Increased yield performance of mutation induced Soybean genotypes at varied agro-ecological conditions / Aumento no desempenho de rendimento de genótipos de soja induzidos por mutação em condições agroecológicas variadas

Abstract In soybean breeding program, continuous selection pressure on traits response to yield created a genetic bottleneck for improvements of soybean through hybridization breeding technique. Therefore an initiative was taken to developed high yielding soybean variety applying mutation breeding techniques at Plant Breeding Division, Bangladesh Institute of Nuclear Agriculture (BINA), Bangladesh. Locally available popular cultivar BARI Soybean-5 was used as a parent material and subjected to five different doses of Gamma ray using Co60. In respect to seed yield and yield attributing characters, twelve true breed mutants were selected from M4 generation. High values of heritability and genetic advance with high genotypic coefficient of variance (GCV) for plant height, branch number and pod number were considered as favorable attributes for soybean improvement that ensure expected yield. The mutant SBM-18 obtained from 250Gy provided stable yield performance at diversified environments. It provided maximum seed yield of 3056 kg ha-1 with highest number of pods plant-1 (56). The National Seed Board of Bangladesh (NSB) eventually approved SBM-18 and registered it as a new soybean variety named 'Binasoybean-5' for large-scale planting because of its superior stability in various agro-ecological zones and consistent yield performance.

Resumo No programa de melhoramento da soja, a pressão pela seleção contínua para a resposta das características de rendimento criou um gargalo genético para melhorias da soja por meio da técnica de melhoramento por hibridação. Portanto, foi desenvolvida uma variedade de soja de alto rendimento, aplicando técnicas de reprodução por mutação, na Divisão de Melhoramento de Plantas, no Instituto de Agricultura Nuclear de Bangladesh (BINA), em Bangladesh. A cultivar popular BARI Soybean-5, disponível localmente, foi usada como material original e submetida a cinco doses diferentes de raios gama usando Co60. Em relação ao rendimento de sementes e às características de atribuição de rendimento, 12 mutantes genuínos foram selecionados a partir da geração M4. Altos valores de herdabilidade e avanço genético com alto coeficiente de variância genotípico (GCV) para altura da planta, número de ramos e número de vagens foram considerados atributos favoráveis ​​ao melhoramento da soja, garantindo, assim, a produtividade esperada. O mutante SBM-18, obtido a partir de 250Gy, proporcionou desempenho de rendimento estável em ambientes diversificados e produtividade máxima de sementes de 3.056 kg ha-1 com o maior número de vagens planta-1 (56). O Conselho Nacional de Sementes de Bangladesh (NSB) finalmente aprovou o SBM-18 e o registrou como uma nova variedade de soja, chamada 'Binasoybean-5', para plantio em larga escala por causa de sua estabilidade superior em várias zonas agroecológicas e desempenho de rendimento consistente.

Increased yield performance of mutation induced Soybean genotypes at varied agro-ecological conditions

Abstract In soybean breeding program, continuous selection pressure on traits response to yield created a genetic bottleneck for improvements of soybean through hybridization breeding technique. Therefore an initiative was taken to developed high yielding soybean variety applying mutation breeding techniques at Plant Breeding Division, Bangladesh Institute of Nuclear Agriculture (BINA), Bangladesh. Locally available popular cultivar BARI Soybean-5 was used as a parent material and subjected to five different doses of Gamma ray using Co60. In respect to seed yield and yield attributing characters, twelve true breed mutants were selected from M4 generation. High values of heritability and genetic advance with high genotypic coefficient of variance (GCV) for plant height, branch number and pod number were considered as favorable attributes for soybean improvement that ensure expected yield. The mutant SBM-18 obtained from 250Gy provided stable yield performance at diversified environments. It provided maximum seed yield of 3056 kg ha-1 with highest number of pods plant-1 (56). The National Seed Board of Bangladesh (NSB) eventually approved SBM-18 and registered it as a new soybean variety named Binasoybean-5 for large-scale planting because of its superior stability in various agro-ecological zones and consistent yield performance.

Resumo No programa de melhoramento da soja, a pressão pela seleção contínua para a resposta das características de rendimento criou um gargalo genético para melhorias da soja por meio da técnica de melhoramento por hibridação. Portanto, foi desenvolvida uma variedade de soja de alto rendimento, aplicando técnicas de reprodução por mutação, na Divisão de Melhoramento de Plantas, no Instituto de Agricultura Nuclear de Bangladesh (BINA), em Bangladesh. A cultivar popular BARI Soybean-5, disponível localmente, foi usada como material original e submetida a cinco doses diferentes de raios gama usando Co60. Em relação ao rendimento de sementes e às características de atribuição de rendimento, 12 mutantes genuínos foram selecionados a partir da geração M4. Altos valores de herdabilidade e avanço genético com alto coeficiente de variância genotípico (GCV) para altura da planta, número de ramos e número de vagens foram considerados atributos favoráveis ao melhoramento da soja, garantindo, assim, a produtividade esperada. O mutante SBM-18, obtido a partir de 250Gy, proporcionou desempenho de rendimento estável em ambientes diversificados e produtividade máxima de sementes de 3.056 kg ha-1 com o maior número de vagens planta-1 (56). O Conselho Nacional de Sementes de Bangladesh (NSB) finalmente aprovou o SBM-18 e o registrou como uma nova variedade de soja, chamada Binasoybean-5, para plantio em larga escala por causa de sua estabilidade superior em várias zonas agroecológicas e desempenho de rendimento consistente.

