If a quantitative trait loci (QTL) marker identified in a population is applicable to different populations (marker universality), this will not only reduce the labor and cost in marker assisted selection (MAS), but accelerate the application of molecular markers to real breeding programs. Present study aims to evaluate the defined QTL related markers from a population to a different breeding population for the MAS. Four rice breeding populations were subjected to seventy-five simple sequence repeat (SSR) markers which were already identified for their polymorphism information content (PIC) in the parents of the crossings. Among them, eight markers were evaluated for their correlation between presence of marker alleles and phenotypic expression in breeding populations. A reasonable level of polymorphism for the mapped markers originated from any sources of rice accessions was observed between crosses of any sources (marker repeatability). However, correlation between presence of markers and expression of the traits in rice breeding populations was not significant except for minor portion of traits and markers examined (failure of marker universality). In the present study, various strategies were discussed to develop new markers with universality of breeding application.
Due to the strong influence of nitrogen(N) on plant productivity, a vast amount of N fertilizers is used to maximize crop yield. Over-use of N fertilizers leads to severe pollution of the environment, especially the aquatic ecosystem, as well as reducing farmer's income. Growing of N-efficient cultivars is an important prerequisite for integrated nutrient management strategies in both low- and high-input agriculture. Taking maize as a sample crop, this paper reviews the response of plants to low N stress, the physiological processes which may control N-use efficiency in low-N input conditions, and the genetic and molecular biological aspects of N-use efficiency. Since the harvest index(HI) of modern cultivars is quite high, further improvement of these cultivars to adapt to low N soils should aim to increase their capacity to accumulate N at low N levels. To achieve this goal, establishment and maintenance of a large root system during the growth period may be essential. To reduce the cost of N and carbon for root growth, a strong response of lateral root growth to nitrate-rich patches may be desired. Furthermore, a large proportion of N accumulated in roots at early growth stages should be remobilized for grain growth in the late filling stage to increase N-utilization efficiency. Some QTLs and genes related to maize yield as well as root traits have been identified. However, their significance in improving maize NUE at low N inputs in the field need to be elucidated.
Kim, Myung Ki;Oh, Myeong Kyu;Lee, Jeong Heui;Kim, Yeon Gyu;Lee, Young Tae;Kim, Kwang Ho;Ahn, Sang Nag
한국육종학회지
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제40권2호
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pp.119-127
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2008
A total of 41 microsatellite markers were used with 29 genotypes to examine the relationship between SSR polymorphisms and N-use efficiency related traits with a goal to identify the putative QTLs related to these traits. These primers yielded a total of 183 alleles (average 4.46 alleles per primer), and polymorphism information content (PIC) values of the SSRs ranged from 0.119 to 0.805 with mean value of 0.425. Correlation coefficients were obtained among the four N-use efficiency traits in the 34 accessions and significant positive correlations of relative ratios between grain yield and harvest index (r=0.3404) and total dry matter (r=0.7976), while N uptake showed a moderate level of correlation with the ratios of the grain yield and total dry matter, respectively. 36.5% (15/41) SSR markers were monomorphic among the 25 japonica accessions out of the 29 accessions. Association between SSR genotypes and phenotypic performances from the total (29) or japonica (25) accessions was tested based on a single point analysis. Three putative QTL regions were detected for the ratio of grain yield. These include the chromosomal region containing the RM283 locus on chromosome 1 and RM25 on chromosome 8 (all and japonica accessions) and the region with the SSR marker, RM206 on chromosome 11 (the japonica accessions). For the total dry matter ratio, two chromosomal regions were identified as the putative QTL region. One is the region with the SSR marker, RM162 on chromosome 6 (all and japonica accessions) and the other was the one with the SSR marker RM25 on chromosome 8 (the japonica accessions). Among these markers, RM25 showed associations with both traits.
Tan spot of wheat, caused by Pyrenophora tritici-repentis (Ptr), results in a yield loss through chlorosis and necrosis of healthy leaf tissue. The major objective of this study was to compare gene expression in resistant and susceptible wheat cultivars after infection with Ptr ToxA-producing race 2 and direct infiltration with Ptr ToxA proteins. Greenhouse experiments included exposure of the wheat cultivars to pathogen inoculum or direct infiltration of leaf tissue with Ptr-ToxA protein isolate. Samples from the experiments were subjected to RNA sequencing. Results showed that ToxA RNA sequences were first detected in samples collected eight hours after treatments indicating that upon Ptr contact with wheat tissue, Ptr started expressing ToxA. The resistant wheat cultivar, in response to Ptr inoculum, expressed genes associated with plant resistance responses that were not expressed in the susceptible cultivar; genes of interest included five chitinases, eight transporters, five pathogen-detecting receptors, and multiple classes of signaling factors. Resistant and susceptible wheat cultivars therefore differed in their response in the expression of genes that encode chitinases, transporters, wall-associated kinases, permeases, and wound-induced proteins, among others. Plants exposed to Ptr inoculum expressed transcription factors, kinases, receptors, and peroxidases, which are not expressed as highly in the control samples or samples infiltrated with ToxA. Several of the differentially expressed genes between cultivars were found in the Ptr resistance QTLs on chromosomes 1A, 2D, 3B, and 5A. Future studies should elucidate the specific roles these genes play in the wheat response to Ptr.
