Идентификация генов – восстановителей фертильности Rf3 и Rf4 в различных генотипах риса с использованием молекулярных маркеров SSR
Аннотация
Актуальность. Повышение урожайности риса путем гибридизации и идентификации генов – восстановителей фертильности имеет решающее значение для повышения самообеспечения и удовлетворения потребностей в питании. Цель данного исследования – определение таких генов – восстановителей фертильности в отобранных генотипах риса с помощью SSR-маркеров.
Материалы и методы. Для идентификации генов – восстановителей фертильности в различных генотипах риса, в том числе в местных и селекционных сортах, проведен скрининг зарубежных восстановителей фертильности, усовершенствованных мутантных линий риса и двух линий с цитоплазматической мужской стерильностью (JelodarA и NematA) с использованием молекулярных маркеров. Для определения аллельного статуса основных генов – восстановителей фертильности Rf3 и Rf4 использовались шесть SSR-маркеров.
Результаты и заключение. Молекулярный анализ показал, что генотипы IR68061R, IR50, IR 68061-27-3-2-2-3R, IR 73014-59-2-2-2R, M9-P10-2-2-2-2-1, M9-P18-6-1-1-2-1, MILYANG 54, SUWEON 294, IR 9761-19-1 и IR46R содержали ген Rf4, идентифицированный тремя маркерами: RM171, RM6100 и RM228. Кроме того, наличие генов – восстановителей фертильности Rf3 и Rf4 у генотипов IR67924R, IR 57301-158-1R, M9-P12-5-3-2-2, M9-P15-6-2-1 и NSIC RC 352 подтверждено всеми маркерами. Эти генотипы признаны лучшими восстановителями фертильности для гибридной селекции риса. В целом идентификация и оценка этих генотипов может способствовать повышению производства риса и укреплению продовольственной безопасности в развивающихся странах.
Ключевые слова
Об авторах
А. Афхами ГадиИран
Аммар Афхами Гади, доктор философии, доцент, Ардебильский научно-образовательный центр сельского хозяйства и природных ресурсов, Организация сельскохозяйственных исследований, образования и распространения знаний (AREEO); доцент, Международный университет имени имама Хомейни
57451-56951 Иран, провинция Ардебиль, Парсабад Моган, 12-й км дор. Асландоз; 34148-96818 Иран, Казвин, пр. Персидского залива, бульв. Международного университета имени имама Хомейни
Р. Хадемиан
Иран
Рахеле Хадемиан, доктор философии, доцент, Международный университет имени имама Хомейни
34148-96818 Иран, Казвин, пр. Персидского залива, бульв. Международного университета имени имама Хомейни
Г. А. Нематзаде
Иран
Горбан Али Нематзаде, доктор философии, профессор, Сарийский университет сельскохозяйственных наук и природных ресурсов
48181-66996 Иран, провинция Мазендаран, Сари, 9-й км Фарахабадской дор.
Н. Бабаеян Джелодар
Иран
Надали Бабаеян Джелодар, доктор философии, профессор, Сарийский университет сельскохозяйственных наук и природных ресурсов
48181-66996 Иран, провинция Мазендаран, Сари, 9-й км Фарахабадской дор.
Н. Багери
Иран
Надали Багери, доктор философии, доцент, Сарийский университет сельскохозяйственных наук и природных ресурсов
48181-66996 Иран, провинция Мазендаран, Сари, 9-й км Фарахабадской дор.
Список литературы
1. Afkhami Ghadi A., Babaeian Jelodar N., Bagheri N. Evaluation of allogamic characteristics for Iranian rice cytoplasmic male sterile lines. Journal of Crop Breeding. 2014;6(13):61-72. [in Persian]
2. Afkhami Ghadi A., Babaeian Jelodar N., Bagheri N. Evaluation of genetic distance of rice male sterile isosytoplasmic lines. Plant Production Technology. 2018;10(1):59-68. [in Persian] DOI: 10.22084/PPT.2018.3595
3. Afkhami Ghadi A., Babaeian Jelodar N., Bagheri N. Evaluation of sterility stability for some of rice cytoplasmic male sterile lines. Journal of Crop Breeding. 2015;7(15):14-23. [in Persian]
4. Afkhami Ghadi A., Khdemian R., Nematzadeh G., Jelodar Babaeian N., Bagheri N. Identification of male sterility maintainer and fertility restorer lines from Iranian landraces and improved cultivars of rice (Oryza sativa L.). Seed and Plant Journal. 2019;35(2):121-136. [in Persian] DOI: 10.22092/SPPI.2019.121907
5. Ahmadikhah A., Karlov G., Nematzadeh Gh., Ghasemi Bezdi K. Inheritance of the fertility restoration and genotyping of rice lines at the restoring fertility (Rf) loci using molecular markers. International Journal of Plant Production. 2007;1(1):13-21. DOI: 10.22069/IJPP.2012.521
6. Alavi M., Ahmadikhah A., Kamkar B., Kalateh M. Mapping Rf3 locus in rice by SSR and CAPS markers. International Journal of Genetics and Molecular Biology. 2009;7:121-126. DOI: 10.5897/IJGMB
7. Babaeian Jelodar N., Bagheri N., Pasha P., Afkhami Ghadi A. Molecular mapping of the fertility restorer genes for WA-type CMS in hybrid rice. In: 12th Congress of Iranian Genetics Society. Tehran: Shaid Beheshti University; 2013. p.226779. [in Persian] Available from: https://en.civilica.com/doc/226779 [accessed Mar. 04, 2025].
