zhrosЗерновое хозяйство РоссииGrain Economy of Russia2079-87252079-8733Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Аграрный научный центр "Донской»zhros-356Research ArticleРАСТЕНИЕВОДСТВО И СЕЛЕКЦИЯPLANT-GROWING AND PLANT-BREEDINGSSR МАРКЕРЫ УСТОЙЧИВОСТИ РИСА К ПОЛНОМУ ЗАТОПЛЕНИЮSSR-MARKERS OF RICE RESISTANCE TO THE TOTAL FLOODINGАзаринК. В.AzarinA. V.

Кандидат биологических наук 

344090, г. Ростов-на-Дону, просп. Стачки 194/1

Candidate of Biological Science 

344090, Rostov-on-Don, Stachki Av. 194/1

azkir@rambler.ruУсатовА. В.UsatovA. V.

Доктор биологических наук, профессор 

344090, г. Ростов-на-Дону, просп. Стачки 194/1

Doctor of Biological Science, professor 

344090, Rostov-on-Don, Stachki Av. 194/1

КостылевП. И.KostylevP. I.

Доктор сельскохозяйственных наук, профессор 

347740, г. Зерноград, Научный городок, 3

Doctor of Agricultural Science, professor 

347740, Zernograd, Nauchny Gorodok, 3

p-kostylev@mail.ruМакаренкоМ. С.MakarenkoM. S.

Аспирант 

344090, г. Ростов-на-Дону, просп. Стачки 194/1

Post-graduate student 

Akademy of Biology and biotechnology, Southern Federal University

КовалевичА. А.KovalevichA. A.

Студент 

344090, г. Ростов-на-Дону, просп. Стачки 194/1

Student 

Akademy of Biology and biotechnology, Southern Federal University

Академия биологии и биотехнологии, Южный федеральный университетРоссияAkademy of Biology and biotechnology, Southern Federal UniversityRussian FederationФБГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт зерновых культур им. И.Г. КалиненкоРоссия2FSBSI All-Russian research Institute of Grain Crops after I.G. KalinenkoRussian Federation201603062018042125Copyright © Азарин К.В., Усатов А.В., Костылев П.И., Макаренко М.С., Ковалевич А.А., 20182018Азарин К.В., Усатов А.В., Костылев П.И., Макаренко М.С., Ковалевич А.А.Azarin A.V., Usatov A.V., Kostylev P.I., Makarenko M.S., Kovalevich A.A.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/356

Настоящая работа посвящена исследованию информативности SSR-маркеров, ассоциированных с локусом устойчивостью к затоплению Sub1A, с целью интрогрессии данного локуса в генотипы высокопродуктивных сортов отечественной селекции. В результате SSR-анализа образцов риса по 7 микросателлитным маркерам (RM 219, RM 316, RM 444, RM 464, RM 7481, RM 8303, RM 23877) было показано, что только RM 7481 дает специфические хорошо воспроизводимые спектры и является информативным для идентификации локуса Sub1A. Для оценки взаимосвязи наследования маркера RM 7481 и признака устойчивости к затоплению провели гибридизацию между линиями-донорами локуса устойчивости BR-11, Inbara-3, CR-1009, TDK-1 и скороспелым российским сортом Новатор. По результатам ДНК-анализа гибридов F2 выявлены образцы, несущие различные аллельные варианты локуса Sub1A, часть из них была представлена гомозиготами. Оценка устойчивости к водному стрессу исследуемых гибридов риса и их родительских форм через 21 дней после прорастания показала, что повышенный уровень воды достоверно снижал этот показатель у сорта Новатор и гибридов, не унаследовавших локус устойчивости по данным молекулярно-генетического анализа. Наиболее устойчивыми формами по показателю выживаемости были линии-доноры устойчивости и гибридные растения, несущие локус Sub1A в гомозиготном и гетерозиготном состоянии. Таким образом, в результате исследования SSR-маркеров, сцепленных с локусом устойчивости Sub1A, была показана высокая информативность кодоминантного маркера RM 7481 для маркер-ассоциированной селекции устойчивых к глубоководному затоплению форм риса.

The present work deals with the study of the SSR-markers informativeness, associated with the locus of resistance to flooding Sub1A, to introduce this locus into the genotypes of highly productive varieties of domestic breeding. The SSR-analysis of the rice samples according to 7 micro satellite markers (RM 219, RM 316, RM 444, RM 464, RM 7481, RM 8303, RM 23877) showed that the marker RM 7481 gave the special and well-produced ranges, and was informative for the identification of the locus Sub1A. The hybridization among the donors of the locus of resistance to flooding BR-11, Inbara-3, CR-1009, TDK-1 and the early maturing Russian variety ‘Novator’ has been carried out to estimate the relationship of the inheritance of RM 7481 marker and the trait of resistance to flooding. The DNA-analysis of the hybrid F2 revealed the samples with the different allele variants of the locus Sub1A, the part of them has been found homozygous. The assessment of the resistance to water stress of rice hybrids and their parental forms in 21-day germination and the data of the molecule-genetic analysis showed that the increased water level significantly reduced this index of the variety ‘Navator’ and of the hybrids which did not inherit the locus of resistance. The lines-donors of the resistance and hybrid plants, which possess the locus Sub1A in homozygous and heterozygous states turned to be the most resistant forms according to the survival index. Thus, the study of SSR-markers connected with the locus of resistance Sub1A showed the high informativeness of co-dominant marker RM 7481 for the marker-associated breeding of the rice forms resistant to total flooding.

