イネの終末期干ばつ耐性に関連する生理学的形質の遺伝学的マッピング

Genetic mapping of physiological traits associated with terminal stage drought tolerance in rice.

• Saumya Ranjan Barik
• Elssa Pandit
• Shakti Prakash Mohanty
• Deepak Kumar Nayak
• Sharat Kumar Pradhan

抄録

背景:

生殖期の干ばつは、雨水稲の穀物収量を大幅に減少させる原因となる主要な生物学的ストレスの一つである。生殖期の干ばつ耐性の遺伝的メカニズムは非常に複雑である。多くの生理学的・形態学的形質がこのストレス耐性と関連している。これらの相関関係にある生理学的形質を検出し、異なる優れた遺伝的背景に組み込むためには、頑健な分子マーカーが必要である。繁殖期の干ばつ耐性を制御する遺伝子/QTLの同定とその展開は非常に重要である。

BACKGROUND: Drought during reproductive stage is among the main abiotic stresses responsible for drastic reduction of grain yield in rainfed rice. The genetic mechanism of reproductive stage drought tolerance is very complex. Many physiological and morphological traits are associated with this stress tolerance. Robust molecular markers are required for detection and incorporation of these correlated physiological traits into different superior genetic backgrounds. Identification of gene(s)/QTLs controlling reproductive stage drought tolerance and its deployment in rainfed rice improvement programs are very important.

結果:

CR 143-2-2-2とKrishnahamsaの190F組換え近交配系統(RIL)を用いて、繁殖期の干ばつ耐性下での生理形質に関連するQTLを検出した。干ばつストレス下で調査した10の生理学的形質の推定値には広い変動が観察された。RIL集団は、バルク偏析（BSA）アプローチを用いて遺伝子型を決定した。試験したプライマー401個の親多型調査から合計77個のSSR多型マーカーが得られた。包括的複合間隔マッピングを用いたQTL解析の結果、RIL集団において、相対クロロフィル含量(qRCC1.1)、クロロフィルa(qCHLa1.1)、プロリン含量(qPRO3.1)という生理的形質に関する3つのQTLが検出された。その結果、QTLであるqPRO3.1は、LOD値13.93、表現型分散(PVE)78.19%を示す新規なQTLであることがわかった。このQTLは3番染色体上のRM22-RM517のマーカー間隔内に位置していた。もう一つの新規QTLであるqRCC1.1は第1染色体上に142.8cMの距離でマップされ、終末的な干ばつストレス時の相対的なクロロフィル含量を制御することがわかった。3番目の新規QTLは、終末期のストレス下でクロロフィルa含量を制御する集団（qCHLa1.1）で検出された。このQTLは81.8cMの距離で1番染色体上に位置し、64.5%の表現型変異を示した。

RESULTS: QTLs linked to physiological traits under reproductive stage drought tolerance were detected by using 190 F recombinant inbred lines (RIL) mapping population of CR 143-2-2 and Krishnahamsa. Wide variations were observed in the estimates of ten physiological traits studied under the drought stress. The RIL population was genotyped using the bulk- segregant analysis (BSA) approach. A total of 77 SSR polymorphic markers were obtained from the parental polymorphisms survey of 401 tested primers. QTL analysis using inclusive composite interval mapping detected a total of three QTLs for the physiological traits namely relative chlorophyll content (qRCC1.1), chlorophyll a (qCHLa1.1), and proline content (qPRO3.1) in the studied RIL population. The QTL, qPRO3.1 is found to be a novel one showing LOD value of 13.93 and phenotypic variance (PVE) of 78.19%. The QTL was located within the marker interval of RM22-RM517 on chromosome 3. Another novel QTL, qRCC1.1 was mapped on chromosome 1 at a distance of 142.8 cM and found to control relative chlorophyll content during terminal drought stress. A third novel QTL was detected in the population that controlled chlorophyll a content (qCHLa1.1) under the terminal stress period. The QTL was located on chromosome 1 at a distance of 81.8 cM and showed 64.5% phenotypic variation.

結論:

CR 143-2-2-2 と Krishnahamsa 由来のマッピング集団において、相対クロロフィル含量、クロロフィルa、プロリン含量を制御する 3 つの新規 QTL、qRCC1.1, qCHLa1.1, qPRO3.1 をそれぞれ同定した。これらの3つのQTLは、イネにおいて、マーカーを用いた育種アプローチによる終末期の干ばつストレス耐性の向上に役立つと考えられる。

CONCLUSIONS: The three novel QTLs, qRCC1.1, qCHLa1.1 and qPRO3.1 controlling relative chlorophyll content, chlorophyll a and proline content, respectively were identified in the mapping population derived from CR 143-2-2 and Krishnahamsa. These 3 QTLs will be useful for enhancement of terminal drought stress tolerance through marker-assisted breeding approach in rice.