MOLECULAR MARKERS ASSOCIATED WITH HIGH EARLY GROWTH RATE OF RUSSIAN RICE (Oryza sativa L.) VARIETIES

Abstract

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 возможн...

Features of rice (Oryza sativa L.) varieties for organic farming in connection with marker assisted breeding (review)

“…Изученные образцы несут наборы генов, которые, действуя совместно, скрывают эффект того или иного локуса. Однако это не помешало выявить локусы, наиболее вероятно связанные с анализируемым признаком в фазу проростков, для чего порог чувствительности метода был повышен за счет увеличения уровня значимости до p  0,09 (76). На принятом уровне значимости выявлен ряд локусов, определяющих изменение длины корневой системы при засолении в начальные фазы вегетации.…”

“…М и кр о с а т е л лит н ые м а р ке р ы, а сс о ци ир о ва н н ые c и н т е нс ивн о ст ь ю р о ст а пр о р о ст к а. Большинство локусов, определяющих скорость роста у представителей отечественного генофонда риса, по нашим данным (76), мономорфны, поскольку долгое время для борьбы с сорняками на посевах этой культуры в России использовали глубокий слой воды, быстрое прохождение которого обеспечивает дружные всходы сорта и дальнейшую высокую урожайность. Тем не менее статистический анализ позволил выявить полиморфные районы хромосом, определяющие скорость роста отечественных сортов.…”

“…SSR маркер Хромосома Продукт амплификации, п.н. Признаки Д л и н а з а р о д ы ш е в о г о с т е б л я RM289 5-я 108 Размеры стебля и листьев, энергия роста Д л и н а к о р н я RM242 9-я 225 Толерантность к низким температурам, активность и размер корневой системы и ее длина по отношению к числу и размерам побегов и листьев, дифференциация эксплантов, толерантность к стрессам мембранного комплекса, скорость прорастания RM126 4-я 125 Адаптивность к недостатку поливной воды, толерантность к низким температурам, размер корневой системы и ее длина по отношению к размерам побегов М а с с а п р о р о с т к о в RM405 В районе локализации выявленных нами маркеров расположены гены, определяющие энергию прорастания, устойчивость к засухе, толерантность к низким температурам, морфотип и размеры корневой системы, отношение массы надземной к подземной части растения, стабильность мембран клеток в условиях стресса (30,56,76). Формирование стебля, по нашим данным, определяли локусы, сцепленные с маркером RM289.…”

“…Мы обнаружили связь скорости роста проростка со многими локусами, определяющими адаптивность к абиотическим стрессам (76). Интенсивный рост, высокая фотосинтетическая активность и эффективность минерального питания повышают жизнеспособность растения и позволяют максимально быстро проходить фазы, чувствительные к стрессу, что сокращает вероятность повреждения экстремальными температурами или другими факторами, снижающими жизнеспособность, в том числе при органическом земледелии (80)(81)(82)(83).…”