8. Bazrkar L., Ali A.J., Babaeian N.A., Ebadi A., Allahgholipour A., Kazemitabar M.K. et al. Tagging of four fertility restorer loci for wild abortive cytoplasmic male sterility system in rice (Oryza sativa L.) using microsatellite markers. Euphytica. 2008;164(3):669-677. DOI: 10.1007/s10681-008-9667-8
9. Bhowmick P.K., Krishnan S.G., Singh A.K., Vinod K., Bollinedi H., Ellur R.K. et al. 12. Pusa rice restorer 402 (PRR 402)(IC0637551; INGR21012), a rice (Oryza sativa var. indica) germplasm tropical japonica based NPT line, which is a restorer of WA cytoplasm possessing the restorer gene, Rf4, developed in the background of a popular indica rice variety Pusa 44. Indian Journal of Plant Genetic Resources. 2023;36(1):131-132.
10. Bin Rahman A.N.M.R., Zhang J. Trends in rice research: 2030 and beyond. Food and Energy Security. 2023;12(2):e390. DOI: 10.1002/fes3.390
11. Cai J., Dai Z.J., Zhu H.T., Zeng R.Z., Zhang Z.M., Ma T.F. et al. Comparative analysis of fertility restoration genes for WA, Y, and DA cytoplasmic male sterility in rice. Biologia Plantarum. 2014;58(2):241-246. DOI: 10.1007/s10535-013-0385-2
12. Cai J., Liao Q.P., Dai Z.J., Zhu H.T., Zeng R.Z., Zhang Z.M. et al. Allelic differentiations and effects of the Rf3 and Rf4 genes on fertility restoration in rice with wild abortive cytoplasmic male sterility. Biologia Plantarum. 2013;57(2):274-280. DOI: 10.1007/s10535-012-0294-9
13. Cai W., Li W., Duan L., Chen Y., Zhang F., Hu B. et al. Genetic analysis of novel fertility restoration genes (qRf3 and qRf6) in Dongxiang wild rice using graded Pool-Seq mapping and QTL-Seq correlation analysis. International Journal of Molecular Sciences. 2023;24(19):14832. DOI: 10.3390/ijms241914832
14. Eidi Kohnaki M., Kiani G., Nematzadeh G. Morphological and molecular selection of fertility restorer gene(s) in segregating populations of rice. Plant Productions. 2015;38(2):89-98. [in Persian] DOI: 10.22055/ppd.2015.11322
15. El Bilali H., Bassolé I.H.N., Dambo L., Berjan S. Climate change and food security. Agriculture and Forestry. 2020;66(3):197-210. DOI: 10.17707/AgricultForest.66.3.16
16. El Namaky R., Sedeek S., Moukoumbi Y.D., Ortiz R., Manneh B. Microsatellite-aided screening for fertility restoration genes (Rf) facilitates hybrid improvement. Rice Science. 2016;23(3):160-164. DOI: 10.1016/j.rsci.2016.04.003
17. FAOSTAT. Food and Agriculture Organization of the United Nations. Food and Agriculture Data: [website]. Available from: https://www.fao.org/faostat/en/#home [accessed Mar. 15, 2025].
18. Fritsche-Neto R., Ali J., De Asis E.J., Allahgholipour M., Labroo M.R. Improving hybrid rice breeding programs via stochastic simulations: number of parents, number of hybrids, tester update, and genomic prediction of hybrid performance. Theoretical and Applied Genetics. 2024;137(1):3. DOI: 10.1007/s00122-023-04508-6
19. He G.H., Wang W.M., Liu G.Q., Hou L., Xiao Y.H., Tang M. et al. Mapping of two fertility-restoring genes for WA cytoplasmic male sterility in minghui63 using SSR markers. Acta Genetica Sinica. 2002;29(9):798-802. [in Chinese]
20. Jing R., Li X., Yi P., Zhu Y. Mapping fertility-restoring genes of rice WA cytoplasmic male sterility using SSLP markers. Botanical Bulletin of Academia Sinica. 2001;42:167-171.
