Physio‐biochemical and molecular characterization of a rice drought‐insensitive TILLING line 1 (ditl1) mutant

Abstract

Drought stress is a major abiotic stress that limits rice yield. Therefore, the development of new varieties tolerant to drought stress is a high priority in breeding programs. In this study, 150 rice M10 mutant lines, previously developed using gamma‐ray irradiation, were used, and a drought‐insensitive rice mutant (ditl1) was selected by drought stress screening. The ditl1 mutant exhibited significantly decreased water loss, leaf curling, and H2O2 accumulation under drought stress. Chlorophyll leaching assay and toluidine blue staining suggested lower cuticle permeability in ditl1 mutants than in wild‐type (WT) plants. In addition, transmission electron microscopy revealed that ditl1 plants accumulated more cuticular wax on the epidermal surface. Whole‐genome resequencing analysis suggested that the deletion of a single nucleotide on the LOC_Os05g48260 gene, a putative ortholog of WSD1 (wax ester synthase/diacylglycerol O‐acyltransferase in Arabidopsis), maybe be the gene responsible for the drought insensitive phenotype of ditl1. The ditl1 mutant will be a valuable breeding resource for developing drought stress tolerant rice cultivar.

Wosk epikutykularny liści jako cecha warunkująca odporność na suszę u zbóż

“…Mutant knockout dwa1 odznaczał się znacznie większą wrażliwością na stres suszy w porównaniu z roślinami typu dzikiego, w warunkach suszy charakteryzował się zmniejszoną akumulacją wosku kutykularnego oraz silnie zmodyfikowanym składem chemicznym głównie w wyniku obniżenia poziomu długołańcuchowych kwasów tłuszczowych [63]. Wyselekcjonowany podczas badań przesiewowych w kierunku odporności na suszę niewrażliwy na suszę mutant ryżu (ditl1), posiadający mutację w genie LOC_Os05g48260 będącym przypuszczalnie ortologiem genu WSD1 u rzodkiewnika pospolitego (Arabidopsis), w warunkach stresu suszy wykazywał znacząco zmniejszoną utratę wody, przepuszczalność kutykuli, zwijanie się liści, akumulację H 2 O 2 oraz akumulował więcej wosku kutykularnego, alkanów i alkoholi niż rośliny typu dzikiego [64]. Na podstawie badań dotyczących odporności na suszę u sorga dwubarwnego [Sorghum bicolor (L.) Moench] stwierdzono, że genotypy odporne na nią wykazywały przyrost alkanów, które stanowiły skuteczną barierę, pozwalającą na kontrolowanie strat wody, a geny SbWINL1, FATB i CER1 odgrywają ważną rolę w wywoływaniu biosyntezy wosku będącej efektem suszy [65].…”

Toward a smart skin: Harnessing cuticle biosynthesis for crop adaptation to drought, salinity, temperature, and ultraviolet stress

“…EMS (ethyl methanesulfonate) chemical mutagenesis and irradiation mutagenesis with x/y-rays or fast neutrons are widely employed to generate induced mutation in commercial crop breeding. At the same time, T-DNA insertion mutant populations have been constructed in model and crop plants, including A. thaliana , Brachypodium distachyon , Z. mays , S. lycopersicum , and O. sativa , from which cuticle-associated genetic mutants were identified ( Choi et al, 2022 ).…”

“…Through combining chemical or irradiation mutagenesis with genome-wide screening, targeting induced local lesions in genomes (TILLING) could effectively induce mutation in cuticle-related QTLs and genes, and represents a promising non-transgenic method for improving cuticle-associated traits in crop species. For instance, a drought-insensitive rice mutant ( ditl1 ) harboring a mutation in the LOC_Os05g48260 gene, a putative rice ortholog of WSD1 , was selected by drought stress screening in the rice TILLING population ( Choi et al, 2022 ).…”

Exploring and exploiting cuticle biosynthesis for abiotic and biotic stress tolerance in wheat and barley

“…As an advanced strategy in targeted mutation breeding, targeting induced local lesions (TILLING) deploys saturated mutagenesis and high-throughput screening approaches to efficiently introduce single-nucleotide mutation to any genomic regions like cuticle biosynthesis genes ( McCallum et al., 2000 ; Kurowska et al., 2011 ; Chen et al., 2014 ). A drought-insensitive TILLING line 1 ( ditl1 ) mutant was recently identified from the rice TILLING mutant population and was revealed to harbor mutation in the cuticle biosynthesis-related WSD1-like gene ( Choi et al., 2022 ). These induced mutations with desired cuticle traits could be introduced into elite cultivars of wheat and barley via cross breeding facilitated by advanced marker-assisted selection (MAS) approaches ( Figure 1 ) ( Hickey et al., 2019 ; Thudi et al, 2021 ).…”