Yoon-Hee Jang;Jae-Ryoung Park;Eun-Gyeong Kim;Kyung-Min Kim
한국작물학회:학술대회논문집
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한국작물학회 2022년도 추계학술대회
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pp.286-286
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2022
The properties of starch play an important role in determining the palatability of rice. In addition, the gelatinization temperature (GT) of rice starch is an important factor in determining the quality of rice because it is related to the cooking time and texture of rice. For the development of high-quality rice, it is important to understand the genetic basis of palatability-related traits, and QTL analysis is an effective method to explain the genetic basis of variation in complex traits. QTL mapping related to alkali digestion value (ADV) of brown and milled rice was performed using the 120 Cheongcheong/Nagdong double haploid (CNDH) line. As a result, 12 QTLs related to ADV were detected, and 20 candidate genes were selected from the RM588-RM1163 region of chromosome 6 through screening by gene function analysis. The comparison of the relative expression level of candidate genes showed that OsSS1q6 is highly expressed in CNDH lines with high ADV in both brown rice and milled rice. In addition, OsSS1q6 has high homology with starch synthase 1 protein, and interact with various starch biosynthesis-related proteins, such as GBSSII, SBE, and APL. Therefore, we suggest that OsSS1q6 identified through QTL mapping could be one of the various genes involved in the GT of rice by regulating starch biosynthesis. This study can be used as basic data for breeding high-quality rice and provides a new genetic resource that can increase the palatability of rice.
Ju-Won Kang;Ji-Yoon Lee;Gi-Un Seong;Youngho Kwon;So-Myeong Lee;Dong Jin Shin;Sais-Beul Lee;Hyunnggon Mang;Dong Soo Park;Jong-Hee Lee;Jun-Hyeon Cho;Gi-Won Oh
한국작물학회:학술대회논문집
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한국작물학회 2022년도 추계학술대회
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pp.268-268
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2022
Protein is a major nutrient of food and has long been studied for nutritional and utility value. Among them, rice protein is attracting attention because of its hypoallergenic characteristics and nutritional value. Mutant DM225 with increased protein content was selected by EMS treatment on the weed rice Dharial. QTL analysis of Protein content was carried out using BC2F2 populations derived from a cross between "Hanareum2" as a recurrent parent and "DM225" as a donor parent. The protein content of populations was between 5~11%, with an average of 7.7%. To identify QTLs related to Protein content, 117 KASP markers(polymorphic ratio: 15%) showing polymorphisms between the parents were genotyped for the BC2F2 population. One QTL was detected between markers SK07 06 and SK07_10 on chromosome 7(LOD: 28.1). This QTL explained 71.4% of the phenotypic variance for Protein content. This QTL will be useful for protein-related rice breeding program.
Chang Yeok Moon;Byeong Hee Kang;Woon Ji Kim;Sreeparna Chowdhury;Sehee Kang;Seo Young Shin;Wonho Lee;Hyeon-Seok Lee;Bo-Keun Ha
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한국작물학회 2022년도 추계학술대회
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pp.259-259
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2022
Soil salinity is a major factor that reduces crop yields. The amount of soil affected by salinity is about 83 million hectares (FAO 2000), which is increasing due to the effects of climate change. In soybean [Glycine max (L.) Merr.], nutritional properties such as protein, starch, and sucrose content together with biomass and yield tends to reduce due to excessive salt. As a result of QTL mapping using the 169 F2:3 population from the KA-1285 (salt-tolerant) × Daepung (salt-sensitive) in a previous study, two major QTLs (Gm03_39796778 and Gm03_40600088) related to salt tolerance were found on chromosome 3. In this study, the CDS region of the Gmsalt3 gene was analyzed using the ABI 3730x1 DNA Analyzer (Macrogen, Korea). The sequence of Gmsalt3 gene in KA-1285 was compared with Williams 82.a4.vl and PI483463 (Glycine soja). Two transversions were found at exon6 in KA-1285 and PI483463. Currently, whole genome sequencing and variation analysis using the Illumine Novaseq 6000 machine (Illumina, USA) are in progress. The results of this study can provide useful molecular markers for the selection of salt-tolerant soybeans and can be used as basic data for future salt-tolerant gene research.
