zhrosЗерновое хозяйство РоссииGrain Economy of Russia2079-87252079-8733Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Аграрный научный центр "Донской»10.31367/2079-8725-2023-88-5-30-38zhros-2461Research ArticleСЕЛЕКЦИЯ И СЕМЕНОВОДСТВО СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙPLANT BREEDING AND SEED PRODUCTION OF AGRICULTURAL CROPSИдентификация генов устойчивости к пирикуляриозу риса Pi-1, Pi-2, Pi-33, Pi-40, Pi-ta, Pi-bIdentification of rice blast resistance genes Pi-1, Pi-2, Pi-33, Pi-40, Pi-ta, Pi-bhttps://orcid.org/0000-0002-7285-5580ШумскаяО. В.ShumskayaO. V.

младший научный сотрудник лаборатории клеточной селекции

347740, Ростовская обл., г. Зерноград, ул. Научный городок, д. 3

junior researcher of the laboratory for cell breeding

347740, Rostov region, Zernograd, Nauchny Gorodok, 3

oksana-shumskaya@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2046-4000ВожжоваН. Н.VozhzhovaN. N.

кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник лаборатории клеточной селекции

347740, Ростовская обл., г. Зерноград, ул. Научный городок, д. 3

Candidate of Agricultural Sciences, senior researcher of the laboratory for cell breeding

347740, Rostov region, Zernograd, Nauchny Gorodok, 3

nvozhzh@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-1477-3285ЖогалеваО. С.ZhogalevaO. S.

младший научный сотрудник лаборатории клеточной селекции

347740, Ростовская обл., г. Зерноград, ул. Научный городок, д. 3

junior researcher of the laboratory for cell breeding

347740, Rostov region, Zernograd, Nauchny Gorodok, 3

os.zogaleva@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1432-7616ДубинаА. Ю.DubinaA. Yu.

агроном лаборатории клеточной селекции

347740, Ростовская обл., г. Зерноград, ул. Научный городок, д. 3

agronomist of the laboratory for cell breeding

347740, Rostov region, Zernograd, Nauchny Gorodok, 3

Lina.Dybina@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4371-6848КостылевП. И.KostylevP. I.

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории селекции и семеноводства риса

347740, Ростовская обл., г. Зерноград, ул. Научный городок, д. 3

Doctor of Agricultural Sciences, professor, main researcher of the laboratory for rice breeding and seed production

347740, Rostov region, Zernograd, Nauchny Gorodok, 3

p-kostylev@mail.ruФГБНУ «Аграрный научный центр «Донской»РоссияFSBSI Agricultural Research Center «Donskoy»Russian Federation202309112023053038Copyright © Шумская О.В., Вожжова Н.Н., Жогалева О.С., Дубина А.Ю., Костылев П.И., 20232023Шумская О.В., Вожжова Н.Н., Жогалева О.С., Дубина А.Ю., Костылев П.И.Shumskaya O.V., Vozhzhova N.N., Zhogaleva O.S., Dubina A.Y., Kostylev P.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zhros.online/jour/article/view/2461

