zhrosЗерновое хозяйство РоссииGrain Economy of Russia2079-87252079-8733Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Аграрный научный центр "Донской»10.31367/2079-8725-2025-96-1-54-60zhros-2971Research ArticleСЕЛЕКЦИЯ И СЕМЕНОВОДСТВО СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙPLANT BREEDING AND SEED PRODUCTION OF AGRICULTURAL CROPSПрименение молекулярно-генетических методов в селекции риса на холодоустойчивостьApplication of molecular genetic methods in rice breeding for cold resistancehttps://orcid.org/0000-0002-8010-0137ДубинаЕ. В.DubinaE. V.

доктор биологических наук, профессор РАН, профессор кафедры генетики,  селекции и семеноводства

350921, г. Краснодар, пос. Белозёрный, 3

350044, г. Краснодар, ул. им. Калинина, д. 13

 

Doctor of Biological Sciences, professor of RAS, professor of the department of genetics, breeding and seed production

350921, Krasnodar Krai, Krasnodar, v. of Belozerny, 3

350044, Krasnodar, Kalinin Str., 13

lenakrug1@rambler.ruОлимоваЗ. К. КизиOlimovaZ. K. Kizi

магистр 2-го курса агрономического факультета 

350044, г. Краснодар, ул. им. Калинина, д. 13

350044, Krasnodar, Kalinin Str., 13

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный центр риса»; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кубанский государственный аграрный университет» им. И.Т. ТрубилинаРоссияFSBSI “Federal Research Center of rice”; Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin”Russian FederationФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кубанский государственный аграрный университет» им. И.Т. ТрубилинаРоссияFederal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin”Russian Federation2025030320251715460Copyright © Дубина Е.В., Олимова З.К., 20252025Дубина Е.В., Олимова З.К.Dubina E.V., Olimova Z.K.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/2971

Низкие положительные температуры оказывают отрицательное влияние на все процессы, протекающие во всех стадиях развития растений риса. Особенно это сказывается в период прорастания семян и получения всходов, в результате чего снижается энергия и сила роста семян. Создание генотипов путем введения генов, обеспечивающих способность преодолевать этот эффект, – главная задача селекционеров. Применение в данном направлении специфичных маркерных систем, позволяющих четко дифференцировать селекционные образцы на наличие/отсутствие целевых генов, в настоящее время является весьма актуальным. В связи с этим нами поставлена цель исследований – подобрать эффективную маркерную систему и разработать к ней оптимальный протокол (параметры) ПЦР-диагностирования, при котором можно было бы точно детектировать не только наличие целевых генов в анализируемых селекционных образцах, но и их аллельное состояние. Для идентификации количественных локусов (QTLs) в данном исследовании апробировано 3 маркерные системы, из которых высокую эффективность в выявлении полиморфизма между донорами показала одна – RM 1377. С ее использованием продиагностирована ПЦР-анализом сегрегирующая F2-популяция и проведена в лабораторных условиях оценка по фенотипу. Статистический анализ позволил установить, что данный маркер сонаследуем. На его основе проскринирован экспериментальный предселекционный материал риса лаборатории физиологии ФНЦ риса. Выделены образцы, имеющие донорные аллели целевых генов, которые в дальнейшем будут переданы в селекционный процесс для изучения по комплексу морфометрических характеристик и хозяйственно ценных признаков. Внедрение и использование данных SSR-маркеров в селекционный процесс ускорит создание элитных генотипов риса с повышенной холодостойкостью в период прорастания семян и образования всходов. Посев таких семян можно будет проводить в более ранние сроки. Это даст возможность получать оптимальные по густоте всходы и позволит значительно реализовывать их потенциальную продуктивность.

