Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2017.06a
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pp.94-94
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2017
Oryza sativa and Oryza glaberrima are rice cultivars distributed in Asia and Africa. There are several differences between these cultivars in morphological characteristics such as panicle structure and especially the secondary branch number of O. glaberrima is less than that of O. sativa. Generally, branch number of panicle related to a large vascular bundle number (VBN) among O. sativa and there is a wide variation of the VBN of the peduncle from where the bundles enter into the rachis branches. However, there is less information about VBN in O. glaberrima and also the relationship between VBN and branch numbers, the primary branch number (PBN) and secondary branch number (SBN). Additionally, the genetic factor for VBN and branch number in O. glaberrima is not completely exploited. In this study, phenotypic variation for VBN and panicle structure were investigated using a set of 40 $BC_3$ -derived from IRGC 104038 (O. glaberrima from Senegal) and 35 $BC_4$ -derived from IRGC103777 (O. glaberrima from Mali) introgression lines with a genetic background of japonica rice Taichung 65. Taichung 65 had 11.8 PBN, 16.0 SBN and 11.5 VBN, while IRGC 103777 had 12.0 PBN, 15.0 SBN and 15.3 VBN. The introgression lines derived from IRGC 104038 had range from 9.0 to 14.4 in the PBN, range from 9.6 to 33.5 in the SBN and range from 9.8 to 14.8 in the VBN. Additionally, the introgression lines derived from IRGC 103777 had range from 9.0 to 18.5 in the PBN, range from 10.3 to 39.0 in the SBN and range from 9.0 to 15.3 in the VBN. Among two set of introgression lines, there are significant correlation between VBN and PBN. Multiple introgression lines indicated higher PBN, SBN and VBN than Taichung 65 and these examined characteristics are supposedly controlled by quantitative traits loci. The genetic factor related to VBN and panicle architecture can be revealed using segregating population in future study.
Park, Hyun-Su;Baek, Man-Kee;Kim, Choon-Song;Lee, Gun-Mi;Park, Seul-Gi;Lee, Chang-Min;Suh, Jung-Pil;Cho, Young-Chan
Korean Journal of Breeding Science
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v.50
no.4
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pp.415-423
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2018
Rice panicle architecture is an important factor affecting yield potential. Korean rice cultivars have a narrow genetic background for panicle architecture. To enhance the yield potential of Korean rice cultivars, we developed and characterized rice lines with new panicle architecture. Rice with improved panicle architecture has clustered spikelets and dense panicles (CD type). CD rice was derived from a cross between "Binhae Col.#1" carrying dense panicles, and "ARC10319" that has the clustered spikelets gene (Cl). CD rice lines had short and semi-erect panicles with two to five high density spikelets clustered at the tips of primary and secondary rachis branches. CD rice lines had dramatically increased numbers of spikelets; almost twice as many as those of Korean rice cultivars. The increase in spikelet number was mainly caused by the increased spikelets and branches on secondary rachises compared to those on primary rachises. The increase in spikelet number was expected to enhance the yield of CD rice by expanding sink capacity. However, the yield of selected lines; CD9, CD27, CD34, and CD39, did not reach the level of the Korean high-yielding cultivars "Boramchan" and "Hanareum2," due to the reduction in panicle number and grain weight, and poor ripening. Although no substantial yield increase was observed in CD rice, the panicle architecture of CD rice, clustered spikelets, and dense panicles could be new genetic resources as breeding material for diversifying panicle architecture and enhancing yield potential.
Plant breeders have focused on improving plant architecture as an effective means to increase crop yield. Here, we identify the main-effect quantitative trait loci (QTLs) for plant shape-related traits in rice (Oryza sativa) and find candidate genes by applying whole genome re-sequencing of two parental cultivars using next-generation sequencing. To identify QTLs influencing plant shape, we analyzed six traits: plant height, tiller number, panicle diameter, panicle length, flag leaf length, and flag leaf width. We performed QTL analysis with 178 $F_7$ recombinant inbred lines (RILs) from a cross of japonica rice line 'SNU-SG1' and indica rice line 'Milyang23'. Using 131 molecular markers, including 28 insertion/deletion markers, we identified 11 main- and 16 minor-effect QTLs for the six traits with a threshold LOD value > 2.8. Our sequence analysis identified fifty-four candidate genes for the main-effect QTLs. By further comparison of coding sequences and meta-expression profiles between japonica and indica rice varieties, we finally chose 15 strong candidate genes for the 11 main-effect QTLs. Our study shows that the whole-genome sequence data substantially enhanced the efficiency of polymorphic marker development for QTL fine-mapping and the identification of possible candidate genes. This yields useful genetic resources for breeding high-yielding rice cultivars with improved plant architecture.