Рис является ценной культурой, используемой для питания во всем мире. Для создания современных урожайных и устойчивых к болезням сортов риса необходимо ускорение селекционного процесса при помощи методов молекулярной биологии. Целью наших исследований являлась идентификация аллелей шести генов устойчивости к пирикуляриозу (Pi-1, Pi-2, Pi-33, Pi-40, Pi-ta и Pi-b) у селекционных образцов риса при помощи методов MAS (маркер-ассоциированной селекции). Объектом исследования служили 446 селекционных образцов риса, переданных в лабораторию клеточной селекции для анализа селекционерами из лаборатории селекции и семеноводства риса ФГБНУ «АНЦ «Донской». Идентификация генов в них проводилась дифференцированно и была обусловлена родословной образцов. Для определения аллелей генов устойчивости к пирикуляриозу Pi-1, Pi-2 и Pi-33 были изучены все 446 образцов, для гена Pi-40 – 20 образцов, для гена Pi-ta – 316 шт. Для экстракции ДНК использовали набор «ДНК-Экстран-3» российского производства. ПЦР проводили с помощью специфических праймеров целевых генов. Идентификацию продуктов реакции выполняли на агарозных гелях после фотографирования в ультрафиолете. В результате проведенного исследования были выделены образцы риса, которые несут от 1 до 5 генов устойчивости к пирикуляриозу в различных сочетаниях. Идентифицировано 14 образцов, которые обладают набором из 5 генов устойчивости, таких как 2723, 2724, 2727, 2728, 2729, 2730, 2733, 2735, 2736, 5007, 5671, 5673, 5450/2 и 2450/2. Информация, полученная по результатам проведенных нами исследований, далее может быть применена селекционерами для использования ценных генотипов в качестве доноров при скрещиваниях, а также для отбора перспективного селекционного материала, устойчивого к пирикуляриозу.

Rice is a valuable crop used for food throughout the world. To develop modern, productive and disease resistant rice varieties, it is necessary to accelerate the breeding process using molecular biology methods. The purpose of the current study was to identify alleles of six blast resistance genes (Pi-1, Pi-2, Pi-33, Pi-40, Pi-ta and Pi-b) in the selected rice samples using MAS (marker-associated selection method). The objects of the study were 446 breeding rice samples sent to the laboratory of cell breeding for analysis by breeders from the laboratory for rice breeding and seed production of the FSBSI «ARC «Donskoy». Identification of genes in them was carried out differentially and was determined by the pedigree of the samples. In order to determine the alleles of the blast resistance genes Pi-1, Pi-2 and Pi-33, all 446 samples were studied, for the Pi-40 gene there were studied 20 samples, for the Pi-ta gene there were studied 316 samples. For DNA extraction, there was used a Russian-made kit ‘DNA-Extran-3’. PCR was performed using specific primers of the target genes. Identification of reaction products was performed on agarosegels after photographing in ultraviolet light. As a result of the study, there were identified the rice samples which carried from 1 to 5 blast resistance genes in various combinations. There have been identified 14 samples that possess a set of 5 resistance genes, such as 2723, 2724, 2727, 2728, 2729, 2730, 2733, 2735, 2736, 5007, 5671, 5673, 5450/2 and 2450/2. The information obtained from the results of the study could then be used by breeders to use valuable genotypes as donors in crosses, as well as to select promising breeding material resistant to blast disease.