Low positive temperatures have a negative impact on all processes occurring at all stages of rice development. This is especially true during the period of seed germination and sprouting, resulting in reduced seed energy and growth strength. The development of genotypes by introducing genes that provide the ability to overcome this effect is a crucial task for breeders. The application of specific marker systems, which allow differentiating breeding samples for the presence/absence of target genes, is currently of great relevance. In this regard, the main purpose of the current study was to select an effective marker system and develop an optimal protocol (parameters) for PCR analysis, which would allow accurately detecting not only the presence of target genes in the analyzed breeding samples, but also their allelic state. In order to identify quantitative loci (QTLs) there were tested three marker systems, among which the only marker system ‘RM 1377’ showed high efficiency in identifying polymorphism between donors. Using it, a segregating F2 population was diagnosed by PCR analysis and a phenotype estimation was carried out in laboratory. Statistical analysis allowed establishing that this marker was co-inherited. On its basis, there was screened experimental pre-breeding material of rice from the laboratory of physiology of the FRC of Rice. There have been identified samples with donor alleles of target genes, which will be further introduced into the breeding process to study them according to a set of morphometric characteristics and economically valuable traits. The introduction and application of these SSR markers in the breeding process will improve the development of basic rice genotypes with better cold resistance during the period of seed germination and sprouting. Sowing of such seeds can be carried out at an earlier time. This will make it possible to obtain sprouts with optimal density and will significantly improve their potential productivity.

