دوره 15، شماره 48 - ( زمستان 1402 )
جلد 15 شماره 48 صفحات 21-14 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
talebi kouyakhi S, Maleki zanjani B, Modarresi M, tarang A. (2023). Genetic and Phenotypic Screening of Different Rice Genotypes According to the Functional Marker Related to the Semi-Dwarfing Sd1 Gene. J Crop Breed. 15(48), 14-21. doi:10.61186/jcb.15.48.14
URL: http://jcb.sanru.ac.ir/article-1-1481-fa.html
URL: http://jcb.sanru.ac.ir/article-1-1481-fa.html
طالبی کویخی اسمعیل، ملکی زنجانی بهرام، مدرسی مصطفی، ترنگ علیرضا. غربالگری ژنتیکی و فنوتیپی ژنوتیپ های مختلف برنج بر اساس نشانگر عملکردی مرتبط با ژن نیمه پاکوتاهی sd1 پژوهشنامه اصلاح گیاهان زراعی 1402; 15 (48) :21-14 10.61186/jcb.15.48.14
1- گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، ایران
2- موسسه تحقیقات برنج کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، رشت، ایران
3- پژوهشکده بیوتکنولوژِی کشاورزی منطقه شمال کشور ، سازمان تحقیقات، آموزش وترویج کشاورزی، رشت، ایران
2- موسسه تحقیقات برنج کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، رشت، ایران
3- پژوهشکده بیوتکنولوژِی کشاورزی منطقه شمال کشور ، سازمان تحقیقات، آموزش وترویج کشاورزی، رشت، ایران
چکیده: (1505 مشاهده)
مقدمه و هدف: ایجاد گیاهان نیمه پاکوتاه یکی از اهداف بسیار مهم در اصلاح برنج است. کاهش کیفیت و کمیت محصول تولیدی بر اثر خوابیدگی بوته برنج ، تاثیر منفی بر اقتصاد کشاورزان میگذارد. برای ثبات سطح زیر کشت و نیز بمنظور تامین برنج مصرفی کشور، معرفی ارقام با منشا محلی دارای صفت نیمه پاکوتاهی به همراه افزایش عملکرد توصیه می شود. اولین قدم برای انتقال این صفت به ارقام محلی، غربالگری برای شناسایی والدین مناسب جهت انتقال ژن نیمه‌پاکوتاهی و همچنین شناسایی نشانگرهای کارآمد برای پیشبرد پروژه‌های تلاقی‌برگشتی به کمک نشانگر است. بدین منظور این تحقیق در جهت ارزیابی فنوتیپی و غربالگری مولکولی ژنوتیپ های در دسترس بر اساس نشانگرهای عملکردی مرتبط با صفت نیمه پاکوتاهی اجرا گردید.
مواد و روش ها: در این پژوهش 50 ژنوتیپ محلی و اصـلاح شـده برنج از کلکسیون مؤسسه تحقیقات برنج کشور تهیه شده و صفت نیمه پاکوتاهی بر اساس ارزیابی های فنوتیپی در مزرعه و مولکولی مرتبط با الگوی باندی ایجاد شده یک جفت آغازگر اختصاصی (semidwarfing gene= sd1) پیوسته با مکان ژنی کنترل کننده صفت نیمه پاکوتاهی مورد بررسی قرار گرفت. از مدل خطی تعمیم یافته رگرسیون لجستیک برای تحلیل همبستگی قابل مشاهده بین ژن ها ، استفاده شد. همچنین فرضیه وجود ارتباط ژنتیکی بین آلل ژن sd1 و ارتفاع بوته از طریق یک مدل رگرسیون لجستیک مورد آزمایش قرار گرفت.
یافته ها: براساس ارزیابی ژنتیکی، تعداد 26 رقم دارای آلل ژن نیمه پاکوتاهی و تعداد 24 رقم فاقد آلل این ژن شناخته شدند که نشانگر مورد استفاده ، با اطمینان و دقت بسیار بالا قادر به پیش بینی و متمایز کردن ارقام جهت برنامه های اصلاحی آتی است. نتایج رگرسیون لجستیک نیز، این نتیجه را تایید نمود.
نتیجه‌گیری: با توجه به نتایج مشاهده شده ، نشانگر عملکردیsd1 مورد استفاده میتواند به عنوان نشانگر کارآمد برای غربالگری جمعیت های در حال تفرق برای بهبود صفت نیمه پاکوتاهی مورد استفاده قرار گیرد.