Ngoc Ha Luong;Sangshetty G. Balkunde;Kyu-Chan Shim;Cheryl Adeva;Hyun-Sook Lee;Hyun-Jung Kim;Sang-Nag Ahn
한국작물학회:학술대회논문집
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한국작물학회 2022년도 추계학술대회
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pp.33-33
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2022
Rice (Oryza sativa L.) is a widely studied domesticated model plant. Seed awning is an unfavorable trait during rice harvesting and processing. Hence, awn was one of the target characters selected during domestication. However, the genetic mechanisms underlying awn development in rice are not well understood. In this study, we analyzed the genes for awn development using a mapping population derived from a cross between the Korean indica cultivar 'Milyang23' and NIL4/9 (derived from a cross between 'Hwaseong' and O. minuta). Two quantitative trait loci (QTLs), qAwn4 and qAwn9 were mapped on chromosome 4 and 9, respectively, increased awn length in an additive manner. Through comparative sequencing analyses parental lines, LABA1 was determined as the causal gene underlying qAwn4. qAwn9 was mapped to a 199-kb physical region between markers RM24663 and RM24679. Within this interval, 27 annotated genes were identified, and five genes, including a basic leucine zipper transcription factor 76 (OsbZIP76), were considered candidate genes for qAwn9 based on their functional annotations and sequence variations. Haplotype analysis using the candidate genes revealed tropical japonica specific sequence variants in the qAwn9 region, which partly explains the non-detection of qAwn9 in previous studies that used progenies from interspecific crosses. This provides further evidence that OsbZIP76 is possibly a causal gene for qAwn9. The O. minuta qAwn9 allele was identified as a major QTL associated with awn development in rice, providing an important molecular target for basic genetic research and domestication studies. Our results lay the foundation for further cloning of the awn gene underlying qAwn9.
Rice stripe virus (RSV) disease is one of the major constraints in rice production, transmitted by the small brown planthopper (SBPH; Laodelphax striatellus). Upon RSV infection, plants develop typical symptoms, which include chlorosis and weakness of newly emerged leaves, white and yellow spots, stripe on leaves, and necrotic and wilting leaves, resulting in plant growth inhibition, oxidative damage that may culminate in programmed cell death (PCD) and plant death in severe epidemics. Although RSV-resistant quantitative trait loci (QTLs), Stv-a, Stv-b, and Stv-bi, were mapped using various resistant varieties, one RSV-resistant gene, OsSOT1, has been identified so far. In this study, we used the rice cultivar Zenith, known to carry Stv-b, to investigate novel RSV-genes through fine mapping. Therefore, we crossed Zenith (Donor parent, RSV resistant) with Ilpum (Recurrent parent, RSV susceptible) to fine-map using a BC2F2 population of 2100 plants. Chromosome segment introgression lines that were heterozygous at a different region were selected, two types of heterozygous lines showed an heterozygous genotype between Sid2 and Sid75 to Indel9 and RM6680. Interestingly, we identified qSTV11Z region harboring Stv-b, covering about 171-kb region between the InDel markers Sid75 and Indel8. The localization of qSTV11Z provides useful information that could be used for marker-assisted selection and determination of genetic resources in rice breeding.
Bakanae disease, caused by several Fusarium species, imposes serious limitations to the productivity of rice across the globe. The incidence of this disease has been shown to increase, particularly in major rice-growing countries. Thus, the use of high resistant rice cultivars offers a comparative advantage, such as being cost effective, and could be preferred to the use of fungicides. In this research, we used a tropical japonica rice variety, Zenith, a bakanae disease resistant line selected as donor parent. A RIL population (F8:9) composed of 180 lines generated from a cross between Ilpum and Zenith was used. In primary mapping, a QTL was detected on the short arm of chromosome 1, covering about 3.5 Mb region flanked by RM1331 and RM3530 markers. The resistance QTL, qBK1Z, explained about 30.93% of the total phenotype variation (PVE, logarith of the odds (LOD) of 13.43). Location of qBK1Z was further narrowed down to 730 kb through fine mapping using additional RM markers, including those previously reported and developed by Sid markers. Furthermore, there is a growing need to improving resistance to bakanae disease and promoting breeding efficiency using MAS from qBK1Z region. The new QTL, qBK1Z, developed by the current study is expected to be used as foundation to promoting breeding efficiency with an enhanced resistance against bakanae disease. Moreover, this study provides useful information for developing resistant rice lines carrying single or multiple major QTLs using gene pyramiding approach and marker-assisted breeding.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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