рисидентификация геновпирикуляриозустойчивостьмолекулярные маркерыricegene identificationrice blastresistancemolecular markersReferencesДубина Е. В., Шиловский В. Н., Рубан М. Г., Оглы А. М., Пищенко Д. А., Балясный И. В., Макуха Ю. А., Максименко Е. П., Никитина И. Б. ДНК-технологии в селекции риса на устойчивость к пирикуляриозу // Рисоводство. 2018. № 3 (40). С. 6–12.Dubina E. V., Shilovskii V. N., Ruban M. G., Ogly A. M., Pishchenko D. A., Balyasnyi I. V., Makukha Yu. A., Maksimenko E. P., Nikitina I. B. DNK-tekhnologii v selektsii risa na ustoichivost' k pirikulyariozu [DNA technology in rice breeding for blast resistance] // Risovodstvo. 2018. № 3 (40). S. 6–12.Илюшко М. В., Ромашова М. Р., Фисенко П. Ф., Суницкая Т. С., Гученко С. Г., Лелявская В. Л. Идентификация гена устойчивости риса к пирикуляриозу Pi-ta2 в коллекционных образцах и дальневосточных сортах риса методом молекулярного маркирования // Вестник защиты растений. 2019. № 1(99). С. 36–39. DOI: 10.31993/2308-6459-2019-1(99)-36-39Ilyushko M. V., Romashova M. R., Fisenko P. F., Sunitskaya T. S., Guchenko S. G., Lelyavskaya V. L. Identifikatsiya gena ustoichivosti risa k pirikulyariozu Pi-ta2 v kollektsionnykh obraztsakh i dal'nevostochnykh sortakh risa metodom molekulyarnogo markirovaniya [Identification of the rice blast resistance gene Pi-ta2 in collection samples and Far Eastern rice varieties using the molecular labeling method] // Vestnik zashchity rastenii. 2019. № 1(99). S. 36–39. DOI: 10.31993/2308-6459-2019-1(99)-36-39Коротенко Т. Л., Брагина О. А., Супрун И. И., Мухина Ж. М., Епифанович Ю. В., Петрухненко А. А., Хорина Т. А. Резистентность к возбудителю пирикуляриоза и морфобиологические особенности генотипов коллекции Oryza sativa L. из разных экологогеографических групп в условиях Кубанской зоны рисосеяния // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2018. № 22(1). С. 69–78. DOI: 10.18699/VJ18.333Korotenko T. L., Bragina O. A., Suprun I. I., Mukhina Zh. M., Epifanovich Yu. V., Petrukhnenko A. A., Khorina T. A. Rezistentnost' k vozbuditelyu pirikulyarioza i morfobiologicheskie osobennosti genotipov kollektsii Oryza sativa L. iz raznykh ekologogeograficheskikh grupp v usloviyakh Kubanskoi zony risoseyaniya [Resistance to the blast pathogen and morphobiological characteristics of genotypes of the Oryza sativa L. collection from different ecological and geographical groups in the conditions of the Kuban rice growing zone] // Vavilovskii zhurnal genetiki i selektsii. 2018. № 22(1). S. 69–78. DOI: 10.18699/VJ18.333Костылев П. И., Краснова Е. И., Тесля Ю. П., Аксенов А. В., Костылева Л. М., Дубина Е. В., Мухина Ж. М. Новый, устойчивый к пирикуляриозу сорт риса Пируэт // Рисоводство. 2018. № 1 (38). С. 28–34.Kostylev P. I., Krasnova E. I., Teslya Yu. P., Aksenov A. V., Kostyleva L. M., Dubina E. V., Mukhina Zh. M. Novyi, ustoichivyi k pirikulyariozu sort risa Piruet [New blast resistant rice variety ‘Piruet’] // Risovodstvo. 2018. № 1 (38). S. 28–34.Мухина Ж. М., Мягких Ю. А., Богомаз Д., Матвеева Т. В, Токмаков С. В. Создание кодоминантного молекулярного ПЦР-маркера для идентификации гена расоспецифической устойчивости к пирикуляриозу риса Pi-ta // Рисоводство. 2008. № 7. С. 3–4.Mukhina Zh. M., Myagkikh Yu. A., Bogomaz D., Matveeva T. V, Tokmakov S. V. Sozdanie kodominantnogo molekulyarnogo PTsR-markera dlya identifikatsii gena rasospetsificheskoi ustoichivostik pirikulyariozu risa Pi-ta [Development of a codominant molecular PCR marker to identify the gene for race-specific resistance to rice blast Pi-ta] // Risovodstvo. 