Identification of SNPs for fatty acid content in soybean by the HRM technique

O objetivo deste trabalho foi identificar SNPs em genes associados ao conteúdo de ácidos graxos em soja e implementar a metodologia “high resolution melting” (HRM) para genotipagem desses SNPs. Os iniciadores HRM foram desenhados para discriminar os alelos SNPs em duas populações de mapeamento (RILs e F2) e seguiram o padrão esperado de segregação. Os SNPs do gene ABI associaram-se significativamente ao conteúdo de ácido esteárico (R2 = 12,14), e os do gene FAD3B, aos conteúdos de ácido oleico (R2 = 14,69) e linolênico (R2 = 10,62). A técnica de genotipagem dos SNPs por HRM é eficiente na discriminação das classes genotípicas.The objective of this work was to identify SNPs in genes associated with fatty acid content in soybean and to implement the high resolution melting (HRM) technique for SNP genotyping. HRM primers were designed to discriminate SNP alleles in two mapping populations (RILs and F2) and followed the expected pattern of segregation. The ABI gene SNPs were significantly associated with stearic acid content (R2 = 12.14), and the ones from the FAD3B gene, with oleic (R2 = 14.69) and linolenic acid (R2 = 10.62) contents. The technique of genotyping SNPs by HRM is efficient to discriminate genotype classes

Characterization of a new GmFAD3A allele in Brazilian CS303TNKCA soybean cultivar

Soybean is one of the most important crops cultivated worldwide. Soybean oil has 13% palmitic acid, 4% stearic acid, 20% oleic acid, 55% linoleic acid and 8% linolenic acid. Breeding programs are developing varieties with high oleic and low polyunsaturated fatty acids (linoleic and linolenic) to improve the oil oxidative stability and make the varieties more attractive for the soy industry. The main goal of this study was to characterize the low linoleic acid trait in CS303TNKCA cultivar. We sequenced CS303TNKCA GmFAD3A, GmFAD3B and GmFAD3C genes and identified an adenine point deletion in the GmFAD3A exon 5 (delA). This alteration creates a premature stop codon, leading to a truncated protein with just 207 residues that result in a non-functional enzyme. Analysis of enzymatic activity by heterologous expression in yeast support delA as the cause of low linolenic acid content in CS303TNKCA. Thus, we developed a TaqMan genotyping assay to associate delA with low linolenic acid content in segregating populations. Lines homozygous for delA had a linolenic acid content of 3.3 to 4.4%, and the variation at this locus accounted for 50.83 to 73.70% of the phenotypic variation. This molecular marker is a new tool to introgress the low linolenic acid trait into elite soybean cultivars and can be used to combine with high oleic trait markers to produce soybean with enhanced economic value. The advantage of using CS303TNKCA compared to other lines available in the literature is that this cultivar has good agronomic characteristics and is adapted to Brazilian conditions

Biometric analyses of productivity, soluble sugar composition and non-starch polysaccharides (NSP) on soybean genotype selection

