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Genetic mechanism of heat stress tolerance at anthesis among three different rice varieties with different fertilities under heat stress
Plant Production Science ( IF 2.5 ) Pub Date : 2020-06-02 , DOI: 10.1080/1343943x.2020.1766363
Toshiyuki Takai 1, 2 , Patrick Lumanglas 2 , Eliza V. Simon 2
Affiliation  

ABSTRACT The enhancement of heat stress tolerance at anthesis is an important strategy to achieve sustainable rice production in the context of predicted global warming. In this study, we genetically analysed spikelet fertility under high temperature treatment (38°C) at anthesis using the three rice varieties, namely, Koshihikari and Takanari, which were developed in Japan, and IR64, which was developed in the Philippines. Genetic analysis of the F2 population between Takanari and IR64 revealed a quantitative trait locus (QTL) on chromosome 4 that increased spikelet fertility with the Takanari allele and that was likely qHTSF4.1, a previously fine-mapped major QTL. Genetic analysis using chromosome segment substitution lines (CSSLs) carrying Koshihikari chromosome segments in the IR64 genetic background did not show any QTLs. In contrast, genetic analysis using CSSLs carrying Koshihikari chromosome segments in the Takanari genetic background revealed some QTLs, including chromosomes 4 and 9. These results suggest that the expression of QTLs may depend on genetic background. The two CSSLs, SL1313 and SL1330, which carried the QTLs on chromosomes 4 and 9, respectively, exhibited a spikelet fertility of over 80% and relatively large anther dehiscence compared with Takanari. These results suggest that the Koshihikari allele of QTLs may be related to improved anther dehiscence, which may lead to successful pollination and ultimately increased spikelet fertility under heat stress conditions. The findings in the present study should be useful to enhance heat stress tolerance at anthesis in rice in future breeding programs. Graphical abstract

中文翻译:

3个不同生育力水稻品种在热胁迫下开花期热胁迫耐受性的遗传机制

摘要 在预测的全球变暖背景下,提高开花期的热胁迫耐受性是实现水稻可持续生产的重要策略。在这项研究中,我们使用日本开发的 Koshihikari 和 Takanari 和菲律宾开发的 IR64 三个水稻品种,对开花时高温处理(38°C)下的小穗育性进行了遗传分析。Takanari 和 IR64 之间 F2 种群的遗传分析揭示了第 4 号染色体上的数量性状基因座 (QTL),它通过 Takanari 等位基因增加了小穗的育性,这可能是 qHTSF4.1,一个以前精细定位的主要 QTL。使用在 IR64 遗传背景中携带越光染色体片段的染色体片段置换系 (CSSL) 进行的遗传分析未显示任何 QTL。相比之下,在Takanari 遗传背景中使用携带越光染色体片段的CSSL 进行的遗传分析揭示了一些QTL,包括4 号和9 号染色体。这些结果表明QTL 的表达可能取决于遗传背景。与Takanari相比,分别在4号和9号染色体上携带QTL的两个CSSL,SL1313和SL1330表现出超过80%的小穗育性和相对较大的花药开裂。这些结果表明,QTL 的越光等位基因可能与改善花药开裂有关,这可能导致成功授粉并最终增加热应激条件下的小穗育性。本研究的发现应该有助于在未来的育种计划中提高水稻开花期的热应激耐受性。图形概要 这些结果表明 QTL 的表达可能取决于遗传背景。与Takanari相比,分别在4号和9号染色体上携带QTL的两个CSSL,SL1313和SL1330表现出超过80%的小穗育性和相对较大的花药开裂。这些结果表明,QTL 的越光等位基因可能与改善花药开裂有关,这可能导致成功授粉并最终增加热应激条件下的小穗育性。本研究的发现应该有助于在未来的育种计划中提高水稻开花期的热应激耐受性。图形概要 这些结果表明 QTL 的表达可能取决于遗传背景。与Takanari相比,分别在4号和9号染色体上携带QTL的两个CSSL,SL1313和SL1330表现出超过80%的小穗育性和相对较大的花药开裂。这些结果表明,QTL 的越光等位基因可能与改善花药开裂有关,这可能导致成功授粉并最终增加热应激条件下的小穗育性。本研究的发现应该有助于在未来的育种计划中提高水稻开花期的热应激耐受性。图形概要 与Takanari相比,小穗生育率超过80%,花药开裂较大。这些结果表明,QTL 的越光等位基因可能与改善的花药开裂有关,这可能导致成功授粉并最终增加热应激条件下的小穗育性。本研究的发现应该有助于在未来的育种计划中提高水稻开花期的热应激耐受性。图形概要 与Takanari相比,小穗生育率超过80%,花药开裂较大。这些结果表明,QTL 的越光等位基因可能与改善花药开裂有关,这可能导致成功授粉并最终增加热应激条件下的小穗育性。本研究的发现应该有助于在未来的育种计划中提高水稻开花期的热应激耐受性。图形概要 本研究的发现应该有助于在未来的育种计划中提高水稻开花期的热应激耐受性。图形概要 本研究的发现应该有助于在未来的育种计划中提高水稻开花期的热应激耐受性。图形概要
更新日期:2020-06-02
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