Идентификация генов энергии прорастания AG у дигаплоидных андрогенных растений риса

Рис играет огромную роль в питании населения мира. В России, как в Европе и Америке, рис в основном высевают прямым посевом, а в Азиатских странах применяют рассадную технологию. После прямого посева следует затопление поля, которое может привести к низкому проценту всходов и гибели молодых растений. С другой стороны, затопление рисовых чеков помогает в борьбе с сорными растениями, грызунами. Несмотря на то, что рис – это растение–гидрофит, вода может приводить к гипоксии или даже аноксии, способствуя угнетению молодых побегов. В целом большинство сортов риса на ранних стадиях развития в условиях водного стресса имеют низкую выживаемость, поэтому необходимо проводить скрининг генотипов и отбирать селекционный материал, способный выдерживать стрессовые условия. Одним из факторов толерантности к условиям водного стресса является энергия прорастания AG (anaerobic germination), представляющая собой сложный признак, контролируемый несколькими генами, картированными на разных хромосомах. Зарубежные ученые выделили сорта, обладающие генами энергии прорастания AG (Khao Hlan On, Mazhan Red и другие). В нашей стране на данный момент мало сортов с генами устойчивости к анаэробным условиям. В настоящее время с помощью QTL (quantitative trait locus) изучено небольшое количество местных сортов и популяций на толерантность к анаэробным условиям, поэтому необходимо расширить исследования большого количества образцов для отбора устойчивых генотипов. Целью настоящего исследования стало проведение скрининга дигаплоидных андрогенных растений риса на наличие генов энергии прорастания AG1 и AG2, а также отбор перспективных генотипов, представляющих особый интерес для селекционной работы. В качестве исходного материала использовали 25 растений регенерантов, полученных методом культуры пыльников in vitro, из четырех гибридов, родительскими линиями которых являлись доноры энергии прорастания (Khao Hlan On), устойчивости к глубоководному затоплению (Inbara-3, IR-64) и высокопродуктивные российские сорта (Контакт, Магнат, Новатор). Молекулярно-генетический анализ проводился с применением молекулярных маркеров AG1 (qAG–9–2) и AG2 (qAG–7–1). В общей сложности ген AG1 идентифицировали в 17 линиях риса, ген AG2 – в 11 линиях, а оба гена – в 9 линиях риса (4641/1, 4641/2, 4641/3, 4641/4, 4641/6, 4641/8, 4641/9, 4641/10, 5010/4). Лабораторный опыт на устойчивость дигаплоидных линий к анаэробному стрессу выявил образцы с высокой энергией прорастания. Отобраны перспективные дигаплоидные андрогенные растения риса в качестве исходного материала для селекции.

1. Kim S.-M., Kim C.-S., Jeong J.-U., Reinke R.-F., Jeong J.-M. Marker-assisted breeding for improvement of anaerobic germination in japonica rice (Oryza sativa). Plant Breed. 2019;138(6):810–819.

2. Septiningsih E.-M., Ignacio J.-C.-I., Sendon P.-M.-D., Sanchez D.-L., Ismail A.-M., Mackill D.-J. QTL mapping and confirmation for tolerance of anaerobic conditions during germination derived from the rice landrace Ma-Zhan Red. Theor. Appl. Genet. 2013;126(5):1357–1366.

3. Oe S., Sasayama D., Luo Q., Fukayama H., Hatanaka T., Azuma T. Growth responses of seedlings under complete submergence in rice cultivars carrying both the submergence-tolerance gene Sub1A-1 and the floating genes Snorkels. Plant Prod. Sci. 2021;25(1):70–77.

4. Mondal S., Hasan M.J., Ahmad T., Miah M.G., Cruz P.C.S., Ismail A.M. Effects of AG1 and AG2 QTLs on nonstructural carbohydrate and seed management options for rice seedling growth and establishment under flooding stress. Rice Science. 2020;27(6):515–528.

5. Bailey-Serres J., Chang R. Sensing and signaling in response to oxygen deprivation plants and other organisms. Ann. Bot. 2005;96(4):507–518.

6. Ismail A.-M., Ella E.-S., Vergara G.-V., Mackill D.-J. Mechanisms associated with tolerance to flooding during germination and early seedling growth in rice (Oryza sativa). Ann. Bot. 2008;103(2):197–209.

7. Ismail A.-M., Johnson D.-E., Ella E.-S., Vergara G.-V., Baltazar A.-M. Adaptation to flooding during emergence and seed ling growth in rice and weeds, and implications for crop establishment. AoB Plants. 2012:pls019.

8. Mackill D., Khush G. IR64: a high-quality and highyielding mega variety. Plant Science. 2018;11(1):18.

9. Angaji S.-A., Septiningsih E.-M., Mackill D.-J., Ismail A.-M. QTLs Associated with tolerance of flooding during germination in rice (Oryza sativa L.). Euphytica. 2010;172(2):159–168.

10. Haque Md. A., Rafii M.-Y., Yusoff M.-M., Ali N.-S., Yusuff O., Arolu F., Anisuzzaman M. Flooding tolerance in Rice: adaptive mechanism and marker-assisted selection breeding approaches. Mol. Biol. Rep. 2023;50(3):2795–2812.

11. Baltazar M.-D., Ignacio J.-C.-I., Thomson M.-J., Ismail A.-M., Mendioro M.-S., Septiningsih E.-M. QTL mapping for tolerance of anaerobic germination from IR64 and the aus landrace Nanhi using SNP genotyping. Euphytica. 2014;197:251–260.

12. Черткова Н.Г., Усатов А.В., Костылев П.И., Дуплий Н.Г. Идентификация генов устойчивости к длительному затоплению в гибридных образцах риса. Социально-экологические технологии. 2023;13(4):366–383.

13. Kostylev P., Kalinina N., Vozhzhova N., Golubova V., Chertkova N. Creation of rice doubled haploids resis tant to prolonged flooding using anther culture. Plants. 2023;12(21):3681.

14. Manangkil O.-E., Vu H.-T.-T., Yoshida S., Mori N., Nakamura C. A simple, rapid and reliable bioassay for evaluating seedling vigor under submergence in indica and japonica rice (Oryza sativa L.). Euphytica. 2008;163:267–274.

15. Костылев П.И., Голубова В.А., Вожжова Н.Н., Калинина Н.В. Новый метод защиты риса от сорных растений с помощью длительного погружения в воду. Биосфера. 2022;14(4):343–346.

16. Sabouri H., Rezai A.-M., Moumeni A., Kavousi A., Katouzi M., Sabouri A. QTLs mapping of physiological traits related to salt tolerance in young rice. Biol. Plant. 2009;53:657–662.

17. Kirk G.-J.-D., Greenway B.-J., Atwell B.-J., Ismail A.-M., Colmer T.-D. Adaptation of rice to flooded soils. Progress in Botani. Eds. U. Lüttge, W. Beyschlag and J. Cushman. Berlin, Heidelberg: Progress in Botany; 2013:215–253.