Оценка суходольных образцов риса на присутствие гена засухоустойчивости qDTY1.1 с помощью ДНК-маркера

Засуха является основным стресс-фактором при выращивании растений. Воздействие засухи на растения риса проявляется от уменьшения накопления сухого вещества до плохого распределения метаболитов из стеблей и листьев в зерно, что приводит к уменьшению количества выполненных зерен в метелке, уменьшению массы зерновки и в конечном счете урожайности. Сортовое разнообразие риса включает в себя различные гены устойчивости к засухе. Цель исследований – оценка суходольных образцов и сортов риса по устойчивости к засухе в полевых условиях и наличию гена qDTY1.1 с использованием ДНК-маркера RM431. С помощью ПЦР-анализа было оценено 66 линий, гибридов и сортов риса, выращенных на периодически увлажняемом и постоянно залитом водой полях. В результате маркерного анализа было установлено наличие гена устойчивости к засухе qDTY1.1 у 22 сортов и образцов риса: Ан-Юн-Хо, Волгоградский, Сталинградский, Волгоградский х Атлант, Чан-Чунь-Ман и др. Наибольшее значение индекса засухоустойчивости (ИЗУ) оказалось у носителей аллеля qDTY1.1: маньчжурских суходольных сортов Ан-Юн-Хо (79,4 %), Чан-Чунь-Ман (88,5 %) и других образцов, полученных ранее от скрещивания сорта Чан-Чунь-Ман с урожайными сортами донской селекции: Раздольный, Боярин, Командор, Южанин, Кубояр. Выделившиеся образцы, несущие ген qDTY1.1, превышали остальные формы в среднем по урожайности в условиях засухи на 0,20 т/га, на контроле – 0,21 т/га, а по ИЗУ – на 3,9 %. В долгосрочной перспективе повышения засухоустойчивости риса необходимо выявлять и использовать другие QTL с большими и постоянными эффектами и ключевыми регуляторами реакции растений на стресс.

1. Dar M. H., Waza S. A., Shukla S., Zaidi N. W., Nayak S., Hossain M., Kumar A., Ismail A. B., Singh U. S. Drought tolerant rice for ensuring food security in eastern India // Sustainability. 2020. Vol. 12(6), 17 p. DOI: 10.3390/su12062214

2. Dhawan G., Kumar A., Dwivedi P., Gopala Krishnan S., Pal M., Vinod K. K., Nagarajan M., Bhowmick P. K., Bollinedi H., Ellur R. K., Ravikiran K. T., Kumar P., Singh A. K. Introgression of qDTY1.1 governing reproductive stage drought tolerance into an elite Basmati rice variety “Pusa Basmati 1” through marker assisted backcross breeding // Agronomy. 2021. Vol. 11(2), Article number: 202. DOI: 10.3390/agronomy11020202

3. Dixit S., Singh A., Sandhu N., Bhandari A., Vikram P., Kumar A. Combining drought and submergence tolerance in rice: Marker-assisted breeding and QTL combination effects // Molecular Breeding. 2017. Vol. 37(12), Article number: 143. DOI: 10.1007/s11032-017-0737-2

4. Dwivedi P., Ramawat N., Dhawan G., Gopala Krishnan S., Vinod K. K., Singh M. P., Nagarajan M., Bhowmick P. K., Mandal N. P., Perraju P. Drought tolerant near isogenic lines (NILs) of Pusa 44 developed through marker assisted introgression of qDTY2.1 and qDTY3.1 enhances yield under reproductive stage drought stress // Agriculture. 2021. Vol. 11(1), Article number: 64. DOI: 10.3390/agriculture11010064

5. Kumar A., Dixit S., Ram T., Yadaw R. B., Mishra K. K., Mandal N. P. Breeding high-yielding droughttolerant rice: Genetic variations and conventional and molecular approaches // Journal of Experimental Botany. 2014. Vol. 65(21), P. 6265–6278. DOI: 10.1093/jxb/eru363

6. Kumar A., Basu S., Ramegowda V., Pereira A. Mechanisms of drought tolerance in rice // In book: Achieving Sustainable Cultivation of Rice. 2017. Vol. 1, P. 131–164. DOI: 10.19103/AS.2106.0003.08

7. Kumar A., Sandhu N., Dixit S., Yadav S., Swamy B. P. M., Shamsudin N. A. A. Marker-assisted selection strategy to pyramid two or more QTLs for quantitative trait-grain yield under drought // Rice. 2018. Vol. 11(1), Article number: 35. DOI: 10.1186/s12284-018-0227-0

8. Muthu V., Abbai R., Nallathambi J., Rahman H., Ramasamy S., Kambale R. Pyramiding QTLs controlling tolerance against drought, salinity, and submergence in rice through marker assisted breeding // PLoS ONE. 2020. Vol. 15, Article number: 59. DOI: 10.1371/journal.pone.0227421

9. Oo K. S., Krishnan S. G., Vinod K. K., Dhawan G., Dwivedi P., Kumar P., Bhowmick P. K., Pal M., Chinnuswamy V., Nagarajan M., Bollineni H., Kumar E. R., Kumar A. S. Molecular breeding for improving productivity of Oryza sativa L. cv. Pusa 44 under reproductive stage drought stress through introgression of a major QTL, qDTY12.1 // Genes. 2021. Vol. 12(7), Article number: 967. DOI: 10.3390/genes12070967

10. Panda D., Mishra S. S., Behera P. K. Drought Tolerance in Rice: Focus on Recent Mechanisms and Approaches // Rice Science. 2021. Vol. 28(2), P. 119–132. DOI: 10.1016/j.rsci.2021.01.002

11. Sandhu N., Dixit S., Swamy B. P. M., Raman A., Kumar S., Singh S. P., Yadaw R. B., Singh O. N., Reddy J. N., Anandan A., Yadav Sh., Venkataeshwarllu Ch., Henry A., Verulkar S., Mandal N. P., Ram T., Badri J., Vikram P., Kumar A. Marker assisted breeding to develop multiple stress tolerant varieties for flood and drought prone areas // Rice. 2019. Vol. 12(1), Article number: 8. DOI: 10.1186/s12284-019-0269-y

12. Venuprasad R., Lafitte H. R., Atlin G. N. Response to direct selection for grain yield under drought stress in rice // Crop Science. 2007. Vol. 47(1), P. 285–293. DOI: 10.2135/cropsci2006.03.0181

13. Vikram P., Swamy B. P. M., Dixit S., Ahmed H. U., Cruz M. T., Singh A. K., Kumar A. qDTY1.1, a major QTL for rice grain yield under reproductive-stage drought stress with a consistent effect in multiple elite genetic backgrounds // BMC Genet. 2011. Vol. 12(1), Article number: 89. DOI: 10.1186/1471-2156-12-89

14. Vinod K. K., Gopala Krishnan S., Thribhuvan R., Singh A. K. Genetics of drought tolerance, candidate genes and their utilization in rice improvement // In book: Genomics assisted breeding of crops for abiotic stress tolerance. Switzerland. 2019. Vol. II, P. 145–186. DOI: 10.1007/978-3-319-99573-1_9