Caracterización productiva y molecular de líneas experimentales avanzadas de soya [Glycine max (L.) Merr.] desarrolladas para alto ácido oleico

Abstract

RESUMEN: El cultivo de la soya [Glycine max (L.) Merr.], es de gran importancia en la agricultura mundial, ya que ocupa el primer lugar (61 %) en la producción de semillas oleaginosas en el mundo. Los objetivos del mejoramiento genético de la soya actualmente se han centrado en potenciar las características de importancia comercial del grano, particularmente mejorar el contenido de ácido oleico. Para ello, se han empleado métodos convencionales y herramientas biotecnológicas, y utilizado principalmente, dos genotipos progenitores como fuente del carácter oleico, el M23 (medio oleico, desarrollado por mutagénesis) y el N98-4445A (alto oleico, desarrollado por mejoramiento convencional). En México, recientemente se utilizó el genotipo N98-4445A para introducir el rasgo de alto ácido oleico a poblaciones de soya adaptadas al trópico mexicano, dicha introducción se realizó por mejoramiento convencional, utilizando el método de selección por descendencia de semilla simple. El avance generacional de las poblaciones segregantes fue realizado tomando en cuenta características del progenitor macho y principalmente de adaptación al trópico mexicano, sin considerar características bioquímicas de la semilla, en el proceso de selección. Por lo que, el objetivo de este trabajo consistió en la fenotipificación y genotipificación de 72 líneas experimentales de soya (F:7), localmente adaptadas y con potencial para producción de ácido oleico. Las cinco poblaciones estudiadas, derivaron del cruzamiento entre el genotipo alto oleico N98-4445A con variedades adaptadas al trópico mexicano (Huastecas), las poblaciones fueron generadas por el INIFAP en el Campo Experimental Las Huastecas. La fenotipificación de las poblaciones consistió en evaluar cinco características morfoagronómicas y tres bioquímicas, los datos obtenidos fueron sometidos a un análisis de varianza, de correlación de Pearson (SPSS v9) y de componentes principales (ACP) (Infostat v2018). Para la genotipificación de las poblaciones y la determinación de las frecuencias alélicas y genotípicas se utilizó el gen FAD2-1B, pero además se analizaron los genes FAD2-1A, KAS I y ACCB-1. Las mutaciones encontradas se evaluaron bioinformáticamente para establecer su potencial efecto en el fenotipo. En el análisis de asociación genotipo fenotipo se empleó el modelo lineal mixto y la herramienta LSMEANS (PROC mixed) de SAS v9.VII. Los resultados de la evaluación fenotípica, mostraron diferencias altamente significativas entre y dentro de las poblaciones para las características evaluadas. El análisis de correlaciones de variables morfoagronómicas y bioquímicas, mostró que existe correlación significativa entre las variables de rendimiento, la altura de la planta y etapa R8; y también entre altura de la planta a etapas R2 y R8 y días a floración y madurez fisiológica de la planta, por otro lado, se obtuvo correlación positiva altamente significativa entre el contenido de ácido oleico y el contenido de proteína en la semilla, y correlación negativa altamente significativa para contenido total de aceite, contenido de ácido oleico y contenido de proteína. El análisis ACP mostró que el contenido de ácido oleico, contenido de aceite total y contenido de proteína de la semilla, fueron los caracteres de mayor importancia en la descripción de la variación explicada (68 %), y en el análisis biplot el agrupamiento más numeroso de líneas experimentales estuvo conformado por genotipos con valores altos del contenido de proteína, valores intermedios del contenido de ácido oleico y contenido de aceite total. En cuanto a la evaluación genotípica, el SNP no sinónimo A76G encontrado en el exón dos del gen FAD2-1B, mostró asociación con el rendimiento de semilla. La resecuenciación de los genes KAS I y ACCB-1 mostró que estos son mas variables que las isoformas FAD2-1A y FAD2-1B entre progenitores. Se encontraron cuatro SNPs en el gen KAS I las cuales, se clasificaron sin efecto en la proteína de acuerdo con el análisis bioinformático. Mientras que en el gen ACCB-1 se identificaron cuatro SNPs y un microsatélite [CT(10-15)] en la región no traducible. Uno de los SNPs, no ha sido previamente reportado. El análisis in silico de este último, lo catálogo con posible efecto en la proteína. ABSTRACT: Soybean cultivar [Glycine max (L.) Merr.], is of great importance in world agriculture, since it occupies the first place (61%) in the production of oil seeds in the world. The objectives of genetic improvement of soybean have been focused on enhancing the commercially important characteristics of the grain, particularly improving the oleic acid content. Conventional methods and biotechnological tools have been used, as well as the use of two progenitor genotypes as a source of the trait, M23 (mid-oleic, developed bymutagenesis) and N98-4445A (high-oleic, developed by conventional breeding).In Mexico, the N98-4445A genotype was recently used to introduce the high oleic acid trait to soybean populations adapted to the Mexican tropic. This introduction was made by conventional breeding, using the simple offspring selection method. The generational progress of the segregating populations was made considering characteristics of the male parent and mainly of adaptation to the Mexican tropic, without considering the biochemical characteristics of the seed in the selection process. Therefore, the objective of this work consisted of the phenotyping and genotyping of 72 experimental soybean lines (F: 7), locally adapted and with potential for oleic acid production.Five populations studied, derived from the cross of mid-oleic genotype N98-4445A with varieties adapted to the Mexican tropics (Huastecas), the populations were generated by INIFAP in the Campo Experimental Sur de Tamaulipas. The phenotyping of the populations consisted in evaluating five morphoagronomic and three biochemical characteristics, the data obtained were subjected to an analysis of variance, Pearson correlation (SPSS v9) and principal components (ACP) (Infostat v2018). For the genotyping of populations and the determination of allelic and genotypic frequencies, the FAD2-1B gene was used, but also the FAD2-1A, KAS I and ACCB-1 genes were analyzed.The mutations found were evaluated bioinformatically to establish their potential effect on the phenotype. In the genotype-phenotype association analysis, the mixed linear model and the LSMEANS tool (PROC mixed) of SAS v9 were used. In the genotype phenotype association analysis, the mixed linear model and the LSMEANS tool (PROC mixed) in SAS v9 were used. The results of the phenotypic evaluation showed highly IX significant differences between and within the populations for the evaluated characteristics. The analysis of correlations of morphoagronomic and biochemical traits showed that there is a significant correlation between yield and plant height at stage R8, and between plant height at stages R2 and R8, days at flowering and physiological maturity of the plant, on the other hand, a highly significant positive correlation was obtained between oleate content and protein content in seed, and a highly significant negative correlation for total oil content, oleate content and protein content. The ACP analysis showed that oleate, total oil content and protein content in seed, were the most important traits of variation (68%). Biplot analysis showed, the most numerous grouping of experimental lines consisted of genotypes with high protein values, and middle oleate, total oil values. Regarding the genotypic evaluation, the nonsynonymous SNP found in exon two of the FAD2-1B gene showed association with seed yield.Resequencing of the KAS I and ACCB-1 genes showed that they are more variable than the FAD2-1A and FAD2-1B isoforms between parents. Four SNPs were found in the KAS I gene, which were classified as having no effect on the protein according to the bioinformatic analysis. While in the ACCB-1 gene four SNPs and one microsatellite [CT(10-15)] were identified in the non-translatable region. One of the SNPs has not been previously reported, which was cataloged with a possible effect on the protein in in silico analysis.