การตรวจสอบเครื่องหมายโมเลกุลสำหรับคัดเลือกความต้านทานเพลี้ยกระโดด สีน้ำตาลและโรคไหม้ในพันธุ์ข้าวเหนียวปรับปรุง | Validation of Brown Planthopper and Blast Resistance Markers in Improved Aromatic Glutinous Rice

Article Sidebar

PDF
Published: Dec 28, 2020
Keywords:
ข้าวเหนียว, ความต้านทานเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล, ความต้านทานโรคใบไหม้, เครื่องหมายช่วยในการคัดเลือก, Glutinous rice, Brown planthopper resistance, Blast resistance, Marker-assisted selection

Main Article Content

คำประดิด แก้วอ่อนหล่า
ชเนษฎ์ ม้าลำพอง
ธีรยุทธ ตู้จินดา
วัชรีวรรณ แจ่มบุญศรี

Abstract

         Bph32 brown planthopper (BPH) resistance gene was incorporated into Hom Xebangfai 4 (HXBF4) together with maintaining two of QTLs BL resistance qBL1 and qBL11. This breeding was processed by a single cross with the BPH and BL rsistant glutinous line, RGD13117-115-52-B. Marker-assisted selection was done in F2 population. In F3, the 11 selected lines were evaluated for two BPH resistance from Singburi (SBR) and Ayutthaya (AYY) by a modified standard seedbox screening method. The results showed that 10 lines that detected Bph32 Bph3 and TPS had high resistance against both BPH populations. However, the other 1 line carrying Bph3 and TPS had high resistance to AYY but moderately resistant to SBR. After that, the 16 F4 lines derived from the 1 line of F3 were evaluated with 7 mixed Thai BL isolates in a greenhouse condition. The results showed that all of the 16 F4 lines carrying both of qBL1 and qBL11 had resistance against 7 mixed BL isolates and they were more effective rather than that one BL QTL. Therefore, the phenotyping in this study also strongly suggested that the genotyping with high-throughput markers of BPH and BL were very accurate and trustable. Thus, Bph32, two QTLs of qBL1 and qBL11 should be recommended for rice breeding programs against BPH and BL in Thailand and Lao PDR.


 


บทคัดย่อ


        ยีนที่ต้านทานเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล (Bph32) ถูกถ่ายทอดสู่พันธุ์ข้าวเหนียว Hom Xebangfai 4 (HXBF4) พร้อมกับคงตำแหน่ง QTL ที่ต้านทานต่อโรคไหม้ qBL1 และ qBL11 โดยการผสมข้ามกับสายพันธุ์ RGD13117-115-52-B ซึ่งมียีนดังกล่าว จากนั้นจึงใช้เครื่องหมายโมเลกุลช่วยในการคัดเลือกในประชากรชั่วที่ 2 โดยในชั่วที่ 3 นำสายพันธุ์ที่ถูกคัดเลือกจำนวน 11 สายพันธุ์ มาประเมินความต้านทานต่อเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลประชากรสิงห์บุรี (SBR) และอยุธยา (AYY) ด้วยวิธี modified standard seedbox screening method ผลการทดลองพบว่า สายพันธุ์ที่ถูกคัดเลือก 10 สายพันธุ์ ที่มียีน Bph32, Bph3 และ TPS มีความต้านทานต่อเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลทั้งสองกลุ่มประชากรในระดับที่สูง อย่างไรก็ตาม อีก 1 สายพันธุ์ ที่มีเฉพาะ Bph3 และ TPS มีความต้านทานต่อ AYY ในระดับสูง แต่ต้านทานต่อ SBR ในระดับปานกลาง จากนั้นนำสายพันธุ์ชั่วที่ 4 จำนวน 16 สายพันธุ์ ที่คัดเลือกจาก 1 สายพันธุ์ของชั่วที่ 3 ที่มี qBL1 และ qBL11 มาประเมินความต้านทานต่อโรคไหม้จากเชื้อผสม 7 กลุ่ม พบว่า สายพันธุ์ดังกล่าวมีระดับความต้านทานที่สูงกว่าพันธุ์ที่มี QTL ของโรคไหม้เพียง 1 ตำแหน่ง ดังนั้น การประเมินฟีโนไทป์ของความต้านทานต่อเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลและโรคไหม้จากการใช้เครื่องหมายในการตรวจสอบครั้งละมากๆ (high-throughput) ช่วยในการคัดเลือกมีความแม่นยำและเชื่อถือได้ในระดับสูง จึงสรุปได้ว่า ยีน Bph32 และ 2 BL QTLs, qBL1 และ qBL11 สามารถใช้เป็นเครื่องหมายในการคัดเลือกในโปรแกรมการปรับปรุงพันธุ์พืชให้ต้านทานเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลและโรคไหม้ในประเทศไทยและลาวได้.