Genotyping-by-sequencing based single nucleotide polymorphisms enabled Kompetitive Allele Specific PCR marker development in mutant Rubus genotypes

Background: Rubus is an economically important fruit crop across the globe. Recently, several Rubus mutant genotypes with improved agronomic traits have been developed using gamma ray irradiation. This study investigated genetic diversity and variations in Rubus mutant genotypes using single nucleotide polymorphism (SNP) markers generated from genotyping-by-sequencing (GBS) analysis. A GBS library of 14 Rubus genotypes, consisting of seven boysenberry mutant lines, four blackberry mutant lines, and three original varieties, were sequenced on the Illumina Hiseq2000 platform. A set of SNPs were analyzed by Kompetitive Allele Specific PCR (KASP) assay in order to discriminate the Rubus genotypes. Results: A total of 50,831,040 (86.4%) reads of clean data were generated, and the trimmed length ranged from 116,380,840 to 509,806,521 bp, with an average of 228,087,333 bp per line. A total of 19,634 high-quality SNPs were detected, which contained 11,328 homozygous SNPs and 8306 heterozygous SNPs. A set of 1504 SNPs was used to perform a phylogenetic analysis, which showed that there were clear differences among the Rubus genotypes based on their origin. A total of 25 SNPs were used for the KASP assays, of which six KASP primer sets were successfully distinguished among the Rubus genotypes. Conclusions: This study demonstrated that the SNP and KASP method is an economically efficient tool for mutant screening in Rubus breeding programs.

Selection of Schizochytrium limacinum mutants based on butanol tolerance

Background: Mutation breeding is one of the most important routes to achieving high docosahexaenoic acid (DHA) productivity using Schizochytrium. However, few selection strategies have been reported that aim to generate a high DHA content in Schizochytrium lipids. Results: First, culture temperature altered the butanol tolerance of Schizochytrium limacinum B4D1. Second, S. limacinum E8 was obtained by selecting mutants with high butanol tolerance. This mutant exhibited a 17.97% lower proportion of DHA than the parent strain S. limacinum B4D1. Third, a negative selection strategy was designed in which S. limacinum F6, a mutant with poor butanol tolerance, was obtained. The proportion of DHA in S. limacinum F6 was 11.22% higher than that of parent strain S. limacinum B4D1. Finally, the performances of S. limacinum B4D1, E8 and F6 were compared. These three strains had different fatty acid profiles, but there was no statistical difference in their biomasses and lipid yields. Conclusion: It was feasible to identified the relative DHA content of S. limacinum mutants based on their butanol tolerance.

Agentes mutagênicos e a intensidade de variabilidade genética no caráter estatura de plantas de aveia (avena sativa l.)

SUMMARY Genetic variability is basic for oat progress in southern Brazil. Adaptative trait, as plant stature, could be of major importance for oat crop development. In this way, mutation breeding should be an efficient tool for plant breeders develop new genetic combinations for selection of superior genotypes. Two mutagenic agents, sodium azide and -ray, were applied on two oat varieties, UFRGS-7 and UFRGS-8, using different product doses. In order to induce heritable alterations (micromutations), the sodium azide showed the best beneficts, withoutshowing deleterious effects on plants. The data obtained evidenciated that mutation breeding is an interesting approach in order to enlarge oat variability range in southern Brazil.

RESUMO Há evidências de que a variabilidade genética é um dos pontos básicos para o progresso da aveia no Sul do Brasil. O caráter adaptativo, como estatura da planta, poderá contribuir para o desenvolvimento da cultura, desde que existam diferenças genéticas para a seleção. Desta forma, a indução à mutação poderá ser um mecanismo eficiente no melhoramento da espécie. A azida sódica e o cobalto-60 foram testados na indução de mutações em duas variedades de aveia, UFRGS-7 e UFRGS-8, em diferentes doses. A média e a variância das gerações provenientes de sementes tratadas foram comparadas aos genótipos não tratados, evidenciando alteração genética no caráter estudado para todos os tratamentos. A azida sódica foi mais favorável para a indução de modificações herdáveis sem causar efeitos deletérios. Os resultados evidenciam que o uso de agentes mutagênicos poderá ser uma eficiente alternativa de incremento de variabilidade em aveia.

AGENTES MUTAGÊNICOS E A INTENSIDADE DE VARIABILIDADE GENÉTICA NO CARÁTER ESTATURA DE PLANTAS DE AVEIA (AVENA SATIVA L.)

SUMMARY Genetic variability is basic for oat progress in southern Brazil. Adaptative trait, as plant stature, could be of major importance for oat crop development. In this way, mutation breeding should be an efficient tool for plant breeders develop new genetic combinations for selection of superior genotypes. Two mutagenic agents, sodium azide and -ray, were applied on two oat varieties, UFRGS-7 and UFRGS-8, using different product doses. In order to induce heritable alterations (micromutations), the sodium azide showed the best beneficts, withoutshowing deleterious effects on plants. The data obtained evidenciated that mutation breeding is an interesting approach in order to enlarge oat variability range in southern Brazil.

RESUMO Há evidências de que a variabilidade genética é um dos pontos básicos para o progresso da aveia no Sul do Brasil. O caráter adaptativo, como estatura da planta, poderá contribuir para o desenvolvimento da cultura, desde que existam diferenças genéticas para a seleção. Desta forma, a indução à mutação poderá ser um mecanismo eficiente no melhoramento da espécie. A azida sódica e o cobalto-60 foram testados na indução de mutações em duas variedades de aveia, UFRGS-7 e UFRGS-8, em diferentes doses. A média e a variância das gerações provenientes de sementes tratadas foram comparadas aos genótipos não tratados, evidenciando alteração genética no caráter estudado para todos os tratamentos. A azida sódica foi mais favorável para a indução de modificações herdáveis sem causar efeitos deletérios. Os resultados evidenciam que o uso de agentes mutagênicos poderá ser uma eficiente alternativa de incremento de variabilidade em aveia.