مواد و روش ها: در این پژوهش 50 ژنوتیپ محلی و اصـلاح شـده برنج از کلکسیون مؤسسه تحقیقات برنج کشور تهیه شده و صفت نیمه پاکوتاهی بر اساس ارزیابی های فنوتیپی در مزرعه و مولکولی مرتبط با الگوی باندی ایجاد شده یک جفت آغازگر اختصاصی (semidwarfing gene= sd1) پیوسته با مکان ژنی کنترل کننده صفت نیمه پاکوتاهی مورد بررسی قرار گرفت. از مدل خطی تعمیم یافته رگرسیون لجستیک برای تحلیل همبستگی قابل مشاهده بین ژن ها ، استفاده شد. همچنین فرضیه وجود ارتباط ژنتیکی بین آلل ژن sd1 و ارتفاع بوته از طریق یک مدل رگرسیون لجستیک مورد آزمایش قرار گرفت.
یافته ها: براساس ارزیابی ژنتیکی، تعداد 26 رقم دارای آلل ژن نیمه پاکوتاهی و تعداد 24 رقم فاقد آلل این ژن شناخته شدند که نشانگر مورد استفاده ، با اطمینان و دقت بسیار بالا قادر به پیش بینی و متمایز کردن ارقام جهت برنامه های اصلاحی آتی است. نتایج رگرسیون لجستیک نیز، این نتیجه را تایید نمود.
نتیجه‌گیری: با توجه به نتایج مشاهده شده ، نشانگر عملکردیsd1 مورد استفاده میتواند به عنوان نشانگر کارآمد برای غربالگری جمعیت های در حال تفرق برای بهبود صفت نیمه پاکوتاهی مورد استفاده قرار گیرد.
فهرست منابع
1. Ardakani, Z., & D'Amico, S. (2020). Improving food security in Iran: quantifying post-harvest rice losses. Journal of Horticulture and Postharvest Research, 3(2), 183-194.
2. Ashikari, M., Sasaki, A., Ueguchi-Tanaka, M., Itoh, H., Nishimura, A., Datta, S., Ishiyama, K., Saito, T., Kobayashi, M., & Khush, G. S. (2002). Loss-of-function of a rice gibberellin biosynthetic gene, GA20 oxidase (GA20ox-2), led to the rice 'green revolution'. Breeding science, 52(2), 143-150.
https://doi.org/10.1270/jsbbs.52.143 [DOI:https://doi.org/10.1270/jsbbs.52.143]
3. Ashikari, M., Wu, J., Yano, M., Sasaki, T., & Yoshimura, A. (1999). Rice gibberellin-insensitive dwarf mutant gene Dwarf 1 encodes the α-subunit of GTP-binding protein. Proceedings of the National Academy of Sciences, 96(18), 10284-10289. [DOI:10.1073/pnas.96.18.10284]
4. Cordeiro, G. M., Christopher, M. J., Henry, R. J., & Reinke, R. F. (2002). Identification of microsatellite markers for fragrance in rice by analysis of the rice genome sequence. Molecular Breeding, 9, 245-250. [DOI:10.1023/A:1020350725667]
5. Dehghani, M., Mosaferi, F., & Alipour, V. (2016). Heavy Metals in the Imported and Iranian Rice Consumed in Hormozgan Province. Journal of Health Sciences & Surveillance System, 4(3), 106-110.
6. Doyle, J. (1991). DNA protocols for plants. Molecular techniques in taxonomy, 283-293. [DOI:10.1007/978-3-642-83962-7_18]
7. Gupta, P., Kumar, J., Mir, R., & Kumar, A. (2010). 4 Marker-assisted selection as a component of conventional plant breeding. Plant breeding reviews, 33, 145. [DOI:10.1002/9780470535486.ch4]
8. Hu, X., Cui, Y., Dong, G., Feng, A., Wang, D., Zhao, C., Zhang, Y., Hu, J., Zeng, D., & Guo, L. (2019). Using CRISPR-Cas9 to generate semi-dwarf rice lines in elite landraces. Scientific Reports, 9(1), 19096.
https://doi.org/10.1038/s41598-019-55757-9 [DOI:https://doi.org/10.1038/s41598-019-55757-9]
9. Huang, J., Li, J., Zhou, J., Wang, L., Yang, S., Hurst, L. D., Li, W.-H., & Tian, D. (2018). Identifying a large number of high-yield genes in rice by pedigree analysis, whole-genome sequencing, and CRISPR-Cas9 gene knockout. Proceedings of the National Academy of Sciences, 115(32), E7559-E7567. [DOI:10.1073/pnas.1806110115]
10. Ishimaru, K., Togawa, E., Ookawa, T., Kashiwagi, T., Madoka, Y., & Hirotsu, N. (2008). New target for rice lodging resistance and its effect in a typhoon. Planta, 227, 601-609. [DOI:10.1007/s00425-007-0642-8]
11. Jia, X., Yu, L., Tang, M., Tian, D., Yang, S., Zhang, X., & Traw, M. B. (2020). Pleiotropic changes revealed by in situ recovery of the semi-dwarf gene sd1 in rice. Journal of plant physiology, 248, 153141.