Downloads

Download data is not yet available.

Article Details

Issue
Vol. 9 No. 3 (2563): ธันวาคม (Dec. 2020)
Section
สาขาพืชศาสตร์ (Plant Sciences )

References

Ashkani, S., Rafii, M. Y., Shabanimofrad, M., Miah, G., Sahebi, M., Azizi, P., ... & Nasehi, A. (2015). Molecular breeding strategy and challenges towards improvement of blast disease resistance in rice crop. Frontiers in plant science, 6, 886.

Asibi, A. E., Chai, Q., & Coulter, J. A. (2019). Rice blast: A disease with implications for global food security. Agronomy, 9(8), 451.

Brar, D. S., Virk, P. S., Jena, K. K., & Khush, G. S. (2009). Breeding for resistance to planthoppers in rice. In Heong, K. L., & Hardy, B. (Eds.). Plant Hoppers: New Threats to the Sustainability of Intensive Rice Production Systems in Asia. (pp 401-409). Los Banõs: International Rice Research Institute.

Dean, R. A., Talbot, N. J., Ebbole, D. J., Farman, M. L., Mitchell, T. K., Orbach, M. J., ... & Birren, B. W. (2005). The genome sequence of the rice blast fungus Magnaporthe grisea. Nature, 434(7036), 980-986.

Gnanamanickam, S. S. (2009). Biological control of rice diseases. New York: Springer Science & Business Media.

Hu, J., Li, X., Wu, C., Yang, C., Hua, H., Gao, G., ... & He, Y. (2012). Pyramiding and evaluation of the brown planthopper resistance genes Bph14 and Bph15 in hybrid rice. Molecular Breeding, 29(1), 61-69.

Hua, L., Wu, J., Chen, C., Wu, W., He, X., Lin, F., ... & Pan, Q. (2012). The isolation of Pi1, an allele at the Pik locus which confers broad spectrum resistance to rice blast. Theoretical and applied genetics, 125(5), 1047-1055.

Inthapanya, S., Preston, T. R., & Leng, R. A. (2016). Ensiled brewers’ grains increased feed intake, digestibility and N retention in cattle fed ensiled cassava root, urea and rice straw with fresh cassava foliage or water spinach as main source of protein. Livestock Research for Rural Development, 28(2), 1-5.

IRRI. (2013). Standard Evaluation System (SES) for Rice. Los banõs: International Rice Research Institute.

Ikeda, R., & Kaneda, C. (1981). Genetic analysis of resistance to brown planthopper, Nilaparvata lugens Stal., in rice. Japanese Journal of Breeding, 31(3), 279-285.

Jairin, J., Toojinda, T., Tragoonrung, S., Tayapat, S., & Vanavichit, A. (2005). Multiple genes determining brown planthopper (Nilaparvata lugens Stal) resistance in backcross introgressed lines of Thai jasmine rice ‘KDML105’. Science Asia, 31, 129-135.