A soja é um grão de alto valor nutricional, é utilizada como base para vários produtos, portanto existe uma demanda crescente por genótipos de soja com alta produtividade e características de qualidade específicas. Assim, torna-se importante a caracterização de genótipos de soja quanto aos componentes bioquímicos relativos à qualidade e também quanto aos fatores antinutricionais, os quais limitam o uso da soja na alimentação humana e de animais monogástricos. Este trabalho teve os seguintes objetivos gerais; avaliar a interação genótipo x ambiente quanto à produtividade e as concentrações de proteína, sacarose, rafinose e estaquiose em soja; estimar as correlações entre caracteres analisados no presente trabalho; selecionar genótipos de soja, os quais poderão ser utilizados em programas que visam aumentar a qualidade nutricional do grão de soja, visando o uso na alimentação humana e de animais monogástrico. Para isto, foram avaliados 18 genótipos de soja, cultivados nas estações experimentais da COOPADAP situadas nos Municípios de Mineiros-GO, Perdizes-MG, São Gotardo-MG e Presidente Olegário-MG, no ano agrícola 2005/2006. Os experimentos foram executados em blocos casualizados, com três repetições. Foi determinada a produtividade média (Kg ha-1) dos 18 genótipos nos quatro ambientes, assim como, as concentrações: de proteína utilizando um espectrômetro infravermelho (NIR); sacarose, rafinose e estaquiose por HPLC. As análises estatísticas foram realizadas com o auxílio do aplicativo computacional em genética e estatística, Programa GENES. Na análise de variância conjunta, verificaramse efeitos significativos para ambiente e genótipo x ambiente (p<0,01), para todas as cinco características avaliadas. Foram detectados efeitos significativos de genótipo (p<0,01) para produtividade e proteína e (p<0,05) para sacarose e rafinose. As análises de adaptabilidade e estabilidade foram realizadas utilizando-se o método de Lin e Binns (1988) modificado por Carneiro (1998) e método de Centróide. Os dois métodos empregados mostraram coerência e permitiram identificar os genótipos mais estáveis e responsivos a melhoria do ambiente como sendo também os que apresentaram maior produtividade e maiores concentrações de proteína, sacarose, rafinose e estaquiose. Os genótipos que se destacaram pela ampla adaptabilidade segundo as duas metodologias empregadas no presente trabalho foram; considerando a variável produtividade, as cultivares VENCEDORA e MSOY 8001; para concentração de proteína, a cultivar ELITE; para concentração de sacarose, a linhagem CS 01 736; para a concentração de rafinose, a linhagem CS 02 988 e para a concentração de estaquiose, a cultivar MSOY 8001. Produtividade e concentração de proteína apresentaram correlação negativa, o que mostra que a seleção para um determinado caráter pode provocar o declínio do outro. A correlação entre a produtividade e concentração de sacarose não foi significativa. O mesmo comportamento foi observado entre a concentração de proteína vs concentração de sacarose e entre a concentração de proteína vs concentração de estaquiose. O fato desses caracteres não estarem correlacionados facilita a seleção de genótipos com alta concentração de sacarose e alta produtividade, ou ainda, genótipos com altas concentrações de sacarose e proteína. A correlação entre produtividade vs concentração de rafinose e produtividade vs concentração de estaquiose foram negativas e significativas, essa correlação negativa e significativa facilita a seleção de genótipos com alta produtividade e com baixas concentrações de rafinose e estaquiose. A concentração de sacarose apresentou altos e positivos coeficientes de correlação com as concentrações de rafinose e estaquiose, indicando a impossibilidade de se fazer à seleção direta de indivíduos com alta concentração de sacarose e baixas concentrações de rafinose e estaquiose. A segunda parte do presente trabalho foi realizada utilizando seis genótipos de soja cultivados no Município de Mineiros-GO. Foi demonstrado que a metodologia adaptada para quantificar fatores antinutricionais termoestáveis, tais como, os Polissacarídeos não-amídicos em soja, utilizando a técnica cromatográfica HPLC, se mostrou de boa precisão. Não foi encontrada correlações significativas entre Produtividade vs PNAs,Óleo vs PNAs e Proteína vs PNAs entre os seis genótipos analisados. O fato desses caracteres não estarem correlacionados facilita a seleção de genótipos com melhor qualidade nutricional, pois possibilita ao melhorista diminuir os conteúdos de PNAs totais, PNAs insolúveis e principalmente os PNAs solúveis, sem afetar a produtividade e as concentrações de óleo ou de proteína. As variáveis produtividade e concentração de óleo apresentaram altos e positivos coeficientes de correlação com as concentrações de carboidratos totais e açucares solúveis, indicando a dificuldade de se fazer a seleção direta de indivíduos com alta produtividade ou altas concentrações de óleo e ao mesmo tempo, com baixas concentrações de carboidratos totais e açucares solúveis. Proteína correlacionou-se negativamente com as concentrações de carboidratos totais e açucares