https://doi.org/10.1016/j.jplph.2020.153141 [DOI:https://doi.org/10.1016/j.jplph.2020.153141]
12. Kage, U., Kumar, A., Dhokane, D., Karre, S., & Kushalappa, A. C. (2016). Functional molecular markers for crop improvement. Critical reviews in biotechnology, 36(5), 917-930. [DOI:10.3109/07388551.2015.1062743]
13. Kanafi Lesko Kelayeh, M., Bagheri, N., Babaeian Jelodar, N., & Ghajar Sepanlou, M. (2021). Effect of Cadmium Stress on Morphophysiological Traits of Rice Seedlings [Research]. Journal of Crop Breeding, 13(37), 11-21 (In Persian). [DOI:10.52547/jcb.13.37.11]
14. Khazaie, L. (2022). Genetic variation of some agronomic characteristics and grain quality traits of rice mutant genotypes. Journal of Crop Breeding, 77-89 (In Persian). [DOI:10.52547/jcb.14.44.77]
15. Kono, M. (1995). Physiological aspects of lodging. In K. K. Matsuo, R. Ishii, K. Ishihara, and H. Hirata (Ed.), Science of the Rice Plant, Vol. 2, Physiology 2 (pp. 971-982). Food and Agricultural Policy Research Centre.
16. Lau, W. C., Rafii, M. Y., Ismail, M. R., Puteh, A., Latif, M. A., & Ramli, A. (2015). Review of functional markers for improving cooking, eating, and the nutritional qualities of rice. Frontiers in Plant Science, 6, 832. [DOI:10.3389/fpls.2015.00832]
17. Liu, F., Wang, P., Zhang, X., Li, X., Yan, X., Fu, D., & Wu, G. (2018). The genetic and molecular basis of crop height based on a rice model. Planta, 247, 1-26.
https://doi.org/10.1007/s00425-017-2798-1 [DOI:https://doi.org/10.1007/s00425-017-2798-1]
18. Mcharo, M., LaBonte, D., Mwanga, R., & Kriegner, A. (2005). Associating molecular markers with virus resistance to classify sweetpotato genotypes. Journal of the American Society for Horticultural Science, 130(3), 355-359. [DOI:10.21273/JASHS.130.3.355]
19. Mcharo, M., & LaBonte, D. R. (2010). Multivariate selection of AFLP markers associated with β-carotene in sweetpotatoes. Euphytica, 175, 123-132. [DOI:10.1007/s10681-010-0193-0]
20. McNally, K. L., Childs, K. L., Bohnert, R., Davidson, R. M., Zhao, K., Ulat, V. J., Zeller, G., Clark, R. M., Hoen, D. R., & Bureau, T. E. (2009). Genomewide SNP variation reveals relationships among landraces and modern varieties of rice. Proceedings of the National Academy of Sciences, 106(30), 12273-12278. [DOI:10.1073/pnas.0900992106]
21. Modarresi, M. (2023). Rice Breeding in Iran, Current Status and Future Perspective. Plant Breeding and Biotechnology, 11(2), 97-104. [DOI:10.9787/PBB.2023.11.2.97]
22. Neeraja, C. N., Vemireddy, L. R., Malathi, S., & Siddiq, E. A. (2009). Identification of alternate dwarfing gene sources to widely used Dee-Gee-Woo-Gen allele of sd1 gene by molecular and biochemical assays in rice (Oryza sativa L.). Electronic Journal of Biotechnology, 12(3), 7-8. [DOI:10.2225/vol12-issue3-fulltext-11]
23. Nomura, T., Arakawa, N., Yamamoto, T., Ueda, T., Adachi, S., Yonemaru, J.-i., Abe, A., Takagi, H., Yokoyama, T., & Ookawa, T. (2019). Next generation long-culm rice with superior lodging resistance and high grain yield, Monster Rice 1. PLoS One, 14(8), e0221424. [DOI:10.1371/journal.pone.0221424]
24. Okuno, A., Hirano, K., Asano, K., Takase, W., Masuda, R., Morinaka, Y., Ueguchi-Tanaka, M., Kitano, H., & Matsuoka, M. (2014). New approach to increasing rice lodging resistance and biomass yield through the use of high gibberellin producing varieties. PLoS One, 9(2), e86870.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0086870 [DOI:https://doi.org/10.1371/journal pone.0086870]
25. Patra, B., Umakant, N., Roy, S., & Mohapatra, T. (2015). Genetic and genomic resources for grain cereals improvement. In: ICAR-NRRI.