2008. № 7. S. 3–4.Рсалиев А. С., Пахратдинова Ж. У., Амирханова Н. Т., Ыскакова Г. Ш. Идентификация источников устойчивости риса к пирикуляриозу // Известия Национальной академии наук Республики Казахстан. 2015. Т. 5, № 311. С. 84–91.Rsaliev A. S., Pakhratdinova Zh. U., Amirkhanova N. T., Yskakova G. Sh. Identifikatsiya istochnikov ustoichivosti risa k pirikulyariozu [Identification of rice blast resistance sources] // Izvestiya Natsional'noi akademii nauk Respubliki Kazakhstan. 2015. T. 5, № 311. S. 84–91.Супрун И. И., Ильницкая Е. Т., Мухина Ж. М. Создание внутригенного ДНК-маркера гена устойчивости к пирикуляриозу риса Pi-b и его использование в практической селекции // Сельскохозяйственная биология. 2007. № 5. С. 63–66.Suprun I. I., Il'nitskaya E. T., Mukhina Zh. M. Sozdanie vnutrigennogo DNK-markera gena ustoichivosti k pirikulyariozu risa Pi-b i ego ispol'zovanie v prakticheskoi selektsii [Development of an intragenic DNA marker for the rice blast resistance gene Pi-b and its use in practical breeding] // Sel'skokhozyaistvennaya biologiya. 2007. № 5. S. 63–66.Супрун И. И., Ковалев В. С., Шиловский В. Н. Разработка мультиплексной ДНК-маркерной системы идентификации генов устойчивости риса к пирикуляриозу Pi-40 и Pi-b [Электронный ресурс] // Научный журнал КубГАУ. 2013. № 94(10). 2013. URL: http://ej.kubagro.ru/2013/10/pdf/19.pdf (дата обращения: 31.03.2023).Suprun I. I., Kovalev V. S., Shilovskii V. N. Razrabotka mul'tipleksnoi DNK-markernoi sistemy identifikatsii genov ustoichivosti risa k pirikulyariozu Pi-40 i Pi-b [Development of a multiplex DNA marker system for identifying rice blast resistance genes Pi-40 and Pi-b] [Elektronnyi resurs] // Nauchnyi zhurnal KubGAU. 2013. № 94(10). 2013. URL: http://ej.kubagro.ru/2013/10/pdf/19.pdf (data obrashcheniya: 31.03.2023).Asibi A. E., Chai Q., Coulter J. A. Rice Blast: a disease with implications for global food security // Agronomy. 2019. Vol. 9, Iss. 8. Р. 451. DOI: 10.3390/agronomy9080451Asibi A. E., Chai Q., Coulter J. A. Rice Blast: a disease with implications for global food security // Agronomy. 2019. Vol. 9, Iss. 8. R. 451. DOI: 10.3390/agronomy9080451El-Abbasi I. H., Khalil A. A., Awad H. M., Shoala T. Nano-diagnostic technique for detection of rice pathogenic fungus Pyricularia oryzae // Indian Phytopathology. 2020. Vol. 73, P. 673–682. DOI: 10.1007/s42360-020-00254-7El-Abbasi I. H., Khalil A. A., Awad H. M., Shoala T. Nano-diagnostic technique for detection of rice pathogenic fungus Pyricularia oryzae // Indian Phytopathology. 2020. Vol. 73, P. 673–682. DOI: 10.1007/s42360-020-00254-7Fuentes J. L., Correa-Victoria F. J., Escobar F., Prado G., Aricapa G., Dukue M. C., Tohme J. Identification of microsatellite markers linked to the blast resistance gene Pi-1(t) in rice. // Euphytica. 2008. Vol. 160, P. 295–304. DOI: 10.1007/s10681-007-9497-0Fuentes J. L., Correa-Victoria F. J., Escobar F., Prado G., Aricapa G., Dukue M. C., Tohme J. Identification of microsatellite markers linked to the blast resistance gene Pi-1(t) in rice. // Euphytica. 