Jairin, J., Phengrat, K., Teangdeerith, S., Vanavichit, A., & Toojinda, T. (2007). Mapping of a broad-spectrum brown planthopper resistance gene, Bph3, on rice chromosome 6. Molecular Breeding, 19(1), 35-44.

Jairin, J., Teangdeerith, S., Leelagud, P., Phengrat, K., Vanavichit, A., & Toojinda, T. (2007). Physical mapping of Bph3, a brown planthopper resistance locus in rice. Maejo International Journal of Science and Technology, 1(2), 166-177.

Jairin, J., Teangdeerith, S., Leelagud, P., Kothcharerk, J., Sansen, K., Yi, M., ... & Toojinda, T. (2009). Development of rice introgression lines with brown planthopper resistance and KDML105 grain quality characteristics through marker-assisted selection. Field Crops Research, 110(3), 263-271.

Jena, M., Panda, R. S., Sahu, R. K., Mukherjee, A. K., & Dhua, U. (2015). Evaluation of rice genotypes for rice brown plant hopper resistance through phenotypic reaction and genotypic analysis. Crop Protection, 78, 119-126.

Khanthong, S., Kate-Ngam, S., Riabroy, K., Siangliw, J., & Toojinda, T. (2018). Development of aromatic glutinous rice for rainfed lowland areas by marker assisted selection. Chiang Mai J. Sci, 45, 2312-2321.

Korinsak, S., Sirithunya, P., Meakwatanakarn, P., Sarkarung, S., Vanavichit, A., & Toojinda, T. (2011). Changing allele frequencies associated with specific resistance genes to leaf blast in backcross introgression lines of Khao Dawk Mali 105 developed from a conventional selection program. Field Crops Research, 122(1), 32-39.

Lakshminarayana, A., & Khush, G. S. (1977). New genes for resistance to the brown planthopper in rice. Crop Science, 17(1), 96-100.

Liu, Y., Wu, H., Chen, H., Liu, Y., He, J., Kang, H., ... & Wan, J. (2015). A gene cluster encoding lectin receptor kinases confers broad-spectrum and durable insect resistance in rice. Nature biotechnology, 33(3), 301-305.

Manivong, P., Korinsak, S., Korinsak, S., Siangliw, J. L., Vanavichit, A., & Toojinda, T. (2014). Marker-assisted selection to improve submergence tolerance, blast resistance and strong fragrance in glutinous rice. Genomics and Genetics, 7(2), 110-122.

Nalley, L., Tsiboe, F., Durand-Morat, A., Shew, A., & Thoma, G. (2016). Economic and environmental impact of rice blast pathogen (Magnaporthe oryzae) alleviation in the United States. PloS one, 11(12), e0167295.

Noenplab, A. Vanavichit, A. Toojinda, T. Sirithunya, P. Tragoonrung, S. Sriprakhon, S., and Vongsaprom, C. 2006. QTL mapping for leaf and neck blast resistance in Khao Dawk Mali105 and Jao Hom Nin recombinant inbred lines. Science Asia, 32, 133-142.

Nubankoh, P., Wanchana, S., Saensuk, C., Ruanjaichon, V., Cheabu, S., Vanavichit, A., & Arikit, S. (2020). QTL-seq reveals genomic regions associated with spikelet fertility in response to a high temperature in rice (Oryza sativa L.). Plant Cell Reports, 39(1), 149-162.

Pathak, P. K., & Heinrichs, E. A. (1982). Selection of biotype populations 2 and 3 of Nilaparvata lugens by exposure to resistant rice varieties. Environmental Entomology, 11(1), 85-90.

Prahalada, G. D., Shivakumar, N., Lohithaswa, H. C., Sidde Gowda, D. K., Ramkumar, G., Kim, S. R., ... & Jena, K. K. (2017). Identification and fine mapping of a new gene, BPH31 conferring resistance to brown planthopper biotype 4 of India to improve rice, Oryza sativa L. Rice, 10(1), 1-15.

