Gene SW14 impulsiona peso e qualidade da semente de soja

Cientistas chineses mapearam e validaram uma variação genética natural em soja que aumenta o peso das sementes e o teor de proteína, ao mesmo tempo em que reduz a quantidade de óleo. O gene, nomeado SW14, codifica um fator de transcrição do tipo NF-YA e representa um dos principais reguladores das características da semente sem interferir em outros traços agronômicos da planta.

O estudo revela uma rota regulatória inédita capaz de superar os efeitos negativos associados à pleiotropia genética, fenômeno que limita o uso de muitos genes no melhoramento por provocar efeitos indesejados em outras características da planta.

Peso e composição da semente

A equipe de pesquisa utilizou uma combinação de estudos de associação genômica ampla (GWAS) e mapeamento de loci de características quantitativas (QTL) para analisar a variação no peso de sementes em 320 acessos de soja cultivados por dois anos consecutivos. O gene SW14, localizado no cromossomo 14, demonstrou relação direta com o aumento do peso das sementes.

Com base em experimentos com plantas geneticamente editadas e linhas quase-isogênicas, os cientistas confirmaram que variantes do gene SW14 elevam o peso de cem sementes, aumentam a quantidade de proteína e reduzem o teor de óleo. Essas mudanças ocorrem sem interferência no número de sementes por planta ou em outras características morfológicas.

Variações naturais

O estudo identificou três haplótipos naturais do gene SW14, sendo o haplótipo SW14H3 o mais eficiente. Essa variante produz uma proteína mais estável que se acumula em maior quantidade nas células da semente. A estabilidade da proteína SW14H3, confirmada em experimentos com soja, Arabidopsis thaliana e raízes transformadas, está associada a uma taxa de degradação mais lenta pelo sistema ubiquitina-proteassoma.

Experimentos adicionais mostraram que a SW14 atua diretamente no núcleo da célula e interage fisicamente com GmLEC1a e GmLEC1b, ortólogos da soja do gene Leafy Cotyledon1, conhecido regulador central do desenvolvimento de sementes. A interação de SW14 com GmLEC1 inibe a formação de um complexo triplo que normalmente ativa genes ligados à síntese de óleo, como FA9 e GmFAD3c. Ao bloquear esse complexo, SW14 reduz o acúmulo de óleo e favorece o acúmulo de proteína.

Específico para semente

Diferentemente de outros genes reguladores, SW14 não afeta características agronômicas como altura da planta, número de nós ou produtividade por planta. Essa especificidade decorre de sua expressão localizada durante o desenvolvimento da semente. Sua atuação seletiva torna SW14 uma alternativa viável para superar os obstáculos causados pela pleiotropia.

A ausência de impacto negativo em outros aspectos da planta destaca o potencial de SW14 como ferramenta genética para o melhoramento direcionado de soja. A introdução de SW14H3 pode aumentar o rendimento e melhorar a qualidade nutricional das sementes.

Selecionado durante a domesticação

A análise de 1.295 genótipos de soja, incluindo acessos selvagens, variedades tradicionais e cultivares modernas, mostrou que o alelo SW14H3 passou por seleção positiva durante a domesticação da soja. Atualmente, 48,8% dos cultivares modernos carregam essa variante. Em experimentos de campo, linhas quase-isogênicas com SW14H3 apresentaram maior rendimento e teor de proteína em diferentes regiões da China, como Guangzhou e Xiangyang.

Os dados indicam que o alelo SW14H3, ao promover maior acúmulo da proteína reguladora, contribuiu para o aumento do peso das sementes sem comprometer outras qualidades.

Outras informações em doi.org/10.1038/s41467-025-63582-0