Genetic improvement of common bean (Phaseolus vulgaris L.) for high protein content

O feijão é um dos constituintes básicos da dieta do brasileiro, além de ser um produto agrícola de grande valor econômico-social. Neste sentido, para atender as exigências dos consumidores, os programas de melhoramento começam a voltar atenção para características de qualidade do grão. Este trabalho faz parte do programa de melhoramento de qualidade do feijoeiro desenvolvido pelo BIOAGRO/UFV em parceria com a Embrapa - Arroz e Feijão e visa o aumento do teor de proteínas nos grãos do feijoeiro por meio de retrocruzamentos assistidos por marcadores moleculares. Foram utilizadas as variedades Baliza, Laranja, Gaurama e PVA 109 como fontes doadoras de genes para alto teor de proteína e a linhagem CNFC 7827 como genitor recorrente. Para atingir este objetivo as seguintes etapas foram realizadas: (a) realização de cruzamentos entre genótipos de alto teor de proteína com uma linhagem elite; (b) análise do teor de proteína de cerca de 400 sementes segregantes (F 2 ) de cada cruzamento por método não destrutivo; (c) seleção das sementes com maior teor de proteína de cada cruzamento (intensidade de seleção de 10%); (d) realização de fingerprinting das plantas F 2 selecionadas com marcadores RAPD; (e) retrocruzamentos de todas as plantas F 2 selecionadas com o genitor recorrente; (f) confirmação do teor de proteína pelo método Kjeldahl nas sementes F 2:3 ; (g) seleção das plantas RC 1 F 1 com base nos resultados de distância genética determinada com marcadores moleculares e o teor de proteína das plantas F 2 selecionadas e confirmadas na geração F 2:3 . Todas as populações tiveram herdabilidades altas variando de 58 a 77 %, o que sugere que são adequadas para obter alta eficiência de seleção ou estudos de mapeamento para a característica teor de proteína. Os ganhos gerais variaram e - 0,95 a 4,26%, este resultado indica que a seleção em F 2 tem baixa eficiência quando utilizada isoladamente. Entretanto, a ampla variação do teor de proteína em progênies F 2:3 e as porcentagens de ganho observadas (13,66 a 25,84% considerando as cinco progênies de maiores teores) demonstram que o processo de transferência de genes para alto teor protéico por meio de retrocruzamentos é eficiente quando baseado na pré-seleção de sementes F 2 e posterior seleção das melhores famílias F 2:3 . A seleção em geração F 2 com auxílio de micro análise não destrutiva foi pouco eficiente para a população derivada do cruzamento Laranja x CNFC 7827. Fatores como o efeito de dominância e interações genótipo x ambiente diferenciadas causaram dificuldades na seleção dos genótipos superiores. Em vista deste resultado, modificações no método de seleção utilizado podem ser propostas visando aumentar sua eficiência. Os ganhos de seleção para teor de proteína com o auxílio de marcadores moleculares variaram entre 9,92 a 15,65%. As plantas F 2 das diferentes populações apresentaram distância genética em relação ao progenitor recorrente bastante variável. Foi possível obter ganhos de similaridade em relação à média de similaridade encontrada nas populações F 2 variando de 12 a 16%. Com a utilização indivíduos selecionados de alto teor de proteína mais próximos ao genitor recorrente o número de retrocruzamentos necessários para recuperar o genoma do mesmo deve ser menor.The common bean is one of the most important component of the brazilian diet, in addition, is an agricultural product of great economic and social importance. In this sense, to attend the consumers exigencies, the breeding programs start to give attention for quality traits of the grain. This work is part of the quality bean breeding program being developed by BIOAGRO/UFV in partnership with Embrapa - Rice and Bean center and aims to increase the common bean protein content by means of backcrosses assisted by molecular markers. There were used the varieties Baliza, Laranja, Gaurama and PVA as gene donors for high protein content and the CNFC 7827 as recurrent genitor. To achieve this goal, specific steps were reached: (a) crossings high protein content genotypes with an elite cultivar (b) analysis of protein content of 400 F 2 seeds from each cross by using non-destructive method; (c) selection of seeds with high protein content from each cross (selection intensity of 10%); (d) fingerprinting the F 2 selected plants with RAPD markers; (e) backcrosses the selected F 2 plants with the recurrent genitor; (f) confirmation the protein content in the F 2:3 seeds by the Kjeldahl method; (g) selection and planting the RC1F1 based on genetic distances, obtained with molecular markers, and protein content of the F 2 plants selected and confirmed in the F2:3. All the populations had a high heritability varying from 58 to 77%, which suggested that they are adequate for selection or protein mapping loci. The general gains varied from - 0.95 to 4.26%, which indicates that the selection in F 2 has low efficiency when used isolated. However, the wide variation of protein content in F 2:3 and the gains observed (13,66 to 25,84% considering the five F 2:3 of high protein contents) demonstrate that the genes transfer process for high protein content by backcrosses is efficient when based on pre-selection of F 2 seeds and posterior selection of the best F 2:3 families . The selection gains for protein using molecular markers varied from 15.65 to 9.92%. The F 2 plants of the different populations had genetic distances regarding the recurrent genitor highly variable. It was possible to obtain similarity gains, regarding the similarity average found in the F 2 populations, varying from 12 to 16%. With the utilization of selected individuals of high protein content and genetically closer to the recurrent progenitor the number of backcrosses necessary to recover the genome of the recurrent should be smaller.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológic