Наследование содержания белка в зерне риса (обзор)

Рисовая крупа является важным пищевым продуктом во всем мире, особенно в Азии. Используется обычно шлифованный рис, но гораздо полезнее для здоровья нешлифованный рис без цветковых чешуй. В перикарпе зерновки риса содержатся протеины, которые повышают иммунитет и защищают организм от сердечно-сосудистых и раковых заболеваний, что повысило актуальность этого вопроса. В данной статье представлен обзор исследований по наследованию локусов количественных признаков, контролирующих содержание белка в зерне риса. Исследования проводили в Индии, Китае, Корее и Японии с использованием дигаплоидных и рекомбинантных инбредных линий из гибридов от скрещивания между сортами риса, различающимися по содержанию протеинов. С помощью ДНК-маркеров были обнаружены QTL, контролирующие содержание белка на хромосомах риса. В исследованиях ученых из Азии было обнаружено от 2 до 22 QTL, которые были нанесены на карты хромосом. В результате геномного анализа были выявлены QTL, которые контролировали синтез различных фракций белка, таких как альбумин, проламин, глобулин и глютенин. В исследованиях Tan и др. (2001) было обнаружено, что на содержание белка влияют два QTL на хромосомах 6 и 7. В работе Hu и др. (2004) найдено пять основных QTL содержания белка, расположенных на хромосомах 1, 4, 5, 6 и 7. Yu и др. (2009) установили пять QTL на хромосомах 3, 5, 6 и 10. В исследованиях Zhang и др. (2008) было идентифицировано и картировано 16 QTL для четырех фракций белка на восьми хромосомах. В работе Zheng и др. (2011) было идентифицировано 10 безусловных QTL, значительно влияющих на содержание белка, на девяти хромосомах. Yun и др. (2014) установили, что высокое содержание протеинов определяют три QTL на хромосомах 8, 9 и 10. В работе Zhao и др. (2022) в общей сложности были обнаружены 22 QTL, влияющих на содержание белка, во всех хромосомах, кроме первой. Эти QTL можно с помощью маркерной селекции использовать для пирамидирования благоприятных аллелей в одном генотипе при создании сортов с улучшенным качеством крупы риса.

1. Coffman W. R., Juliano B. O. Rice. In: Olson RA (ed) Nutritional quality of cereal grains. Genetic and agronomic improvement. Agronomy Society of America, Madison, Wisconsin, 1987. P. 101–129.

2. Hamaker B. R., Griffin V. K. Potential influence of a starch granule-associated protein on cooked rice stickiness Journal of food science. 1991. Vol. 56(5), P. 1327–1329.

3. Hu Z. L., Li P., Zhou M. Q., Zhang Z. H., Wang L. X., Zhu L. H., Zhu Y. G. Mapping of quantitative trait loci (QTLs) for rice protein and fat content using doubled haploid lines // Euphytica. 2004. Vol. 135(1), P. 47–54. DOI: 10.1023/B:EUPH.0000009539.38916.32

4. Juliano, B. O. Rice grain quality: problems and challenges // Cereal Foods World. 1990. Vol. 35, P. 245–253.

5. Lander E. S., Botstein D. Mapping Mendelian factors underlying quantitative traits using RFLP linkage maps // Genetics. 1989. Vol. 121, P. 185–199.

6. Lin R., Luo Y., Liu D., Huang C. Determination and analysis on principal qualitative characters of rice germplasm // In: C. Ying (Ed.), Rice Germplasm Resources in China. 1993. P. 83–93.

7. Peng B., Sun Y. F., Pang R. H., Kong D. Y., Song X. H., Li H. L., Li J. T., Zhou Q. Y., Duan B., Liu L., Song S. Z. Genetic of rice seed protein content, a review // J. Southern Agri. 2017. Vol. 48(3), P.401–407.

8. Perez C. M., Juliano B. O., Liboon S. P., Alcantara J. M., Cassman K. G. Effects of late nitrogen fertilization application on head rice yield, protein content, and grain quality of rice // Cereal Chem. 1996. Vol. 73, P. 556–560.

9. Shenoy V. V., Seshu D. V., Sachan J. K. S. Inheritance of protein per grain in rice // Indian Journal of Genetics and Plant Breeding. 1991. Vol. 51(2), P. 214–220.

10. Shi C.H., Zhu J., Yang X.E., Yu Y.G., Wu J. Genetic analysis for protein content in indica rice // Euphtica. 1999. Vol. 107(2). P. 135–140.

11. Takayuki K., Jun M. Identification and characteristics of quantitative trait locus for grain protein content, TGP12, in rice (Oryza sativa L) // Euphytica. 2018. Vol. 214(9), P. 165.

12. Tan Y. F., Li J. X., Yu S. B., Xing Y. Z., Xu C. G., Zhang Q. The three important traits for cooking and eating quality of rice grains are controlled by a single locus in an elite rice hybrid, Shanyou 63 // Theoretical and Applied Genetics. 1999. Vol. 99, P. 642–648.

13. Tan Y. F., Sun M., Xing Y. Z., Hua J. P., Sun X. L., Zhang Q. F., Corke H. Mapping quantitative trait loci for milling quality, protein content and color characteristics of rice using a recombinant inbred line population derived from an elite rice hybrid // Theoretical and Applied Genetics. 2001. Vol. 103, P. 1037–1045.

14. Yu Y. H., Li G., Fan Y. Y., Whang K. Q., Min J., Zhu Z. W., Zhuang J. Y. Genetic relationship between grain yield and the contents of protein and fat in a recombinant inbred population of rice // Journal of Cereal Science. 2009. Vol. 50, № 1. P. 121–125. DOI: 10.1016/j.jcs.2009.03.008

15. Yun B. W., Kim M. G., Handoyo T., Kim K. M. Analysis of rice grain quality-associated quantitative trait loci by using genetic mapping // American Journal of Plant Sciences. 2014. Vol. 5, P. 1125–1132. DOI: 10.4236/ajps.2014.59125

16. Zheng L., Zhang W., Chen X., Ma J., Chen W., Zhao Z., Zhai H., Wan J. Dynamic QTL analysis of rice protein content and protein index using recombinant inbred lines // Journal of Plant Biology. 2011. Vol. 54, P. 321–328. DOI: 10.1007/s12374-011-9170-y

17. Zhang W., Bi J., Chen L., Zheng L., Ji S., Xia Y., Xie K., Zhao Z., Wang Y., Liu L., Jiang L., Wan J. QTL mapping for crude protein and protein fraction contents in rice (Oryza sativa L.) // Journal of Cereal Science. 2008. Vol. 48, Article number: 539e547. DOI: 10.1016/j.jcs.2007.11.010

18. Zhao L., Zhao C. F., Zhou L. H., Yao S., Zhao Q. Y., Chen T., Zhu Z., Zhang Y. D., Wang C. L. Mapping QTLs for rice (Oryza sativa L.) grain protein content via chromosome segment substitution lines // Cereal Research Communications. 2022. Vol. 50, P. 699–708. DOI: 10.1007/s42976-021-00237-y