Washington, DC, USA
July 19, 2010
Agricultural Research Service (ARS) scientists are a step closer to unlocking genetic clues that may lead to packing more protein and oil into soybeans, a move that would boost their value and help U.S. growers compete in international markets.
ARS researchers Carroll P. Vance, Yung-Tsi Bolon and Randy C. Shoemaker have narrowed down where genes that determine protein and oil content are likely to be found along the soybean genome. Vance and Bolon work in the ARS Plant Science Research Unit in St. Paul, Minn. and Shoemaker works in the ARS Corn Insects and Crop Genetics Research Unit in Ames, Iowa. The team also included Bindu Joseph, a post doctoral researcher who worked with Shoemaker and is now at the University of California-Davis.
More than half of the estimated $27 billion U.S. soybean crop is exported each year. But there is increasing competition for international markets, and low protein and oil content often deflate prices paid to U.S. growers, particularly in the Midwest.
The researchers used two different approaches to compare the genomes of two nearly identical inbred lines of soybeans that varied in seed protein and oil content, examining patterns in how thousands of genes are expressed, and sequencing 3 billion base pairs of soybean RNA.
By comparing the results, the researchers drew up a genetic map that identifies key molecular markers along a region of the soybean genome known as Linkage Group I. The widely studied region makes up less than 1 percent of the plant's overall genome, but includes 13 "candidate genes" that are likely to play a role in determining oil and protein levels, and a series of associated molecular markers, according to the scientists.
Breeders will be able to use the markers as signposts to enable the development of new soybean lines with higher protein and oil levels. The effort also uncovered evidence showing that protein levels are determined early in the seed's development.
The report, published online in the journal BMC Plant Biology, also is accompanied by vast amounts of sequencing data that scientists can access to study genes related to other desirable traits, such as drought tolerance and pest resistance.
ARS is the principal intramural scientific research agency of the U.S. Department of Agriculture (USDA). The research supports the USDA priority of promoting international food security.
Photo: Soybeans with purple seed stain caused by Cercospora kikuchii rest on a printout showing the genetic code for cercospora facilitator protein. Photo by Rob Flynn.
Los secretos de crear variedades mejoradas de la soja
Científicos del Servicio de Investigación Agrícola (ARS) están un paso más cerca de descubrir las pistas genéticas que podrían llevar al desarrollo de variedades de soja que contienen más proteína y más aceite. Este descubrimiento podría aumentar el valor del cultivo y ayudar a los productores estadounidenses a competir en los mercados internacionales.
Investigadores Carroll P. Vance, Yung-Tsi Bolon y Randy C. Shoemaker con el ARS han identificado el probable lugar en el genoma de la soja donde se encuentran los genes que determinan los niveles de proteína y aceite en la soja. Vance y Bolon trabajan en la Unidad de Investigación de la Ciencia de Plantas mantenida por el ARS en San Pablo, Minnesota, y Shoemaker trabaja en la Unidad de Insectos de Maíz y la Genética de Cultivos mantenida por el ARS en Ames, Iowa. El grupo también incluyó Bindu Joseph, quien es un investigador postdoctoral que previamente trabajó con Shoemaker y ahora trabaja en la Universidad de California en Davis.
Más de la mitad del cultivo de soja estadounidense, el cual tiene un valor de 27 mil millones de dólares, se exporta cada año. Pero hay una competición creciente para los mercados internacionales, y niveles bajos de proteína y aceite en la soya estadounidense a menudo reducen los precios recibidos por los productores, especialmente en la región del Medio Oeste.
Los investigadores usaron dos diferentes enfoques para comparar los genomas de dos líneas endogámicas casi idénticas de soja que tuvieron diferentes niveles de proteína y aceite, examinando los patrones en la expresión de miles de genes y secuenciando 3 mil millones de pares de bases de ARN de la soja.
Utilizando una comparación de los resultados, los investigadores crearon un mapa genético que identifica marcadores moleculares claves por una región del genoma de soja conocida como Grupo 1 de Ligamiento. Esta región ampliamente estudiada representa menos del 1 por ciento del genoma entero de la planta, pero incluye 13 "genes candidatos" que probablemente tienen un papel en determinar los niveles de aceite y proteína en la soya, y una serie de marcadores asociados, según los científicos.
Los criadores de nuevas variedades de soja podrán utilizar los marcadores para facilitar el desarrollo de nuevas líneas de soja que contienen niveles más altos de proteína y aceite. El intento también reveló pruebas de que los niveles de proteína se determinan temprano en el desarrollo de la semilla.
El informe, publicado en línea en la revista 'BMC Plant Biology' (BMC Biología de Plantas), también incluye cantidades grandes de datos de secuenciación que otros científicos pueden usar para estudiar genes relacionados con otros rasgos deseables, tales como tolerancia a la sequía y resistencia a insectos.
ARS es la agencia principal de investigaciones científicas del Departamento de Agricultura de EE.UU. (USDA por sus siglas en inglés). Esta investigación apoya la prioridad del USDA de promover la seguridad alimentaria internacional.
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