26. Peng, J., Richards, D. E., Hartley, N. M., Murphy, G. P., Devos, K. M., Flintham, J. E., Beales, J., Fish, L. J., Worland, A. J., & Pelica, F. (1999). 'Green revolution'genes encode mutant gibberellin response modulators. Nature, 400(6741), 256-261.
https://doi.org/10.1038/22307 [DOI:https://doi.org/10.1038/22307]
27. Raina, M., Salgotra, R. K., Pandotra, P., Rathour, R., & Singh, K. (2019). Genetic enhancement for semi-dwarf and bacterial blight resistance with enhanced grain quality characteristics in traditional Basmati rice through marker-assisted selection. Comptes rendus biologies, 342(5-6), 142-153. [DOI:10.1016/j.crvi.2019.04.004]
28. Rutger, J., Moldenhauer, K., Gibbons, J., Anders, M., & Bryant, R. (2004). Registration of LGRU ef early flowering mutant of rice. Crop Science, 44(4), 1498-1499. [DOI:10.2135/cropsci2004.1498]
29. Salassi, M., Linquist, B., & Tarpley, L. (2018). Proceedings of 37th Rice Technical Working Group Conference. Long Beach.
30. Salgotra, R. K., & Stewart Jr, C. N. (2020). Functional markers for precision plant breeding. International journal of molecular sciences, 21(13), 4792.
https://doi.org/10.3390/ijms21134792 [DOI:https://doi:10.3390/ijms21134792]
31. Sasaki, A., Ashikari, M., Ueguchi-Tanaka, M., Itoh, H., Nishimura, A., Swapan, D., Ishiyama, K., Saito, T., Kobayashi, M., & Khush, G. S. (2002). A mutant gibberellin-synthesis gene in rice. Nature, 416(6882), 701-702. [DOI:10.1038/416701a]
32. Spielmeyer, W., Ellis, M. H., & Chandler, P. M. (2002). Semidwarf (sd-1),"green revolution" rice, contains a defective gibberellin 20-oxidase gene. Proceedings of the National Academy of Sciences, 99(13), 9043-9048.
https://doi.org/10.1073/pnas.132266399 [DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.132266399]
33. Varshney, R. K., Graner, A., & Sorrells, M. E. (2005). Genomics-assisted breeding for crop improvement. Trends in Plant Science, 10(12), 621-630. [DOI:10.1016/j.tplants.2005.10.004]
34. Wang, Y., Shang, L., Yu, H., Zeng, L., Hu, J., Ni, S., Rao, Y., Li, S., Chu, J., & Meng, X. (2020). A strigolactone biosynthesis gene contributed to the green revolution in rice. Molecular plant, 13(6), 923-932.
https://doi.org/10.1016/j.molp.2020.03.009 [DOI:https://doi.org/10.1016/j.molp.2020.03.009]
35. Xie, W., Wang, G., Yuan, M., Yao, W., Lyu, K., Zhao, H., Yang, M., Li, P., Zhang, X., & Yuan, J. (2015). Breeding signatures of rice improvement revealed by a genomic variation map from a large germplasm collection. Proceedings of the National Academy of Sciences, 112(39), E5411-E5419. [DOI:10.1073/pnas.1515919112]
36. Yang, Y., Zhang, H., Xuan, N., Chen, G., Liu, X., Yao, F., & Ding, H. (2017). Identification of blast resistance genes in 358 rice germplasms (Oryza sativa L.) using functional molecular markers. European Journal of Plant Pathology, 148, 567-576 [DOI:10.1007/s10658-016-1112-6]
37. Zhang, L.-P., Ge, X.-X., He, Z.-H., Wang, D.-S., Yan, J., Xia, X.-C., & Sutherland, M. W. (2005). Mapping QTLs for polyphenol oxidase activity in a DH population from common wheat. Zuowu Xuebao, 31(1), 7-10.
38. Zhang, L., Bian, Z., Ma, B., Li, X., Zou, Y., Xie, D., Liu, J., Ren, Y., Zhang, C., & Wang, J. (2020). Exploration and selection of elite Sd1 alleles for rice design breeding. Molecular Breeding, 40, 1-16.
https://doi.org/10.1007/s11032-020-01161-5 [DOI:https://doi.org/10.1007/s11032-020-01161-5]
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