холодостойкостьгеныQTLПЦР-анализриссортcold resistancegenesQTLPCR analysisricevarietyАвторы выражают благодарность заведующему лабораторией физиологии ФНЦ риса М.А. Скаженнику за методическую и консультативную помощь в проведении лабораторного опыта по оценке экспериментальных образцов риса на устойчивость к низким положительным температурам в период прорастания семян и получения всходов.ReferencesДубина Е. Β. ДНК-технологии (молекулярное маркирование) в селекции риса и семеноводстве овощных культур: дис. … д-ра биοл. наук. 2019. 275 с.Dubina E. Β. DNK-tekhnologii (molekulyarnoe markirovanie) v selektsii risa i semenovodstve ovoshchnykh kul'tur [DNA technologies (molecular marking) in rice breeding and seed production of vegetable crops]: dis. … d-ra biοl. nauk. 2019. 275 s.Костылев П. И., Парфенюк А. А., Степовой В. И. Северный рис (генетика, селекция, технология). Ростов н/Д.: ЗАО «Книга», 2004. 576 с.Kostylev P. I., Parfenyuk A. A., Stepovoi V. I. Severnyi ris (genetika, selektsiya, tekhnologiya) [Northern rice (genetics, breeding, technology)]. Rostov n/D.: ZAO «Kniga», 2004. 576 s.Система рисоводства Российской Федерации / под общ. ред. С. В. Гаркуши. Краснодар: ФГБНУ «ФНЦ риса», Просвещение Юг, 2022. 368 с.Sistema risovodstva Rossiiskoi Federatsii [Rice growing system of the Russian Federation] / pod obshch. red. S. V. Garkushi. Krasnodar: FGBNU «FNTs risa», Prosveshchenie Yug, 2022. 368 s.Скаженник М. А., Дзюба В. А., Ковалев В. С., Гаркуша С. В., Дубина Е. В., Чухирь И. Н., Савенко Е. Г., Макуха Ю. А., Пшеницына Т. С. Создание и улучшение исходного материала риса, устойчивого к низким положительным температурам // Рисоводство. 2019. № 4(45). С. 38–46.Skazhennik M. A., Dzyuba V. A., Kovalev V. S., Garkusha S. V., Dubina E. V., Chukhir' I. N., Savenko E. G., Makukha Yu. A., Pshenitsyna T. S. Sozdanie i uluchshenie iskhodnogo materiala risa, ustoichivogo k nizkim polozhitel'nym temperaturam [Development and improvement of the initial material of rice resistant to low positive temperatures] // Risovodstvo. 2019. № 4(45). S. 38–46.Нгуен М. Л., Монахос Г. Ф., Комахин Р. А., Монахос С. Г. Новый локус устойчивости к киле в хромосоме А05 капусты пекинской (Brassica rapa L.) // Генетика. 2018. Т. 54, № 3. С. 306–315.Nguen M. L., Monakhos G. F., Komakhin R. A., Monakhos S. G. Novyi lokus ustoichivosti k kile v khromosome A05 kapusty pekinskoi (Brassica rapa L.) [New clubroot resistance locus in chromosome A05 of Chinese cabbage (Brassica rapa L.)] // Genetika. 2018. T. 54, № 3. S. 306–315.Костылев П. И., Дубина Е. В., Гаркуша С. В. Генетика качественных и количественных признаков риса. Зерноград – Краснодар: АНЦ «Донской», ФНЦ риса, 2025. 336 с.Kostylev P. I., Dubina E. V., Garkusha S. V. Genetika kachestvennykh i kolichestvennykh priznakov risa [Genetics of qualitative and quantitative traits of rice] // Zernograd – Krasnodar: ANTs «Donskoi», FNTs risa, 2025. 336 s.Guo Z., Wang H., Yao J., Cheng Y., Zhang W., Xu Z., ... & Zhao M. Quantitative trait loci mapping analysis for cold tolerance under cold stress and brassinosteroid-combined cold treatment at germination and bud burst stages in rice // Frontiers in Plant Science. 2022. Vol. 13, Article number: 938339. DOI: 10.3389/fpls.2022.938339Guo Z., Wang H., Yao J., Cheng Y., Zhang W., Xu Z., ... & Zhao M. Quantitative trait loci mapping analysis for cold tolerance under cold stress and brassinosteroid-combined cold treatment at germination and bud burst stages in rice // Frontiers in Plant Science. 2022. Vol. 13, Article number: 938339. DOI: 10.3389/fpls.2022.938339Li C., Liu J., Bian J., Jin T., Zou B., Liu S., ... & Bian J. Identifcation of cold tolerance QTLs at the bud burst stage in 211 rice landraces by GWAS // BMC Plant Biology. 2021. Vol. 21(542), P. 1–11. DOI.10.1186/s12870-021-03317-7Li C., Liu J., Bian J., Jin T., Zou B., Liu S., ... & Bian J. Identifcation of cold tolerance QTLs at the bud burst stage in 211 rice landraces by GWAS // BMC Plant Biology. 2021. Vol. 21(542). P. 1–11. DOI.10.1186/s12870-021-03317-7Zhang L., Wang F., Liu C., Ma X., Cui D., Han B., Han L. Linkage Mapping and Identification of Candidate Genes for Cold Tolerance in Rice (Oryza Sativa L.) at the Bud Bursting Stage // Rice. 2025. Vol. 1, P. 1–9. DOI: 10.1186/s12284-024-00754-Zhang L., Wang F., Liu C., Ma X., Cui D., Han B., Han L. Linkage Mapping and Identification of Candidate Genes for Cold Tolerance in Rice (Oryza Sativa L.) at the Bud Bursting Stage // Rice. 2025. Vol. 1. P. 1–9. DOI: 10.1186/s12284-024-00754-Saito K., Hayano-Saito Y., Kuroki M., Sato Y. Map-based cloning of the rice cold tolerance gene Ctb1 // Plant Science. 2010. Vol. 179, P. 97–102. DOI: 10.1016/j.plantsci.2010.04.00Saito K., Hayano-Saito Y., Kuroki M., Sato Y. Map-based cloning of the rice cold tolerance gene Ctb1 // Plant Science. 2010. Vol. 179. P. 97–102. DOI: 10.1016/j.plantsci.2010.04.00Wang H., Lee A. R., Park S. Y., Jin S. H., Lee J., Ham T. H., …& Kwon S. W. Genome-wide association study reveals candidate genes related to low temperature tolerance in rice (Oryza sativa) during germination // Biotech. Vol. 8(5), P. 235. DOI: 10.1007/s13205-018-1252-9Wang H., Lee A. R., Park S. Y., Jin S. H., Lee J., Ham T. H., ... & Kwon S. W. Genome-wide association study reveals candidate genes related to low temperature tolerance in rice (Oryza sativa) during germination // Biotech. Vol. 8(5), P. 235. DOI: 10.1007/s13205-018-1252-9

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