МОЛЕКУЛЯРНОЕ МАРКИРОВАНИЕ ПРИЗНАКОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ КАЧЕСТВО ЗЕРНА У РОССИЙСКИХ СОРТОВ РИСА

В России ранее выращивали только низкоамилозные короткозерные сорта риса, но в последнее время в связи с ростом культуры потребления этого злака назрела необходимость создания отечественных сортов с различными характеристиками качества зерна. Несмотря на значительное число зарубежных работ по локализации генов, определяющих качество зерна риса, до сих пор нет аналогичных российских работ, что сдерживает темпы селекции данного направления. Целью нашего исследования стало выявление участков хромосом, несущих гены, определяющие признаки качества у отечественных сортов риса, и оценка пригодности использования маркерных локусов, идентифицированных в исследованиях зарубежных образцов, при работе с отечественным генофондом. В работе участвовали как нейтральные, так и связанные с признаками качества маркеры. С использованием 57 SSR-маркеров изучен полиморфизм отечественных сортов риса, контрастных по признакам «масса 1000 зерен», «стекловидность», «пленчатость» и «содержание целого ядра в крупе». Показано, что 12 изученных маркеров достоверно разделяли группы с различной формой зерновки, три маркера – с различным выходом целого ядра, и по одному маркеру – группы с различной стекловидностью и пленчатостью. Маркеры, достоверно разделяющие группы сортов с различной массой 1000 зерен, выходом крупы, содержанием белка, амилозы, не выявлены. Для семи хромосомных регионов, на которых расположены маркеры RM3276, RM5707, RM5508, RM7110, RM509, RM600, RM136, ассоциация с какими-либо признаками качества выявлена впервые. Возможно, в них расположены гены, определяющие качество зерна риса, которые специфичны для отечественных сортов.

1. Akagi H., Yokozeki Y., Inagaki A. Microsatellite DNA markers for rice chromosomes. Theor. Appl. Genet. 1996;93:1071-1077. https://doi.org/10.1007/BF00230127.

2. Aluko G., Martinez C., Tohme J. QTL mapping of grain quality traits from the interspecific cross Oryza sativa × O. glaberrima. Theor. Appl. Genet. 2004;109:630-639.

3. Anikanova Z.F., Tarasova L.E. Ris: sort, urozhay, kachestvo [Rice: Variety, Yield, Quality]. Moscow: Agropromizdat Publ., 1988. (in Russian)

4. Bao J.S., Corke H., Sun M. Microsatellites in starch-synthesizing genes in relation to starch physicochemical properties in waxy rice (Oryza sativa L.). Theor. Appl. Genet. 2002а;105:898-905.

5. Bao J.S., Wu Y.R., Hu B. QTL for rice grain quality based on a DH population derived from parents with similar apparent amylose content. Euphytica. 2002b;128:317-324.

6. Blight H.F., Blackhall N.W., Edwards K.J., Me Clung A.M. Using amplified fragment length polymorphisms and simple sequence length polymorphisms to identify cultivars of brown and white milled rice. Crop Sci. 1999;39:1715-1721.

7. Cai H., Xu D., Zhou L., Cheng J., Zhang Z., Wu J., You A. Development of PCR-based SNP marker of rice Waxy gene with confronting two-pair primers. Acta Genetica Sinica. 2015;51(7):787-791.

8. Collard B.C.Y., Jahufer M.Z.Z., Brouwer J.B., Pang E.C.K. An introduction to markers, quantitative trait loci (QTL) mapping and marker-assisted selection for crop improvement: The basic concepts. Euphytica. 2005;142(1-2):169-196. https://doi.org/10.1007/s10681-0051681-5.

9. Collard B.C.Y., Mackill D.J. Marker-assisted selection: an approach for precision plant breeding in the twenty-first century. Phil. Trans. R. Soc. 2008;363:557-572. https://doi.org/10.1007/s10681-005-1681-5.

10. Cui K., Peng S.B., Xing Y.Z., Yu S.B., Xu C.G. Molecular dissection of relationship between seedling characteristics and seed size in rice. Acta Botanica Sinica. 2002a;44(6):702-707.

11. Cui K.H., Peng S.B., Xing Y.Z., Yu S.B., Xu C.G. Genetic analysis of the panicle traits related to yield sink size of rice. Acta Genetica Sinica. 2002b;29(2):144-152.

12. Goncharova Yu.K., Kharitonov E.M. Performance improvement in intersubspecific hybrids of rice. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2012;16(4):926935. (in Russian)

13. Goncharova Yu.K., Kharitonov E.M., Bushman N.Yu., Vereshchagina S.А. The influence of stress factors on the amylose content in Russia-bred rice varieties. Vestnik RASKhN = Herald of the Russian Academy of Agricultural Sciences. 2003;5:45-48. (in Russian)

14. Guo Y.M. Evaluation and correlation analysis on mineral concentrations and pigment content in pericarp of color rice. Biochem. Pharmacol. 2011;75:1393-1401.

15. Jiang G.H., Xu C.G., Li X.H., He Y.Q. Characterization of the genetic basis for yield and its component traits of rice revealed by doubled haploid population. Acta Genetica Sinica. 2004;31(1):63-72.