устойчивостьзатоплениеДНК-маркерыSSR- анализлокус Sub1AрисresistancefloodingDNA-markersSSR-analysislocus Sub1AriceReferencesKawano, N. Morphological and physiological responses of rice seedlings to complete submergence (flash flooding) / N. Kawano, O. Ito and J.-I. Sakagami // Annals of Botany, 2009. – V. 103. – P. 161-169.Kawano, N. Morphological and physiological responses of rice seedlings to complete submergence (flash flooding) / N. Kawano, O. Ito and J.-I. Sakagami // Annals of Botany, 2009. – V. 103. – P. 161-169.Fukao, T. The submergence tolerance regulator sub1a mediates crosstalk between submergence and drought tolerance in rice / T. Fukao, El. Yeung, and J. Bailey-Serres // The Plant Cell, 2011. – V. 23. – P. 412-427.Fukao, T. The submergence tolerance regulator sub1a mediates crosstalk between submergence and drought tolerance in rice / T. Fukao, El. Yeung, and J. Bailey-Serres // The Plant Cell, 2011. – V. 23. – P. 412-427.Jung, K.-H. The submergence tolerance regulator sub1a mediates stress-responsive expression of ap2/erf transcription factors / K.-H. Jung, Y.-S. Seo, H.Walia, P. Cao, T. Fukao, P. E. Canlas, F. Amonpant, J. Bailey-Serres, and P. C. Ronald // Plant Physiology, 2010. – V. 152. – P. 1674-1692.Jung, K.-H. The submergence tolerance regulator sub1a mediates stress-responsive expression of ap2/erf transcription factors / K.-H. Jung, Y.-S. Seo, H. Walia, P. Cao, T. Fukao, P. E. Canlas, F. Amonpant, J. Bailey-Serres, and P. C. Ronald // Plant Physiology, 2010. – V. 152. – P. 1674-1692.Niroula, R. K. SUB1A-dependent and -independent mechanisms are involved in the flooding tolerance of wild rice species / R. K. Niroula, C. Pucciariello, V. T. Ho, G. Novi, T. Fukao and P. Perata,// The Plant Journal, 2012. – V. 72. – P. 282-293.Niroula, R. K. SUB1A-dependent and -independent mechanisms are involved in the flooding tolerance of wild rice species / R. K. Niroula, C. Pucciariello, V. T. Ho, G. Novi, T. Fukao and P. Perata,// The Plant Journal, 2012. – V. 72. – P. 282-293.Mickelbart, M. V. Genetic mechanisms of abiotic stress tolerance that translate to crop yield stability / M. V. Mickelbart, P. M. Hasegawa and J. Bailey-Serres // Nature Reviews Genetics, 2015. – P. 1-15.Mickelbart, M. V. Genetic mechanisms of abiotic stress tolerance that translate to crop yield stability / M. V. Mickelbart, P. M. Hasegawa and J. Bailey-Serres // Nature Reviews Genetics,2015. – P. 1-15.Fukao, T. Submergence tolerance conferred by Sub1A is mediated by SLR1 and SLRL1 restriction of gibberellin responses in rice / T. Fukao and J. Bailey-Serres // PNAS, 2008. – V. 105 (43). – P. 16814-16819.Fukao, T. Submergence tolerance conferred by Sub1A is mediated by SLR1 and SLRL1 restriction of gibberellin responses in rice / T. Fukao and J. Bailey-Serres // PNAS,2008. – V. 105 (43). – P. 16814-16819.Septiningsih, E. M. Development of submergence-tolerant rice cultivars: the Sub1 locus and beyond / E. M. Septiningsih, A. M. Pamplona, D. L. Sanchez, C. N. Neeraja, G. V. Vergara, S. Heuer, A. M. Ismail and D. J. Mackill // Annals of Botany, 2009. – V. 103. – P. 151-160.Septiningsih, E. M. Development of submergence-tolerant rice cultivars: the Sub1 locus and beyond / E. M. Septiningsih, A. M. Pamplona, D. L. Sanchez, C. N. Neeraja, G. V. Vergara, S. Heuer, A. M. Ismail and D. J. Mackill // Annals of Botany, 2009. – V. 103. – P. 151-160.Linh, T.-H. Improving submergence tolerance of vietnamese rice cultivar by molecular breeding / T.-H. Linh, L.-H. Linh, D.-T. K. Cuc, L.-H. Ham and T.-D. Khanh // J. Plant Breed. Genet., 2013. – V. 01 (03). – P. 157-168.Linh, T.