Abstract Soybean [ Glycine max (L.) Merr] seed is a valuable source of raw materials of protein, oil, and metabolites for food, feed, and pharmaceutical industries. Using global metabolic profiling, we identified 718 non‐redundant metabolites of a fast neutron‐mediated soybean known to have 24 genes deleted and 15% more seed protein compared to wild‐type seed. Among the 554 identified metabolites in leaves and 629 identified in seed, 465 were found in both leaves and seed. Mapping of the deleted genes and identified metabolites indicated a complex perturbation of global metabolism involving glutamine‐arginine, aspartate, aromatic amino acid, glycolytic, and tricarboxylic acid cycle (TCA) pathways. The mutant seed showed a higher content of sulfur‐containing metabolites such as S ‐methylmethionine, methionine, and cysteine compared to wild‐type seed. The gene deletions may alter carbon flow from glycolytic and TCA pathways, resulting in higher protein content and increased abundance of sulfur‐containing metabolites in the mutant seeds. The results provide valuable information for altering metabolic pathways to increase value‐added seed traits in soybeans.

Soybean β-conglycinin is a major allergen that adversely affects the nutritional properties of soybean. Soybean deficient in β-conglycinin is associated with low allergenicity and high nutritional value. Long intergenic noncoding RNAs (lincRNAs) regulate gene expression and are considered important regulators of essential biological processes. Despite increasing knowledge of the functions of lincRNAs, relatively little is known about the effects of lincRNAs on the accumulation of soybean β-conglycinin. The current study presents the identification of a lincRNA lincCG1 that was mapped to the intergenic noncoding region of the β-conglycinin α-subunit locus. The full-length lincCG1 sequence was cloned and found to regulate the expression of soybean seed storage protein (SSP) genes via both cis- and trans-acting regulatory mechanisms. Loss-of-function lincCG1 mutations generated using the clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein 9 (CRISPR/Cas9) system led to the deficiency of the allergenic α′-, α-, and β-subunits of soybean β-conglycinin as well as higher content of proteins, sulfur-containing amino acids, and free arginine. The dominant null allele LincCG1, and consequently, the β-conglycinin-deficient phenotype associated with the lincCG1-gene-edited line was stably inherited by the progenies in a Mendelian fashion. The dominant null allele LincCG1 may therefore be exploited for engineering/developing novel hypoallergenic soybean varieties. Furthermore, Cas9-free and β-conglycinin-deficient homozygous mutant lines were obtained in the T1 generation. This study is the first to employ the CRISPR/Cas9 technology for editing a lincRNA gene associated with the soybean allergenic protein β-conglycinin. Moreover, this study reveals that lincCG1 plays a crucial role in regulating the expression of the β-conglycinin subunit gene cluster, besides highlighting the efficiency of employing the CRISPR/Cas9 system for modulating lincRNAs, and thereby regulating soybean seed components.

Modifying pellet die thickness (PDT) has been shown to affect the frictional heat exposure of feed. The inclusion of Azomite (AZM) in broiler diets containing dicalcium phosphate has been shown to maintain apparent ileal amino acid digestibility (AIAAD). This is likely due to AZM's proposed die-scouring and lubrication properties that decreased the frictional heat exposure of feed which can change protein conformation and reduce AIAAD. Therefore, it was hypothesized that PDT and AZM would interact to influence AIAAD and broiler performance. The objective of the study was to determine the effect of AZM (0.0% or 0.25%) and PDT (32 and 45 mm; with a constant pellet diameter of 4.5 mm) on broiler performance and AIAAD from 0 to 21 d of age using a corn and soybean meal-based diet. Live performance was not influenced by AZM, PDT, or their 2-way interaction (P > 0.05). However, AIAAD was affected by AZM and PDT interactions (P < 0.05), with 11 amino acids demonstrating increased AIAAD in only the 45 mm control treatment. The AIAAD increase was likely not enough to influence performance. It was presumed that increased frictional heat deactivated trypsin inhibitors (TI) and chymotrypsin inhibitors (CTI), ultimately increasing AIAAD. Quantitative analysis of TI and CTI activity, utilizing a novel assay based on the current American Oil Chemists' Society (Ba 12–75) and the American Association of Cereal Chemists International (22-40.01) accepted procedures, showed no practically influential amount of either inhibitor before or after pelleting. The authors, therefore, speculate that the increased AIAAD was due to corn aleurone layer cell wall lysis via increased frictional heat exposure of the 45 mm PDT and the absence of AZM.

Various species of rhizobium establish compatible symbiotic relationships with soybean ( Glycine max ) leading to the formation of nitrogen-fixing nodules in roots. The formation of functional nodules is mediated through complex developmental and transcriptional reprogramming that involves the activity of thousands of plant genes. However, host transcriptome that differentiate between functional or non-functional nodules remain largely unexplored. In this study, we investigated differential compatibilities between rhizobium strains ( Bradyrhizobium diazoefficiens USDA110 Bradyrhizobium sp. strain LVM105) and cultivated and wild soybeans. The nodulation assays revealed that both USDA110 and LVM105 strains effectively nodulate G. soja but only USDA110 can form symbiotic relationships with Williams 82. LVM105 formed pseudonodules on Williams 82 that consist of a central nodule-like mass that are devoid of any rhizobia. RNA-seq data revealed that USDA110 and LVM105 induce distinct transcriptome programing in functional mature nodules formed on G. soja roots, where genes involved in nucleosome assembly, DNA replication, regulation of cell cycle, and defense responses play key roles. Transcriptome comparison also suggested that activation of genes associated with cell wall biogenesis and organization and defense responses together with downregulation of genes involved in the biosynthesis of isoprenoids and antioxidant stress are associated with the formation of non-functional nodules on Williams 82 roots. Moreover, our analysis implies that increased activity of genes involved in oxygen binding, amino acid transport, and nitrate transport differentiates between fully-developed nodules in cultivated versus wild soybeans.

The elemental content of a soybean seed is determined by both genetic and environmental factors and is an important component of its nutritional value. The elemental content is stable, making the samples stored in germplasm repositories an intriguing source of experimental material. To test the efficacy of using samples from germplasm banks for gene discovery, we analyzed the elemental profile of seeds from 1653 lines in the USDA Soybean Germplasm Collection. We observed large differences in the elemental profiles based on where the lines were grown, which lead us to break up the genetic analysis into multiple small experiments. Despite these challenges, we were able to identify candidate SNPs controlling elemental accumulation as well as lines with extreme elemental accumulation phenotypes. Our results suggest that elemental analysis of germplasm samples can identify SNPs in linkage disequilibrium to genes, which can be leveraged to assist in crop improvement efforts.