solúveis, esse resultado favorece a seleção de genótipos com altas concentrações de proteína e com baixas concentrações de carboidratos totais e açucares solúveis.Soybeans have high nutritional values and are used as a base for various products; therefore there is a growing demand for soybean genotypes with high productivity and specific quality characteristics. For this reason it is important to characterize soybean genotypes for biochemical components related to quality and also antinutritional factors which limit its use for human and monogastric animal consumption. The objective of this study had two general objectives: evaluate genotype x location interaction in terms of productivity, and concentrations of proteins, sucrose, raffinose and stachyose in soybeans, estimating correlations between analyzed factors in the present study and; select soybean genotypes which can be used in programs which intent to increase the nutritional quality of soybeans for humans and monogastric animals. A total of 18 soybean genotypes were evaluated, gathered from COOPADAP experimental sites in the municipalities of Mineiros-GO, Perdizes-MG, São Gotardo-MG and Presidente Olegário-MG during the 2005/2006 harvest. Experiments were performed in randomized blocks with three repetitions. Average yield (Kg ha-1) of the 18 genotypes at the four different locations were determined as well as concentrations of protein using near infrared spectroscopy (NIR) and sucrose, raffinose and stachyose by HPLC. Statistical analyses were performed with the help of a genetic and statistical computational program (GENES Program). During analysis of joint variance, significant effects were verified for location and genotype x location (p<0.01), for all five evaluated characteristics. Significant effects of the genotype were detected (p<0.01) for yield and protein and (p<0.05) for sucrose and raffinose. Adaptability and stability analyses were performed using the Lin and Binns (1988) method, modified by Carneiro (1998), and the Centroid method. Both models showed coherency and allowed for identification of the most stable genotypes and responses for the best location for each genotype as well as greatest yields and concentrations of protein, sucrose, raffinose and stachyose. The genotypes which stood out due to their wide adaptability according to the two utilized methodologies in the present work were: for productivity, the VENCEDORA and MSOY 8001 varieties; for protein concentration, the ELITE variety, for sucrose concentration, the CS 01 736 line, for raffinose concentration, the CS 02 988 line and for stachyose concentration, the MSOY 8001 variety. Yield and protein concentration presented negative correlations, which showed that selection of one determined characteristic provoked a decline in the other. Correlation between yield and sucrose concentration was insignificant. The same behavior was observed between protein concentration and sucrose concentration and between protein concentration and stachyose concentration. The fact that these characteristics are not correlated facilitates the selection of a genotype with high sucrose concentration and high yields, or genotypes with high concentrations of sucrose and protein. The correlation between yield and raffinose concentration and between yield and stachyose concentration were both negative and significant. This negative correlation and significance facilitated the selection of genotypes with high yields and low concentrations of raffinose and stachyose. Sucrose concentration presented high and positive correlation coefficients with the concentrations of raffinose and stachyose, indicating the possibility of making a direct selection of individuals with high sucrose concentrations and low raffinose and stachyose concentrations. The second part of this study was performed using six soybean genotypes from Mineiros-GO. It was demonstrated that the methodology adapted to quantify thermostable antinutritional factors, such as soybean non-starch polysaccharides, using HPLC, showed excellent precision. No significant correlation was encountered between yield and NSP, vegetable oil and NSP, and protein and NSP between the six analyzed genotypes. The fact that these characteristics are not correlated facilitates genotype selection with the best nutritional quality, since it allows for diminishing the total NSP content, insoluble NSP and principally, soluble NSP, without affecting the yield and concentrations of oil and protein. The yield and oil concentration variables showed to be high and have positive correlation coefficients with the total carbohydrate concentrations and soluble sugars, indicating difficulty to make a direct selection of varieties with high yields or high oil concentrations and at the same time, low total carbohydrate and soluble sugar concentrations. Protein correlated negatively with total carbohydrate and soluble sugar concentrations. This result favored the selection of genotypes with high protein concentrations and lower total carbohydrate and soluble sugar concentrations.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológic

Identification of SNP markers in candidate genes associated with the content and quality of soybean oil

O desenvolvimento de cultivares produtivas com incremento significativo no teor de proteína e/ou de óleo, bem como melhorar a composição de ácidos graxos na fração óleo, está entre os principais objetivos dos programas de melhoramento genético de soja. A identificação e validação de marcadores SNP (Single Nucleotide Polymorphism) em regiões gênicas associadas a essas características e o seu emprego na seleção assistida por marcadores moleculares (SAM), representa uma poderosa ferramenta para o melhoramento genético da soja, no sentido de aumentar a eficiência e proporcionar maiores ganhos genéticos. O objetivo deste trabalho foi identificar SNP em regiões gênicas associadas ao conteúdo e a qualidade do óleo em genótipos contrastantes do banco de germoplasma do Programa de Melhoramento da Qualidade da Soja da UFV e validar os polimorfismos como marcadores moleculares em populações segregantes e RILs. Foram selecionados 22 genes candidatos que estão potencialmente relacionados com o conteúdo e a qualidade do óleo em soja. As sequências parciais dos 22 genes candidatos ou de genes homólogos, foram obtidas a partir do GenBank. As sequências gênicas completas foram obtidas por meio do algoritmo BLASTn no banco de dados PHYTOZOME. Os primers desenhados para amplificar regiões específicas de cada gene candidato em genótipos contrastantes para conteúdo e qualidade do óleo de soja, produziram 33,91 kpb de sequencias com boa qualidade, com valor de Phred superior ou igual a 30, sendo identificados 88 SNP e 26 INDELs. Com o intuito de obter informações sobre a expressão dos transcritos dos genes candidatos foi feito um alinhamento por meio do algoritmo BLASTn, contra bibliotecas de ESTs derivadas de sete tecidos de soja, depositados no banco de dados do NCBI. Os resultados mostraram que todos os transcritos selecionados dos genes ADPRI e G3PDH foram expressos constitutivamente, enquanto que os transcritos dos genes ABI3, ACC, AMIP, ARAF, ASIL, CLPPR, CPT, DGAT, DOF4, FUS3, LEC1A, LEC1B, LPCAT, MDH e WRI, apresentaram expressão órgão-específica. Primers de genotipagem TSPCR (Temperature-Swicht Polymerase Chain Reaction) foram utilizados para discriminar os alelos de SNP em cinco populações (RIL e F2). Os polimorfismos identificados por meio do sequenciamento foram inicialmente testados nos respectivos progenitores, sendo para isso, desenhados 20 conjuntos de primers TSPCR. Somente os primers TSPCR desenhados no polimorfismo dos genes AMIP-5, AMIP-3, ABI3, LEC1B, ARAF, LPCAT, PDAT, FAD3B e FAD3C mostraram-se polimórficos, sem bandas inespecíficas e/ou marcação de bandas fracas, nos respectivos progenitores. Os primers de genotipagem TSPCR desenhados no polimorfismo dos genes AMIP-5, AMIP-3, ABI3 e LEC1B foram amplificados em 176 progênies F6 do cruzamento PI371611 x CD222 (contrastantes para teor de óleo). Os primers TSPCR desenhados no polimorfismo dos genes ARAF, LPCAT, e LEC1B foram genotipados em 236 progênies, na geração F6, derivadas do cruzamento CD01RR8311 x SUPREMA (contrastantes para teor de óleo). Os primers TSPCR, desenhados para detectar o polimorfismo presente nos genes ABI3 e LEC1B foram amplificados em 170 progênies F6, derivadas do cruzamento entre A7002 x CD219 (contrastantes para teor de óleo). Os primers TSPCR desenhados para discriminar os alelos de SNP identificados nos genes candidatos ARAF e PDAT, foram amplificados em 259 progênies F6 do cruzamento FA22 x CD219 (contrastantes para teor de ácido oleico). Os primers TSPCR desenhados no polimorfismo dos genes FAD3B, FAD3C e ABI3 foram amplificados em 185 progênies na geração F2 do cruzamento A29 x Tucunaré (contrastantes para teor de ácido linolênico). O polimorfismo do gene ABI3, apresentou associações significativas com teor de proteína na população F6 (A7002 x CD219) e com a característica teor de ácido palmítico, na população F2:3 do cruzamento entre A29 e Tucunaré. Nessa mesma população foram detectadas associações significativas do marcador SNP presente no gene FAD3B com os teores dos ácidos graxos esteárico, oléico e linolênico e do marcador SNP do gene FAD3C com os teores de ácidos linoléico e linolênico. A metodologia de genotipagem TSPCR mostrou ser eficaz na discriminação dos alelos de SNP nas cinco populações estudadas. Associação dos marcadores SNP presentes nos genes ABI3, FAD3B e FA3C, que estão relacionados com a biossíntese dos ácidos graxos, possibilitará o emprego da SAM, com intuito de selecionar indivíduos que apresentem melhor perfil de ácidos graxos, otimizando o desenvolvimento de linhagens de soja especiais para a agroindústria.The development of productive cultivars with significant increases in protein and/or oil, as well as improving the fatty acid composition of the oil fraction, are among the main objectives of soybean breeding programs. Identification and validation of SNPs (Single Nucleotide Polymorphism) in gene regions associated with these characteristics and their use in marker-assisted selection (MAS) represent a powerful tool for genetic improvement of soybean, when seeking to increase efficiency and provide greater genetic gains. The objective of this study was to identify SNPs in gene regions associated with the content and quality of oil for contrasting genotypes of the germplasm bank of the Soybean Quality Improvement Program (Programa de Melhoramento da Qualidade da Soja) of UFV, and validate polymorphisms as molecular markers for segregating populations and RILs. Twenty-two candidate genes were selected that are potentially related to the content and quality of soybean oil. The partial sequences of the 22 candidate genes or homologous genes were obtained from the GenBank. Complete gene sequences were obtained from the BLASTn algorithm in the PHYTOZOME database. The primers designed to amplify specific regions of each candidate gene in contrasting genotypes with respect to content and quality of soybean oil, yielded 33.91 kbp of high quality sequences, with Phred value greater than or equal to 30, where 88 were identified as SNPs and 26 as INDELs. In order to obtain information on expression of candidate gene transcripts, an alignment was performed using the BLASTn algorithm against ESTs libraries derived from seven soybean tissues deposited in the NCBI database. The results showed that all transcripts selected of the genes ADPRI and G3PDH were expressed constitutively, while transcripts of the genes ABI3, ACC, AMIP, ARAF, ASIL, CLPPR, CPT, DGAT, DOF4, FUS3, LEC1A, LEC1B, LPCAT, MDH and WRI showed organ-specific expression. Primers for TSPCR genotyping (Temperature-Switch Polymerase Chain Reaction) were used to discriminate the SNP alleles in five populations (RIL and F2). The polymorphisms identified by sequencing were first tested in their respective progenitors, and for this purpose 20 TSPCR primer sets were designed. Only the TSPCR primers designed in polymorphism of the genes AMIP-5, AMIP-3, ABI3, LEC1B, ARAF, LPCAT, PDAT, FAD3B and FAD3C showed polymorphism, without nonspecific bands and/or marking of weak bands in their respective progenitors. The TSPCR genotyping primers designed in the polymorphism of genes AMIP-5, AMIP-3, ABI3 and LEC1B were amplified in 176 F6 progenies of the cross PI371611 x CD222 (contrasting oil contents). TSPCR primers designed in polymorphism of genes ARAF, LPCAT, and LEC1B were genotyped in 236 progenies in the F6 generation, derived from the cross CD01RR8311 x SUPREMA (contrasting oil contents). The TSPCR primers designed to detect polymorphism present in genes ABI3 and LEC1B were amplified in 170 F6 progenies derived from a cross between A7002 x CD219 (contrasting oil contents). The TSPCR primers designed to discriminate the SNP alleles identified in the candidate genes ARAF and PDAT were amplified in 259 F6 progenies of the cross FA22 x CD219 (contrasting oleic acid content). TSPCR primers designed in the polymorphism of genes FAD3B, FAD3C and ABI3 were amplified in 185 progeny in generation F2 of the cross A29 x Tucunaré (contrasting linolenic acid content). Polymorphism of the gene ABI3 presented significant associations with protein concentration in the population F6 (A7002 x CD219) and with the characteristic palmitic acid content in population F2:3 of the cross between A29 and Tucunaré. In this same population significant associations were detected for the SNP marker present in gene FAD3B with the levels of stearic, oleic and linolenic fatty acids, and SNP marker of gene FAD3C with levels of linoleic and linolenic acids. The TSPCR genotyping methodology proved effective in discriminating SNP alleles in the five populations studied. Association of SNP markers present in genes ABI3, FAD3B and FA3C, which are related to the biosynthesis of fatty acids, allow the use of SAM in order to select individuals with the best fatty acid profile, optimizing the development of special soybean lines for agribusiness.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológic

Identificação de SNPs para conteúdo de ácidos graxos em soja pela técnica HRM

O objetivo deste trabalho foi identificar SNPs em genes associados ao conteúdo de ácidos graxos em soja e implementar a metodologia "high resolution melting" (HRM) para genotipagem desses SNPs. Os iniciadores HRM foram desenhados para discriminar os alelos SNPs em duas populações de mapeamento (RILs e F2) e seguiram o padrão esperado de segregação. Os SNPs do gene ABI associaram-se significativamente ao conteúdo de ácido esteárico (R² = 12,14), e os do gene FAD3B, aos conteúdos de ácido oleico (R² = 14,69) e linolênico (R² = 10,62). A técnica de genotipagem dos SNPs por HRM é eficiente na discriminação das classes genotípicas

Identificação de SNPs para conteúdo de ácidos graxos em soja pela técnica HRM

O objetivo deste trabalho foi identificar SNPs em genes associados ao conteúdo de ácidos graxos em soja e implementar a metodologia "high resolution melting" (HRM) para genotipagem desses SNPs. Os iniciadores HRM foram desenhados para discriminar os alelos SNPs em duas populações de mapeamento (RILs e F2) e seguiram o padrão esperado de segregação. Os SNPs do gene ABI associaram-se significativamente ao conteúdo de ácido esteárico (R² = 12,14), e os do gene FAD3B, aos conteúdos de ácido oleico (R² = 14,69) e linolênico (R² = 10,62). A técnica de genotipagem dos SNPs por HRM é eficiente na discriminação das classes genotípicas

Insecticidal effect of labramin, a lectin-like protein isolated from seeds of the beach apricot tree, Labramia bojeri, on the Mediterranean flour moth, Ephestia kuehniella

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)The objective of this work was to study the insecticidal effect of labramin, a protein that shows lectin-like properties. Labramin was isolated from seeds of the Beach Apricot tree, Labramia bojeri A. DC ex Dubard (Ericales: Sapotaceae), and assessed against the development of the Mediterranean flour moth Ephestia kuehniella Zeller (Lepidoptera: Pyralidae), an important pest of stored products such as corn, wheat, rice, and flour. Results showed that labramin caused 90% larval mortality when incorporated in an artificial diet at a level of 1% (w/w). The presence of 0.25% labramin in the diet affected the larval and pupal developmental periods and the percentage of emerging adults. Treatments resulted in elevated levels of trypsin activity in midgut and fecal materials, indicating that labramin may have affected enzyme-regulatory mechanisms by perturbing peritrophic membranes in the midgut of E. kuehniella larvae. The results of dietary experiments with E. kuehniella larvae showed a reduced efficiency for the conversion of ingested and digested food, and an increase in approximate digestibility and metabolic cost. These findings suggest that labramin may hold promise as a control agent to engineer crop plants for insect resistance.12FUNDECT (Fundacao de Apoio ao Desenvolvimento do Ensino, Ciencia e Tecnologia do Estado de Mato Grosso do Sul)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)FINEP (Financiamento de Estudos e Projetos/Misterio da Ciencia e Tecnologia)PROPP/UFMS (Pro-Reitoria de Pesquisa e Pos-graduacao da Universidade Federal de Mato Grosso do Sul)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq

Association of candidate genes for fatty acid content in soybean by temperature-switch PCR (TSP) genotyping

The development of molecular markers is essential for improvement of soybean cultivars with modified fatty acid content. The objective of this study was to identify and validate SNP markers in candidate genes for fatty acid content in soybean. Six candidate genes (ARAF, PDAT, ABI3, FAD2-1b, FAD3B, and FAD3C) were selected. Alignment of gene sequences identified 25 SNPs and 3 INDELs. TSP primers were used to identify SNP alleles. 259 recombinant inbred lines (RILs) (FA22 / CD219) and 185 F2 progenies (A29 / Tucunaré) were tested for association of SNPs. An SNP for FAD3B was associated with variation in content of linoleic acid (R2 = 5.84%) and linolenic acid (R2 = 6.79%). In FAD3C, an SNP was associated with linoleic and linolenic acids (R2 of 9.21% and 18.51%, respectively). The ABI3 gene was associated with palmitic acid, with R2 = 5.41%. The SNP markers identified will be used in assisted selection for improvement of fatty acid content