-H. Improving submergence tolerance of vietnamese rice cultivar by molecular breeding / T.-H. Linh, L.-H. Linh, D.-T. K. Cuc, L.-H. Ham and T.-D. Khanh // J. Plant Breed. Genet. 2013. – V. 01 (03). – P. 157-168.Костылев П.И. Перспективы использования устойчивого к длительному затоплению риса с геном Sub1 в селекции российских сортов / П.И. Костылев, А.А. Редькин, Е.В. Краснова, А.В. Усатов, М.С. Макаренко // Зерновое хозяйство России, 2015. – 4 (40). – С.37- 42.Kostylev P.I. Prospects of use of rice with the gene Sub1 tolerant to the long-term flooding in the breeding of domestic crop varieties / P.I. Kostylev, A.A. Redkin, E.V. Usatov, M.S. Makarenko // Grain Economy of Russia, 2015. – 4 (40). – PP.37-42.Xu, K. Sub1A is an ethylene response factor-like gene that confers submergence tolerance to rice / K. Xu, X. Xia, T. Fukao, P. Canlas, R. Maghirang-Rodriguez, S. Heuer, A.I. Ismail, J. Bailey- Serres, P.C. Ronald, D.J. Mackill // Nature, 2006. – V. 442. – P. 705-708.Xu, K. Sub1A is an ethylene response factor-like gene that confers submergence tolerance to rice / K. Xu, X. Xia, T. Fukao, P. Canlas, R. Maghirang-Rodriguez, S. Heuer, A.I. Ismail, J. Bailey- Serres, P.C. Ronald, D.J. Mackill // Nature, 2006. – V. 442. – P. 705-708.Fukao, T. Evolutionary analysis of the Sub1 gene cluster that confers submergence tolerance to domesticated rice / T. Fukao, T. Harris and J. Bailey-Serres // Annals of Botany, 2009. – V. 103. – P. 143-150.Fukao, T. Evolutionary analysis of the Sub1 gene cluster that confers submergence tolerance to domesticated rice / T. Fukao, T. Harris and J. Bailey-Serres // Annals of Botany, 2009. – V. 103. – P. 143-150.Boom, R. Rapid and simple method for purification of nucleic acids / R. Boom, C.J.A. Sol, M.M.M. Salimans, C.L. Jansen, P.M.E. Wertheim-Van Dillen, J. Van Der Noordaa // J. Clin. Microb., 1990. – V. 28. – №3. – P. 495-503.Boom, R. Rapid and simple method for purification of nucleic acids / R. Boom, C.J.A. Sol, M.M.M. Salimans, C.L. Jansen, P.M.E. Wertheim-Van Dillen, J. Van Der Noordaa // J. Clin. Microb., 1990. – V. 28. – №3.– P. 495-503.Маркин, Н. В. Исследование полиморфизма хлоропластной ДНК подсолнечника (Helianthus L.) / Н. В. Маркин, А. В. Усатов, М. Д. Логачева, К. В. Азарин, О. Ф. Горбаченко и др. // Генетика. – 2015. – T. 51, № 8. – C. 873-880.Markin N.V. The research of polymorphology of chloroplast DNA of sunflower (HelianthusL.)/ N.V. Markin, A.V. Usatov, М. D. Logacheva, K.V. Azarin, O.F. Gorbachenkoandothers // Genetics, 2015. –V. 51, № 8. –PP. 873-880.Usatov, A.V. DNA-markers of sunflower resistance to the downy mildew (Plasmopara halstedii) / Usatov, A.V., A.I. Klimenko, K.V. Azarin, O.F. Gorbachenko and N.V. Markin et al. // Am. J. Biochem. Biotech., 2014. – V.10. – P. 125-129.Usatov, A.V. DNA-markers of sunflower resistance to the downy mildew (Plasmopara halstedii) / A.V. Usatov, A.I. Klimenko, K.V. Azarin, O.F. Gorbachenko and N.V. Markin et al. // Am. J. Biochem. Biotech., 2014. – V.10. – P. 125-129.Azarin, K. V. Effects of salt stress on ion balance at vegetative stage in rice (Oryza sativa L.) / K.V. Azarin, A.V. Alabushev, A.V. Usatov, P.I. Kostylev, N.S. Kolokolova and O.A. Usatova // OnLine Journal of Biological Sciences, 2016. – V.16 (1). – P. 76-81.Azarin,K. V.Effects of salt stress on ion balance at vegetative stage in rice (Oryza sativa L.) / K.V. Azarin, A.V. Alabushev, A.V. Usatov, P.I. Kostylev, N.S. Kolokolova and O.A.Usatova // Online Journal of Biological Sciences, 2016. – V.16 (1). – P. 76-81.

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