Marker-Assisted Breeding for Pyramiding Multiple Resistance to Soybean Fungal Diseases

https://doi.org/10.3390/agronomy16070754

Abstract

Fungal diseases such as soybean stem canker (SSC), frogeye leaf spot (FLS), and sudden death syndrome (SDS) cause substantial yield losses in soybean worldwide. This study aimed to pyramid major resistance genes and QTLs against these diseases through marker-assisted backcrossing (MABC). Diagnostic SSR markers, linked to Rdm4 (SSC), Rcs3 (FLS), and SDS resistance QTLs, were validated and successfully employed for foreground and background selection in crosses between the elite cultivar A8100RR and the resistant donor ‘Forrest’. Molecular analyses confirmed the effective introgression and fixation of multiple resistance loci in BC₂F₅ lines. Under artificial inoculation, lines R30-11 and R25-13 displayed high resistance levels to Diaporthe aspalathi, Cercospora sojina, Fusarium virguliforme, and F. tucumaniae. Genotype R30-11 exhibited the most consistent resistance across pathogens, while R25-13 combined multi-disease resistance with glyphosate tolerance and stable agronomic performance under field conditions comparable to commercial cultivars. These results represent, to our knowledge, the first report of successful pyramiding genes and QTLs against three distinct fungal diseases (SSC, FLS, and SDS) in soybean through MABC. The developed lines constitute valuable germplasm for breeding programs designed to achieve broad-spectrum, durable and sustainable disease management.

Resumen

Las enfermedades fúngicas como el cancro del tallo de la soya (SSC), la mancha ocular de la soya (FLS) y el síndrome de muerte súbita (SDS) provocan pérdidas sustanciales de rendimiento en el cultivo de la soya en todo el mundo. El objetivo de este estudio fue piramidar los principales genes de resistencia y QTL contra estas enfermedades mediante retrocruzamiento asistido por marcadores (MABC). Se validaron marcadores SSR de diagnóstico, vinculados a los QTL de resistencia Rdm4 (SSC), Rcs3 (FLS) y SDS, y se emplearon con éxito para la selección de primer plano y de fondo en cruces entre el cultivar de élite A8100RR y el donante resistente «Forrest». Los análisis moleculares confirmaron la introgresión y fijación efectivas de múltiples loci de resistencia en las líneas BC2F5. Bajo inoculación artificial, las líneas R30-11 y R25-13 mostraron altos niveles de resistencia a Diaporthe aspalathi, Cercospora sojina, Fusarium virguliforme y F. tucumaniae. El genotipo R30-11 mostró la resistencia más consistente frente a los patógenos, mientras que el R25-13 combinó la resistencia a múltiples enfermedades con tolerancia al glifosato y un rendimiento agronómico estable en condiciones de campo comparables a las de los cultivares comerciales. Estos resultados representan, según nuestro conocimiento, el primer informe de piramidación exitosa de genes y QTL contra tres enfermedades fúngicas distintas (SSC, FLS y SDS) en la soya a través de MABC. Las líneas desarrolladas constituyen un germoplasma valioso para programas de mejoramiento diseñados para lograr un manejo de enfermedades de amplio espectro, duradero y sostenible.