Ren, J., Gao, F., Wu, X., Lu, X., Zeng, L., Lv, J., ... & Ren, G. (2016). Bph32, a novel gene encoding an unknown SCR domain-containing protein, confers resistance against the brown planthopper in rice. Scientific reports, 6(1), 1-14.

Ruengphayak, S., Chaichumpoo, E., Phromphan, S., Kamolsukyunyong, W., Sukhaket, W., Phuvanartnarubal, E., ... & Vanavichit, A. (2015). Pseudo-backcrossing design for rapidly pyramiding multiple traits into a preferential rice variety. Rice, 8(1), 1-16.

Saxena, R. C. (1989). Durable resistance to insect pests of irrigated rice. Progress in Irrigated Rice Research. International Rice Research Institute, Los Ba nos, Philippines, 111-132.

Siangliw, M., Toojinda, T., Tragoonrung, S., & Vanavichit, A. (2003). Thai jasmine rice carrying QTLch9 (Sub QTL) is submergence tolerant. Annals of Botany, 91(2), 255-261.

Sreewongchai, T., Toojinda, T., Thanintorn, N., Kosawang, C., Vanavichit, A., Tharreau, D., & Sirithunya, P. (2010). Development of elite indica rice lines with wide spectrum of resistance to Thai blast isolates by pyramiding multiple resistance QTLs. Plant Breeding, 129(2), 176-180.

Srichant, N., Chankaew, S., Monkham, T., Thammabenjapone, P., & Sanitchon, J. (2019). Development of Sakon Nakhon rice variety for blast resistance through marker assisted backcross breeding. Agronomy, 9(2), 67.

Takahashi, A., Hayashi, N., Miyao, A., & Hirochika, H. (2010). Unique features of the rice blast resistance Pish locus revealed by large scale retrotransposon-tagging. BMC plant biology, 10(1), 1-14.

Teng, PS., & Revilla, IM. (1996). Technical issues using crop-loss data for research prioritization. In R.E. Evenson, R.W. Herdt, & M. Hossain (Eds.). Rice Research in Asia: Progress and Priorities. (pp 261-275). Wallingford: CAB International in Association with International
Rice Research Institute.
Wanchana, S., Kamolsukyunyong, W., Ruengphayak, S., Toojinda, T., Tragoonrung, S., & Vanavichit, A. (2005). A rapid construction of a physical contig across a 4.5 cM region for rice grain aroma facilitates marker enrichment for positional cloning. Sci Asia, 31(3), 299-306.

Wang, Y., Jiang, W., Liu, H., Zeng, Y., Du, B., Zhu, L., ... & Chen, R. (2017). Marker assisted pyramiding of Bph6 and Bph9 into elite restorer line 93–11 and development of functional marker for Bph9. Rice, 10(1), 1-13.

Kamolsukyunyong, W., Sukhaket, W., Ruanjaichon, V., Toojinda, T., & Vanavichit, A. (2013). Single-feature polymorphism mapping of isogenic rice lines identifies the influence of terpene synthase on brown planthopper feeding preferences. Rice, 6(1), 1-9.

Wongsaprom, C., Sirithunya, P., Vanavichit, A., Pantuwan, G., Jongdee, B., Sidhiwong, N., ... & Toojinda, T. (2010). Two introgressed quantitative trait loci confer a broad-spectrum resistance to blast disease in the genetic background of the cultivar RD6 a Thai glutinous jasmine rice. Field crops research, 119(2-3), 245-251.

Wu, S. F., Zeng, B., Zheng, C., Mu, X. C., Zhang, Y., Hu, J., ... & Shen, J. L. (2018). The evolution of insecticide resistance in the brown planthopper (Nilaparvata lugens Stål) of China in the period 2012–2016. Scientific reports, 8(1), 1-11.

Whaley, M. H., Brubaker, P. H., Otto, R. M., & Armstrong, L. E. (2006). ACSM's guidelines for exercise testing and prescription. (p. 366). USA: Lippincott Williams & Wilkins.