21. Kiani Gh. Validation of SSR markers linked to restoring fertility (Rf) genes and genotyping of rice lines at Rf loci. Journal of Agricultural Science and Technology. 2015;17:1931-1838.
22. Li J., Luo X., Zhou K. Research and development of hybrid rice in China. Plant Breeding. 2024;143(1):96-104. DOI: 10.1111/pbr.13134
23. Majid A., Parray G.A., Sofi N.R., Shikari A.B., Waza S.A. Combining ability effects for various agro-morphological traits in rice under temperate conditions. Current Journal of Applied Science and Technology. 2020;39(38):47-58. DOI: 10.9734/cjast/2020/v39i3831095
24. McCouch S.R., Teytelman L., Xu Y., Lobos K.B., Clare K., Walton M. et al. Development and mapping of 2240 new SSR markers for rice (Oryza sativa L.). DNA Research. 2002;9(6):199-207. DOI: 10.1093/dnares/9.6.199
25. Parveen S., Dhakarey R., Singh J. Identification of maintainers and restorers for WA CMS lines among Basmati mutants in rice. Agricultural Science Digest – A Research Journal. 2013;33(3):234-236. DOI: 10.5958/j.0976-0547.33.3.016
26. Qian Q., Zhang F., Xin Y. Yuan Longping and hybrid rice research. Rice (New York). 2021;14(1):101. DOI: 10.1186/s12284-021-00542-4
27. Revathi P., Medoju P., Singh A.K., Sundaram R.M., Raju S., Senguttuve P. et al. Efficiency of molecular markers in identifying fertility restoration trait of WA-CMS system in rice. Indian Journal of Genetics and Plant Breeding. 2013;73(01):89-93. DOI: 10.5958/j.0019-5200.73.1.012
28. Sadeqi A., Ahmadi Khah A., Farsi M. Study on the effect of Rf3 gene for fertility restoration to rice in genetic background of Neda-A line. Agricultural Biotechnology Journal. 2014;6(1):139-152. DOI: 10.22103/jab.2014.1297
29. Saghai-Maroof M.A., Soliman K.M., Jorgensen R.A., Allard R.W. Ribosomal DNA spacer-length polymorphisms in barley: Mendelian inheritance, chromosomal location, and population dynamics. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1984;81(24):8014-8018. DOI: 10.1073/pnas.81.24.8014
30. Shidenur S., Singh V.J., Vinod K.K., Krishnan S.G., Ghritlahre S.K., Bollinedi H. et al. Molecular detection of WA-CMS restorers from tropical japonica-derived lines, their evaluation for fertility restoration and adaptation. Plant Breeding. 2019;138(5):553-567. DOI: 10.1111/pbr.12701
31. Singh S., Verma S.K., Sahu H., Sahu P.K., Sharma D. Identification of molecular markers for fertility restoration genes in rice (Oryza sativa L.). BIOINFOLET-A Quarterly Journal of Life Sciences. 2015;12(1b):227-231.
32. Vejdan R. Investigation of fertility restoring genes in promising rice mutant lines through quantitative and molecular traits (SSR) [MSc thesis]. Sari: Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University; 2015. [in Persian]
33. Xu Y., Yu D., Chen J., Duan M. A review of rice male sterility types and their sterility mechanisms. Heliyon. 2023;9(7):e01830. DOI: 10.1016/j.heliyon.2023.e18204
34. Xu Z., Du Y., Li X., Wang R., Zhao X., Liu Q. et al. Identification and fine mapping of a fertility restorer gene for wild abortive cytoplasmic male sterility in the elite indica rice non-restorer line 9311. The Crop Journal. 2023;11(3):887-894. DOI: 10.1016/j.cj.2022.11.009
Дополнительные файлы
Рецензия
Для цитирования:
Афхами Гади А., Хадемиан Р., Нематзаде Г.А., Бабаеян Джелодар Н., Багери Н. Идентификация генов – восстановителей фертильности Rf3 и Rf4 в различных генотипах риса с использованием молекулярных маркеров SSR. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции.
For citation:
Afkhami Ghadi A., Khademian R., Nematzadeh G.A., Babaeian Jelodar N., Bagheri N. Identification of fertility restorer genes Rf3 and Rf4 in diverse rice genotypes using SSR molecular markers. Proceedings on applied botany, genetics and breeding.






























