Screening of blast resistance genes in rice breeding samples

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Rice is one of the most widespread and cultivated crops in the world. It is necessary to increase the yield of crops or expand their sown areas to resolve a food security problem in Russia. Current impossibility of expanding rice cultivated areas in the Rostov region and the need to maintain and increase its yield require developing new disease-resistant varieties. Rice genotypes with multiple blast resistance genes avoid significant yield losses. Since pyramiding and selection of resistance genes in the same genotype through traditional selection methods are complicated, it is urgent to search for homozygous samples using marker-assisted selection methods. This study was aimed to identify Pi-1, Pi-2, Pi-33 and Pi-ta blast resistance genes in breeding rice samples by MAS-methods. The study used CTAB-method for DNA-isolation, PCR, electrophoresis on agarose and polyacrylamide gels. The resulting gels were stained in a solution of ethidium bromide and photographed in ultraviolet light. To control the presence of blast resistance genes the following parental cultivars were used: C104LAC for the Pi-1 and Pi-33 genes, C101-A-51 for the Pi-2 gene, IR36 for the Pi-ta gene; Novator and Boyarin as controls of non-functional alleles of all studied genes. The 446 selection samples of the seventh generation were analyzed. As a result of the research, 127 rice samples that combine 2 or 3 different blast resistance genes were identified. The Pi-2 and Pi-33 genes combination was identified in 43 samples (1128/1, 1149/3, 1171/2, 1177/3, 1177/4, 1186/4, et al.). Samples with three resistance genes are the most interesting for selection and further breeding. For developing new blast-resistant varieties, we recommend using rice samples with the following combinations of resistance genes Pi-1+Pi-2+Pi-33 (1197/1, 1226/2, 1271/1, 1272/2), Pi-1+Pi-2+Pi-ta (1197/4, 1304/2, 1304/3, 1482/3, 1482/4, 1486/1) and Pi-2+Pi-33+Pi-ta (1064/1, 1064/3, 1281/2, 1281/3, 1281/4, 1282/2, 1283/1, 1283/2, 1284/3).

About the authors

Nataliya N. Vozhzhova

Agrarian Science Center ‘Donskoy’

Author for correspondence.
Email: nvozhzh@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-2046-4000

Candidate of Agricultural Sciences, senior researcher, Laboratory of marker selection

3 Nauchny gorodok st., Zernograd, Rostov Region, 347740, Russian Federation

Olga S. Zhogaleva

Agrarian Science Center ‘Donskoy’

Email: os.zogaleva@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1477-3285

junior researcher, Laboratory of Marker Selection

3 Nauchny gorodok st., Zernograd, Rostov Region, 347740, Russian Federation

Natia T. Kupreyshvili

Agrarian Science Center ‘Donskoy’

Email: kupreyshvilin@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1726-4390

research technician, Laboratory of Marker Selection

3 Nauchny gorodok st., Zernograd, Rostov Region, 347740, Russian Federation

Angelina Y. Dubina

Agrarian Science Center ‘Donskoy’

Email: angel.myshastaja@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1432-7616

research technician, Laboratory of Marker Selection

3 Nauchny gorodok st., Zernograd, Rostov Region, 347740, Russian Federation

Pavel I. Kostylev

Agrarian Science Center ‘Donskoy’

