Genetic variability in soybean with resistance to cyst nematode and powdery mildew: impact of multi-parent crosses on recombination and genetic diversity

Abstract

The objective of this study was to analyze the genetic variability generated from two-way, four-way, and eight-way hybridizations in soybean, derived from parental lines contrasting in resistance to cyst nematode and powdery mildew. We assessed F2 populations using Simple Sequence Repeat (SSR) molecular markers located within the 50 cM region surrounding the Rmd (powdery mildew) and Rhgl (cyst nematode) resistance genes. All markers were nonsignificant by chi-square test (P > 0.05), indicating that observed values align with the expected genotypic inheritance ratio in F2 populations (1:2:1). Lower polymorphism observed among parents explained the reduced recombination frequency in these populations. A higher mean crossover rate was observed in G4 (4.00) within linkage group G, and J8 (2.91) within linkage group J. In terms of the number of generations needed to form each population, crossover rates of 2.02 and 0.97 were found for G2 and J8, respectively. Recombination between alleles was present in some populations. Crosses involving a greater number of parents exhibited a higher frequency of crossovers, which positively impacts genetic variability. Therefore, the inclusion of more than two parents in hybridizations is recommended to enhance crossover frequency and genetic diversity. These findings provide valuable insights for breeding programs aiming to improve resistance in soybean, indicating that multi-parental crosses can be a strategic approach to increase genetic diversity and resilience against pathogens.

Alternate abstract:

O objetivo deste estudo foi analisar a variabilidade genética gerada a partir de hibridizações de soja em cruzamentos de duas, quatro e oito vias, derivadas de cruzamentos parentais contrastantes quanto à resistência ao nematoide de cisto e ao oídio. Avaliamos populações F2 utilizando marcadores moleculares de sequência simples repetida (SSR) localizados na região de 50 cM ao redor dos genes de resistência Rmd (oídio) e Rhg1 (nematoide de cisto). Todos os marcadores foram não significativos pelo teste qui-quadrado (P > 0,05), indicando que os valores observados corroboram a proporção esperada de herança genotípica na população F2 (1:2:1). O menor polimorfismo observado entre os pais justificou a menor frequência de recombinação nas populações. Observou-se uma maior média de recombinações para G4 (4,00) no grupo de ligação G, e J8 (2,91) no grupo de ligação J. Quanto ao número de gerações necessárias para formar cada população, as taxas de recombinação foram de 2,02 para G2 e 0,97 para J8. A recombinação entre alelos ocorreu em algumas populações. Os cruzamentos com maior número de pais apresentaram uma frequência mais alta de recombinações, o que impacta positivamente a variabilidade genética. Portanto, recomenda-se a inclusão de mais de dois pais nas hibridizações para aumentar a frequência de recombinação e a diversidade genética. Esses achados fornecem insights valiosos para programas de melhoramento visando à melhoria da resistência em soja, indicando que cruzamentos multi-parentais podem ser uma estratégia eficaz para aumentar a diversidade genética e a resiliência contra patógenos.