Diversidade genética, estrutura populacional e mapeamento associativo em populações de RILs de soja tropical

Abstract

A soja é uma cultura de dias curtos e sensível ao fotoperíodo, cuja adaptação a diferentes latitudes é crucial para a expansão do cultivo e aumento da produtividade. Esta tese foca em dois principais aspectos do melhoramento genético da soja: a estrutura populacional e o mapeamento associativo de características agronômicas. O primeiro capítulo abrange o estado geral da arte, uma introdução aos principais tópicos que serão abordados. O segundo capítulo aborda a diversidade genética e a estrutura populacional de três populações de linhagens de soja adaptadas a regiões tropicais. Foram genotipadas 405 linhagens, pertencentes a três populações distintas resultantes de cruzamentos biparentais. Utilizando 2.924 marcadores Single Nucleotide Polymorphism (SNP), a análise de componentes principais (PCA) e a análise bayesiana foram capazes de distinguir e agrupar as linhagens quanto ao seu grupo ancestral. Os resultados indicam a importância de considerar a constituição genética e a adaptação latitudinal em programas de melhoramento genético de soja. O terceiro e último capítulo trata do mapeamento associativo de características agronômicas diretamente afetadas pela sensibilidade ao fotoperíodo em linhagens de soja tropical. Dados fenotípicos da população sul composta por 150 linhagens foram avaliados na safra 2022/23. Utilizando marcadores SNP e o método Blink (Bayesian-information and Linkage-disequilibrium Iteratively Nested Keyway), foram identificados 12 SNPs associados a altura de plantas no florescimento (APF), altura de plantas na maturidade (APM) e número de dias para maturidade (NDM). Onze genes candidatos foram identificados, podendo ser utilizados para o melhoramento genético da soja. A identificação de marcadores SNP e genes associados a características agronômicas de interesse poderão auxiliar na seleção in silico e no desenvolvimento de cultivares mais adaptadas a diferentes regiões, contribuindo para a eficiência e sustentabilidade do cultivo da soja.

Soybean is a short-day crop sensitive to photoperiod, and its adaptation to different latitudes is crucial for expanding cultivation and increasing productivity. This thesis focuses on two main aspects of soybean breeding: population structure and association mapping of agronomic traits. The first chapter covers the general state of the art, introducing the main topics to be addressed. The second chapter examines the genetic diversity and population structure of three populations of soybean lines adapted to tropical regions. A total of 405 lines, belonging to three distinct populations resulting from biparental crosses, were genotyped. Using 2,924 Single Nucleotide Polymorphism (SNP) markers, Principal Component Analysis (PCA) and Bayesian analysis were able to distinguish and group the lines according to their ancestral group. The results highlight the importance of considering genetic constitution and latitudinal adaptation in soybean breeding programs. The third and final chapter deals with the association mapping of agronomic traits directly affected by photoperiod sensitivity in tropical soybean lines. Phenotypic data from the southern population, consisting of 150 lines, were evaluated during the 2022/23 growing season. Using SNP markers and the Blink method (Bayesian-information and Linkage-disequilibrium Iteratively Nested Keyway), 12 SNPs associated with plant height at flowering (PHF), plant height at maturity (PHM), and number of days to maturity (NDM) were identified. Eleven candidate genes were identified, which may be used for soybean genetic improvement. The identification of SNP markers and genes associated with agronomic traits of interest could aid in in silico selection and the development of cultivars better adapted to different regions, contributing to the efficiency and sustainability of soybean cultivation.