doi: 10.15389/agrobiology.2019.5.892rus
УДК 633.18:581.14:577.21
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ (№ 19-16-00064).
МОЛЕКУЛЯРНОЕ МАРКИРОВАНИЕ ЛОКУСОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ВЫСОКИЕ ТЕМПЫ РОСТА НА НАЧАЛЬНЫХ ЭТАПАХ РАЗВИТИЯ РАСТЕНИЙ У РОССИЙСКИХ СОРТОВ РИСА (Oryza sativa L.)
Е.М. ХАРИТОНОВ1, Ю.К. ГОНЧАРОВА1, С.В. ГОНЧАРОВ2, В.Н. БРУЯКО1
Высокая скорость роста — признак, который в значительной степени определяет физиологические преимущества гетерозисных гибридов различных культур. Быстрое развитие листового аппарата и корневой системы обеспечивает высокую эффективность фотосинтеза и минерального питания. Гетерозисные гибриды быстро проходят фазу, характеризующуюся низкой устойчивостью к абиотическим стрессовым факторам, что значительно снижает вероятность повреждения всходов. Скорость роста связана с генами, определяющими высоту растения. Наследуемость признаков, характеризующих эффективность роста проростка, его массу и длину корня и стеблей, составляет 87-90 %. В настоящей работе мы впервые обнаружили локусы, определяющие формирование признака скорость роста в период прорастания у отечественных сортов риса (Oryza sativa L.). Целью работы было выявление локусов и хромосомных регионов, а также изучение генетики признаков, обусловливающих быстрое получение и развитие всходов риса. Опыты проводили в 2013-2019 годах. Коллекционные образцы (32 сорта российской селекции) и гибриды риса изучали общепринятыми методами. Семенной материал обрабатывали 20 % стерилизующим раствором (гипохлорит натрия с содержанием активного хлора 95,2 %, ООО «Гринфилд РУС», Россия) в течение 40 мин с целью стерилизации. Проращивали по 30 зерновок каждого образца (в 2 повторностях) при температуре 28-29 °С в термостате в течение 7 сут. У 20 растений каждого сорта или гибрида определяли массу проростка, размеры колеоптиля и зародышевого корня. Гибридизацию между сортами с контрастными признаками проводили твелл-методом (метод Борлоуга) по полной диаллельной схеме. Полиморфизм изучали с помощью 60 нейтральных или ассоциированных с высокой скоростью роста проростков SSR маркеров, распределенных по 12 хромосомам риса. Массу проростков российских сортов определяли локусы, расположенные на четырех хромосомах. Выявлены маркеры, позволяющие изучить их полиморфизм: RM261, RM405, RM463, RM242, RM6314, RM289, RM126. Два хромосомных региона на 4-й и 9-й хромосомах обусловливали длину зародышевого корня, а высоту проростка — локус на 5-й хромосоме, расположенный в районе маркера RM289. Показана возможность упростить методику выявления хромосомных регионов, детерминирующих величину признаков, при изучении неизвестных образцов. Для выявления маркеров с максимальным фенотипическим эффектом проявления признаков можно использовать групповую селекцию (bulk breeding). Для этого нет необходимости создавать популяции для маркирования признака типа рекомбинантных инбредных линий (recombinant inbred lines, RILs) или дигаплоидных линий (doubled haploid, DН) и фенотипировать их. Гораздо больше информации дает использование сортов, контрастных по признаку, что в короткие сроки позволяет определить наиболее важные для формирования признака локусы. Полученная информация позволит установить маркеры, тесно сцепленные с генами, определяющими признак в выявленном хромосомном регионе (http://www.gramene.org). В дальнейшей работе можно использовать именно эти маркеры, если изучение полиморфизма подтвердит возможность достоверного разделения сортов с их помощью на контрастные группы. Таким образом, у отечественных сортов риса нами установлены восемь хромосомных регионов, связанных с темпами роста, и предложена методика, упрощающая их выявление.
Ключевые слова: Oryza sativa L., рис, молекулярное маркирование, генетика, темпы роста, начальные фазы развития, проростки, масса, высота, зародышевые корни.
MOLECULAR MARKERS ASSOCIATED WITH HIGH EARLY GROWTH RATE OF RUSSIAN RICE (Oryza sativa L.) VARIETIES
E.M. Kharitonov1, Yu.K. Goncharova1, S.V. Gontcharov2, B.Н. Bruyako1
The high rate during early growth is expected to be the main basis of next “green revolution”. Many researches take into account that this trait is mainly responsible for physiological advantage of heterotic hybrids in crops. The rapid development of the root system provides an advantage in absorption of mineral substances and the photosynthetic apparatus formation. Heterotic hybrids can quickly overpass the phase sensitive to stresses thereby improving the adaptability to different stress factors. Significant differences between varieties and subspecies in the growth rate of seedlings are widely used for effective breeding. The growth rate is a plant-height-related trait. Heritability of seedling height, weight, and the length of embryo root is very high (87-90 %). This paper is the first report on loci that determine the growth rate during germination period in rice (Oryza sativa L.) varieties bred in Russia. The aim of our work was to reveal effective SSR markers for chromosome loci and regions which are involved in the control of traits responsible for high rate of early growth in the Russian rice (Oryza sativa L.) gene pool. Seeds of 32 varieties bred in Russia and hybrids were surface-sterilized for 40 min with a 20 % sodium hypochlorite solution (95.2 % active Cl; ООО Grinfild RUS, Russia). Thirty grains of each sample were germinated (in duplicate) for 7 days at 28-29 °C in a thermostat. Morphophysiological parameters of 20 seedlings of each variety or hybrid, i.e. the weight, the size of coleoptile and the embryonic root formation, were measures. As per the finding of this study, the loci that determine the seedling weight are located on four chromosomes near the markers RM261, RM405, RM463, RM242, RM6314, RM289, and RM126. The embryonic root growth rate is determined by two chromosomal regions on chromosomes 4 and 9, the seedling height — by only one locus located on the chromosome 5 near the marker RM289. One can simplify identification of chromosomal regions that determine target trait values in a set of unknown varieties or hybrids. Bulk breeding methods allows markers with the maximum phenotypic effect to be identified with no need to create a population recombinant inbred lines (RILs) or double haploid lines (DH) for mapping. In particular, exploiting cultivars which are contrast in the traits of interest is much more informative. Such phenotypic analysis reveals the most important loci for the entire group of varieties tested. Next, the markers can be found which are closely linked to the genes that determine the trait in the identified chromosomal region (http://www.gramene.org). Markers that are enough polymorphic to ensure reliable separation of varieties into contrasting groups may be further used in breeding work. Not always genes, differentiating varieties by a certain trait in one region of the world will be effective for another region. Therefore, such preliminary assessment is obligatory. Thus, in this study using original technique to simplifies identification of the loci of interest we have identified 8 chromosomal regions associated with early growth rate in Russian rice varieties.
Keywords: Oryza sativa L., rice, molecular markers, genetics, growth rate, early stages of ontogenesis, seedlings, weight, height, embryonic roots.
1ФБНУ Всероссийский НИИ риса, |
Поступила в редакцию |