Kim, Joonki;Lee, Hye-Jung;Nogoy, Franz Marielle;Yu, Dal-A;Kim, Me-Sun;Kang, Kwon-Kyoo;Nou, Illsup;Cho, Yong-Gu
Journal of Plant Biotechnology
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v.43
no.3
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pp.332-340
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2016
Seed size traits are controlled by multiple genes in crops and determine grain yield, quality and appearance. However, the molecular mechanisms controlling the size of plant seeds remain unclear. We performed functional analysis of BrPATL4 encoding Sec14-like protein to determine the genetic architecture of seed size, shape and their association analyses. We used 60 $T_3$ transgenic rice lines to evaluate seed length, seed width and seed height as seed size traits, and the ratios of these values as seed shape traits. Pleiotropic effects on general architecture included small seed size, erect panicles, decreased grain weight, reduced plant height and increased sterility, which are common to other mutants deficient in gibberellic acid (GA) biosynthesis. To test whether BrPATL4 overexpression is deleterious for GA signal transduction, we compared the relative expression of GA related gene and the growth rate of second leaf sheath supplied with exogenous $GA_3$. Overexpression of BrPATL4 did not affect GA biosynthesis or signaling pathway, with the same response shown under GA treatment compared to the wild type. However, the causal genes for the small seed phenotype (D1, SRS1, and SRS5) and the erection of panicles showed significantly decreased levels in mRNA accumulation compared to the wild type. These results suggest that the overexpression of BrPATL4 can control seed size through the suppression of those genes related to seed size regulation. Although the molecular function of BrPATL4 is not clear for small seed and erect panicles of BrPALT4 overexpression line, this study provides some clues about the genetic engineering of rice seed architecture.
Gradient concentrations of Tithonia diversifolia green leaves and phosphate rocks were used to investigate their contributions as a fertilizer to the yield and quality improvement of a rainfed rice cultivar. Six treatments were compared: (1) T0, no fertilization (control); (2) T1, 1.28 g of phosphate rocks; (3) T2, 250 g of organic matter; (4) T3, 500 g of organic matter; (5) T4, 250 g of organic matter + 1.28 g of phosphate rocks; (6) T5, 500 g of organic matter + 1.28 g of phosphate rocks. The results showed that the germination percentage recorded 15 days after sowing varied from 58 - 76% between T0 and T5. The number of panicles ranged between 2 (T0) to 6.3 (T5). Moreover, the recorded length of the panicles ranged between 7.5 (T1) to 15.8 cm (T2), and the number of grains per panicle ranged between 25.5 (T1) to 273.5 (T3). The plant height was significantly increased in the T5 (79.27 cm) group compared to the T1 (33.63 cm) and control treatment (T0) (40.08 cm) groups. Although the plant height in the T2, T3, and T4 groups was slightly lower than the T5 group, the difference was not statistically significant. The average of the grain number per plant was high in the T3 (273.6 grains) group compared to the T1 and T0 (25.5 and 32.8 grains) groups, respectively. These results suggest that the combination of T. diversifolia leaves and phosphate rocks as a natural fertilizer would be beneficial when integrated into soil fertility management strategies and would contribute to improving crop yield and quality.
This study was conducted to get basic information of dry matter production and agronomic characteristics for increasing grain ripening in rice cultivar with large grains. Three cultivars which have different grain size were used. Of the two large grain cultivars, SR7796-3-1-5-1-l(SR7796F$_{7}$) had long culm and SR11269-13-3-4-2(SR11269F$_{6}$) had short culm. On the other hand, Tamjinbyeo was recommended cultivar had medium size of grain and culm. LAI was highest in Tamjinbyeo, followed by the SR11269F$_{6}$ and SR7796F$_{7}$, LAI decrement was higher in large grain cultivars than that of Tamjinbyeo after 20days after heading. Total dry weight(TDW) of areal part was highest in SR11269F$_{6}$, followed by the Tamjinbyeo and SR7796F$_{7}$. Dry weight (DW) of stem (leaf sheath+culm) at harvesting stage was decreased 15%, 12% in Tamjinbyeo, SR11269F$_{6}$, respectively, but was increased 5% in SR7796F$_{7}$ compared to heading stage. In distribution rate of each organ to TDW, distribution rate of leaf blade was low in large grain cultivar, but that of stem in Tamjinbyeo, SR7796F$_{7}$ and SR11269F$_{6}$ was 36%, 38% and 42%, respectively. In canopy architecture leaf blade weight was the highest 30~40cm, 40~50cm and 70~8Ocm above the ground in SR11269F$_{6}$, Tamjinbyeo and SR7796F$_{7}$, respectively. Range of panicle distribution in the canopy was 40cm in Tamjinbyeo, and was 70cm in large-grain cultivars. The results suggest that it has to take a growing interest in developing culture method for increasing LAI during growth stage, especially, around heading, in keeping green leaf till ripening stage and also in growing unformly plant within rice hill in large grain cultivars.cultivars.ltivars.
