente, em dois ou mais ambientes. Especificamente, GWAS baseada em haplótipos identificou três haplótipos significativamente coassociados entre DTF, DTM e caracteres relacionados ao rendimento em diferentes e específicos ambientes. Estes resultados sugerem que estas regiões genômicas poderiam conter genes com efeitos pleiotrópicos, controlando caracteres relacionados ao rendimento e ao tempo para floração e maturidade, e estão intimamente ligados a outros múltiplos genes com altas taxas de desequilíbrio de ligação

Abstract: Soybean (Glycine max L.) is an annual, self-pollinated species, whose genetic base in Brazil is the result of several cycles of selection and effective recombination among a relatively small number of selected genotypes from the USA cultivars. This frequent selection, admixed population and the crossing of a small number of cultivars can lead to increase the genetic relationship and affect the patterns of population complementary approach to intensify benefits from LD, which enable to assess the genetic determinants of agronomic traits. Thus the objectives of this research were to analyze LD blocks, estimate population structure and relatedness through of genotyping of 141 cultivars of tropical soybean by using a BARCSoy6K of Illumina iScan platform. The GWAS was undertaken to identify genomic regions that control 100-seed weight (SW), plant height (PH), seed yield (SY) and flowering traits (Days to flowering and maturity, DTF and DTM, respectively) in a soybean association mapping panel using single nucleotide polymorphism (SNP) markers and haplotype information. The soybean cultivars (N=141) were field-evaluated across five locations of southern Brazil, eight environments. Our results revealed strong positive and negative correlations of flowering and maturity with yield-related traits and the significant association of thirty-three, twenty-nine, fifty-seven, seventy-two and forty SNP-based haplotypes with SY, SW, PH, DTM and DTF, respectively, in two or more environments. Specifically, haplotype-based GWAS identified three haplotypes (Gm12_Hap12; Gm19_Hap42 and Gm20_Hap32) significantly coassociated with DTF, DTM and yield-related traits in specific and multiple environments. These results indicate that these genomic regions may contain genes with pleiotropic effects controlling traits related to yield and time to flowering and maturity and are tightly linked with others multiple genes with high rates of linkage disequilibrium