2008. Vol. 160, P. 295–304. DOI: 10.1007/s10681-007-9497-0Jiang J., Mou T., Yu H., Zhou F. Molecular breeding of thermo-sensitive genic male sterile (TGMS) lines of rice for blast resistance using Pi2 gene. // Rice. 2015. Vol. 8(1), Article number: 11. DOI: 10.1186/s12284-015-0048-3Jiang J., Mou T., Yu H., Zhou F. Molecular breeding of thermo-sensitive genic male sterile (TGMS) lines of rice for blast resistance using Pi2 gene. // Rice. 2015. Vol. 8(1), Article number: 11. DOI: 10.1186/s12284-015-0048-3Khayitov M. Y., Qalandarov B. I., Ergashev M. A., Axtamov M. A. Study of rice genotypes and their use in the process of selection // E3S Web Conferences. 2021. Vol. 244, Article number: 02001. DOI: 10.1051/e3sconf/202124402001Khayitov M. Y., Qalandarov B. I., Ergashev M. A., Axtamov M. A. Study of rice genotypes and their use in the process of selection // E3S Web Conferences. 2021. Vol. 244, Article number: 02001. DOI: 10.1051/e3sconf/202124402001Mullis K., Faloona F., Scharf S. Specific enzymatic amplification of DNA in vitro: The polymerase chain reaction // Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology. 1986. Vol. 51, Iss. 2. P. 263–273. DOI: 10.1101/sqb.1986.051.01.032Mullis K., Faloona F., Scharf S. Specific enzymatic amplification of DNA in vitro: The polymerase chain reaction // Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology. 1986. Vol. 51, Iss. 2. P. 263–273. DOI: 10.1101/sqb.1986.051.01.032Yadav A., Sharma A., Kumar A., Yadav R., Kumar R. SSR based molecular profiling of elite cultivars of basmati rice (Oryza sativa L.) // Research Journal of Biotechnology. 2021. Vol. 16, № 12. P. 55–63. DOI: 10.25303/1612rjbt5563Yadav A., Sharma A., Kumar A., Yadav R., Kumar R. SSR based molecular profiling of elite cultivars of basmati rice (Oryza sativa L.) // Research Journal of Biotechnology. 2021. Vol. 16, № 12. P. 55–63. DOI: 10.25303/1612rjbt5563Yulensri Y., Noveri A. Efektifitas formulasi cair konsorsium bakteri sebagai pengendali hama dan penyakit pada padi sawah organik // Jurnal Ilmiah Inovasi. 2020. Vol. 20, Iss. 3. P. 35–40. DOI: 10.25047/jii.V20i3.2366Yulensri Y., Noveri A. Efektifitas formulasi cair konsorsium bakteri sebagai pengendali hama dan penyakit pada padi sawah organik // Jurnal Ilmiah Inovasi. 2020. Vol. 20, Iss. 3. P. 35–40. DOI: 10.25047/jii.V20i3.2366Sahu P. K., Sao R., Choudhary D. K., Thada A., Kumar V., Mondal S., Das B. K., Jankuloski L., Sharma D. Advancement in the Breeding, Biotechnological and Genomic Tools towards Development of Durable Genetic Resistance against the Rice Blast Disease // Plants. 2022. Vol. 11, Iss.18. Article number: 2386. DOI: 10.3390/plants11182386Sahu P. K., Sao R., Choudhary D. K., Thada A., Kumar V., Mondal S., Das B. K., Jankuloski L., Sharma D. Advancement in the Breeding, Biotechnological and Genomic Tools towards Development of Durable Genetic Resistance against the Rice Blast Disease // Plants. 2022. Vol. 11, Iss.18. Article number: 2386. DOI: 10.3390/plants11182386Sharma R. C., Shrestha S. M., Pandey M. P. Inheritance of Blast Resistance and Associated Microsatellite Markers in Rice Cultivar ‘Laxmi’ // Journal of Phytopathology. 2007. Vol. 155, Iss. 11–12. P. 749–753. DOI: 10.1111/j.1439-0434.2007.01298.xSharma R. C., Shrestha S. M., Pandey M. P. Inheritance of Blast Resistance and Associated Microsatellite Markers in Rice Cultivar ‘Laxmi’ // Journal of Phytopathology. 2007. Vol. 155, Iss. 11–12. P. 749–753. DOI:10.1111/j.1439-0434.2007.01298.x

The authors declare that there are no conflicts of interest present.