16. Katalog sortov risa i ovoshchebakhchevykh kul’tur kubanskoy selektsii [Catalog of varieties of rice, vegetables, and melon crops bred in the Kuban region]. Krasnodar: EDVI Publ., 2016. (in Russian)

17. Kazakov E.D. Metodika otsenki kachestva zerna [The Technique of an Estimation of Quality of Grain]. Moscow: Agropromizdat Publ., 1987. (in Russian)

18. Keshanidi Kh.L., Kazakov E.D. Tekhnologicheskaya otsenka risa - zerna [Technological Evaluation of Rice]. Moscow: Agropromizdat Publ., 1985. (in Russian)

19. Kharitonov E.M., Goncharova Yu.K. Sterility of intersubspecific hybridization of rice Oryza sativa L. in the context of search for genes for broad compatibility and assignment of specimens to subspecies indica or japonica. Selskokhozyaystvennaya Biologiya = Agricultural Biology. 2013;5:61-68. (in Russian)

20. Korotenko T.L., Gospadinova V.I., Zelenskiy G.L. Comparative evaluation of grain quality and performance of rice genotypes differing in grain size and shape. Risovodstvo = Rise Growing. 2004;5:48-53. (in Russian)

21. Kostylev P.I. Dikie vidy risa [Wild Species of Rice]. Moscow: Sputnik Publ., 2011. (in Russian)

22. Kostylev P.I., Franceva N.V., Kostyleva L.M. Analysis of qualities of grain and head rice in pedigree rice accessions. Zernovoe Khozjaistvo Rossii = Grain Economy of Russia. 2013;5:31-37. (in Russian)

23. Kostylev P.I., Krasnova E.F., Kostyleva L.M. Study of rice hybrids from crossing of Turkish and Russian varieties in Rostov region. Zernovoe Khozjaistvo Rossii = Grain Economy of Russia. 2017;4:35-40. (in Russian)

24. Kushwaha U.K.S. Black Rice: Research, History and Development. Springer Int. Publ. Switzerland, 2016. https://doi.org/10.1007/978-3-31930153-2.

25. Lyahovkin A.G. Mirovoe proizvodstvo i genofond risa [Global Production and the Gene Pool of Rice]. St. Petersburg: Profi-inform Publ., 1992. (in Russian)

26. Murray M.G., Thompson W.F. Rapid isolation of high molecular weight plant DNA. Nucleic Acids Res. 1980;8:4321-4325.

27. Smetanin A.P., Dzyuba V.A., Aprod A.I. Metodiki opytnykh rabot po selektsii, semenovodstvu, semenovedeniyu i kontrolyu za kachestvom semyan risa [Methods of Experimental Work on Breeding, Seed Production, Seed and Monitoring Seed Quality of Rice]. Krasnodar, 1972. (in Russian)

28. Temnykh S., Clerck D.G., Lukashova A. Computational and experimental analysis of microsatellites in rice (Oryza sativa L.): frequency, length variation, transposon associations, and genetic marker potential. Genome Res. 2001;11:1441-1452.

29. Tumanyan N.G., Kumejko T.B., Olhovaya K.K., Kharitonov E.M. Qualitative characteristics of rice grains and amylose content in Russian (ARRRI) and Italian (SA. PI. SE Breeding Station, Vercelli) rice varieties. Risovodstvo = Rice Growing. 2014;1:33-40. (in Russian)

30. Tumanyan N.G., Kumejko T.B., Ostapenko N.V., Olhovaya K.K., Kharitonov E.M. New rice varieties bred in ARRRI. Traits of grain quality. Risovodstvo = Rice Growing. 2015;1-2:16-23. (in Russian)

31. Tumanyan N.G., Zelenskij G.L., Olhovaya K.K., Ostapenko N.V. Grain quality parameters in accessions of rice subspecies indica and japonica bred in Russia and abroad. Nauchnyy zhurnal KubGAU = Scientific Journal of KubSAU. 2013;94(10). (in Russian)

32. Ulitin V.O., Kharitonov E.M., Goncharova Yu.K. On quality traits and their genetic control in rice Oriza L. Selskokhozyaystvennaya Biologiya = Agricultural Biology. 2012;3:12-18. (in Russian)

33. Wan X.Y., Wan J.M., Jiang L. QTL analysis for rice grain length and fine mapping of an identified QTL with stable and major effects. Theor. Appl. Genet. 2006;112(7):1258-1270.

34. Xing Z., Tan F., Hua G. Characterization of the main effects, epistatic effects and their environmental interactions of QTLs on the genetic basis of yield traits in rice. Theor. Appl. Genet. 2002;105:248-257.

35. Xu Y. Molecular Plant Breeding. CAB International, 2010.

36. Xu Y., Crouch J.H. Marker-assisted selection in plant breeding: from publications to practice. Crop Sci. 2008;48:391-407.

37. Ye G., Smith K.F. Marker-assisted gene pyramiding for cultivar development. Plant Breed. Rev. 2010;33:234.

38. Zhang M.W., Zhang R.F., Zhang F.X., Liu R.H. Phenolic profiles and antioxidant activity of black rice bran of different commercially available varieties. J. Agric. Food Chem. 2010;58:7580-7587. Zhang M.W., Zhang R.F., Zhang F.X., Liu R.H. Phenolic profiles and antioxidant activity of black rice bran of different commercially available varieties. J. Agric. Food Chem. 2010;58:7580-7587.