Email: p-kostylev@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4371-6848

Doctor of Agricultural Sciences, Head

3 Nauchny gorodok st., Zernograd, Rostov Region, 347740, Russian Federation

References

  1. Wang F, Wang F, Hu J, Xie L, Yao X. Rice yield estimation based on an NPP model with a changing harvest index. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 2020; 13:2953—2959. doi: 10.1109/JSTARS.2020.2993905
  2. Asibi AE, Chai Q, Coulter JA. Rice Blast: a disease with implications for global food security. Agronomy. 2019; 9(8):451. doi: 10.3390/agronomy9080451
  3. Yulensri Y. Efektifitas Formulasi Cair Konsorsium Bakteri sebagai Pengendali Hama dan Penyakit pada Padi Sawah Organik. Jurnal Ilmiah Inovasi. 2020; 20(3):35—40. doi: 10.25047/jii.v20i3.2366
  4. El-Abbasi IH, Khalil AA, Awad HM, Shoala T. Nano-diagnostic technique for detection of rice pathogenic fungus Pyricularia oryzae. Indian Phytopathology. 2020; 73:673—682. doi: 10.1007/s42360-020-00254-7
  5. Hannum S, Hasibuan U, Sinaga R, Wahyuningsih H. Identification of blast resistance genes in fifteen rice accessions (Oryza sativa L.) from North-Sumatera. In: IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Volume 305. IOP Publishing; 2019. p.012076. doi: 10.1088/1755-1315/305/1/012076
  6. Nickolas H, Jayalekshmy VG, Yamini Varma CK, Vighneswaran V. Molecular and field level screening for blast resistance gene donors among traditional rice varieties of Kerala. Journal of Tropical Agriculture. 2018; 56(2):93—98.
  7. Pandian BA, Joel J, Nachimuthu VV, Swaminathan M, Govintharaj P, Tannidi S, Sabariappan R. Markeraided selection and validation of various Pi gene combinations for rice blast resistance in elite rice variety ADT43. Journal of Genetics. 2018; 97(4):945—952. doi: 10/1007/s12041-018-0988-7
  8. Guan H, Hou X, Jiang Y, Srivastava V, Mao D, Pan R, et al. Feature of blast resistant near-isogenic lines using an elite maintainer line II-32B by marker-assisted selection. Journal of Plant Pathology. 2019; 101(3):491—501. doi: 10.1007/s42161-018-00222-1
  9. Correa-Victoria FJ, Tharreau D, Martinez C, Vales M, Escobar F, Prado G, et al. Gene combination for durable blast resistance in Colombia. Fitopatol. Colomb. 2002; 26: 47—54. Available from: http://ciat-library. ciat.cgiar.org/Articulos_Ciat/poster_riceblast.pdf
  10. Noenplab A, Vanavichit A, Toojinda T, Sirithunya P, Tragoonrung S, Sriprakhon S, et al. QTL mapping for leaf and neck blast resistance in Khao Dawk Mali105 and Jao Horn Nin recombinant inbred lines. ScienceAsia. 2006; 32(2):133—142. doi: 10.2306/scienceasia1513-1874.2006.32.133
  11. Jamaloddin M, Durga Rani CV, Swathi G, Anuradha C, Vanisri S, Rajan CPD, et al. Marker Assisted Gene Pyramiding (MAGP) for bacterial blight and blast resistance into mega rice variety «Tellahamsa». PLoS ONE. 2020; 15(6): e0234088. doi: 10.1371/journal.pone.0234088
  12. Murray MG, Thompson WF. Rapid isolation of high molecular weight plant DNA. Nucleic Acids Res. 1980; 8(19):4321—4325. doi: 10.1093/nar/8.19.4321
  13. Ware D, Jaiswal P, Ni J, Pan X, Chang K, Clark K, et al. Gramene: A resource for comparative grass genomics. Nucleic Acids Res. 2002; 30(1):103—105. doi: 10.1093/nar/30.1.103
  14. Sharma RC, Shrestha SM, Pandey MP. Inheritance of blast resistance and associated microsatellite markers in rice cultivar «Laxmi». Journal of Phytopatology. 2007; 155(11–12):749–753. doi: 10.1111/j.14390434.2007.01298.x.
  15. Mukhina ZМ, Myagkikh YА, Bogomaz D, Matveeva TV, Tokmakov SV. Creation of a codominant molecular PCR marker for identification of the gene of race-specific resistance to rice blast infection Pi-ta. Rice growing. 2008; (7):3—4.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».