San, Nan Su;Otsuki, Yosuke;Adachi, Shunsuke;Yamamoto, Toshio;Ueda, Tadamasa;Tanabata, Takanari;Ookawa, Taiichiro;Hirasawa, Tadashi
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2017.06a
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pp.32-32
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2017
To increase rice production, manipulating plant architecture, especially developing new high-yielding cultivars with erect leaves, is crucial in rice breeding programs. Leaf inclination angle determines the light extinction coefficient (k) of the canopy. Erect leaves increase light penetration into the canopy and enable dense plantings with a high leaf area index, thus increasing biomass production and grain yield. Because of erect leaves, the high-yielding indica rice cultivar 'Takanari' has smaller k during ripening than 'Koshihikari', a japonica cultivar with good eating quality. In our previous study, using chromosome segment substitution lines (CSSLs) derived from a cross between 'Takanari' and 'Koshihikari', we detected seven quantitative trait loci (QTLs) for leaf inclination angle on chromosomes 1 (two QTLs), 2, 3, 4, 7, and 12. In this study, we developed a near-isogenic line (NIL-3) carrying a 'Takanari' allele for increased leaf inclination angle on chromosome 3 in the 'Koshihikari' genetic background. We compared k, dry matter production, and grain yield of NIL-3 with those of 'Koshihikari' in the field from 2013 to 2016. NIL-3 had higher inclination angles of the flag, second, and third leaves at full heading and 3 (- 4) weeks after full heading and smaller k of the canopy at the ripening stage. Biomass at full heading and leaf area index at full heading and at harvest did not significantly differ between NIL-3 and 'Koshihikari'. However, biomass at harvest was significantly greater in NIL-3 than in 'Koshihikari' due to a higher net assimilation rate at the ripening stage. The photosynthetic rates of the flag and third leaves did not differ between NIL-3 and Koshihikari at ripening. Grain yield was higher in NIL-3 than 'Koshihikari'. Higher panicle number per square meter in NIL-3 contributed to the higher grain yield of NIL-3. We conclude that the QTL on chromosome 3 increases dry matter and grain production in rice by increasing leaf inclination angle.
"Cheongan" is a new japonica rice variety developed from a cross between SR15225-B-22-1-2-1 and Iksan431 in summer season, 1997 by National Institute of Crop Science, RDA. The line SR15225-B-22-1-2-1 has good canopy architecture and multi-disease and insect resistance, and Iksan431 has translucent milled rice and good eating-quality. Heading date of Cheongan is August 13 in central lowland and mid-mountainous areas. "Cheongan" having culm length of 84 cm shows relatively semi-erect pubescent leaf blade and rigid culm, tolerance to lodging with and good canopy architecture. This variety has 14 tillers per hill and 126 spikelets per panicle. It shows tolerance to heading delay and spikelet sterility comparable to Hwaseongbyeo when exposed to cold stress. Leaf senescence of Cheongan progresses slowly during the ripening stage and the viviparous germination ratio was 59 %, similar to that of Hwaseongbyo. "Cheongan" shows moderately resistance to blast disease, but susceptible to stripe virus and brown planthopper. The milled rice of "Cheongan" exhibits translucent, clear non-glutinous endosperm and medium short grain. It shows similar amylose content of 18.7%, gelatinization temperature, and similar palatability of cooked rice compared to Hwaseongbyeo. The milled rice yield of this cultivar is about 5.54 MT/ha at ordinary season culture in local adaptability test for three years. Especially, "Cheongan" has better milling properties of higher 98.4% and 73.9% in the percentage of head rice in milled rice and milling recovery of head rice, respectively, than those of Hwaseongbyeo. "Cheongan" could be adaptable to the central and mid-southern plain area, and mid-western coastal area of Korea.
'Jungmo1001' is an early maturing intermediate breeding line developed from a cross between Cheolweon52 and SR14694-57-4-2-1-3-2-2 by the rice breeding team of National Institute of Crop Science, Rural Development Administration (RDA) in 1994. 'Jungmo1001' has about 107 days duration from seeding to heading in mid-northern inland plain, southern alpine area and north-eastern coastal areas. It has about 73 cm in culm length with semi-erect plant type and good canopy architecture. This variety has 13 tillers per hill and 90 spikelets per panicle. Its 1,000 grain-weight of brown rice is 21.2 g which is less than 26.3 g of 'Odaebyeo'. Milled kernels are translucent with non-glutinous endosperm, low amylose content (18.1%) compared with 'Odaebyeo' palatability of cooked rice is very good. This variety shows strong resistance to cold treatment, lodging, premature heading and wilting. This variety shows moderately resistant to blast disease but susceptible to bacterial blight, stripe virus and insect pests. The milled rice yield performance of this variety is about 5.45 MT/ha by ordinary culture in local adaptability test for three years. This variety may be highly adaptable to the mid-northern inland plain, southern alpine area and north-eastern coastal areas of Korea.
'Migwang' is a new japonica rice variety developed from a cross between SR15926-10-2-3-3-3 having a good canopy architecture and multiple disease resistance, and Iksan431 having a translucent milled rice and good eating-quality with a view of developing a new variety having multiple disease resistance by the rice breeding team at NICS, RDA in 2009. The heading date of this variety is August 15 and later than check variety, Hwaseongbyeo, by four days. 'Migwang' has 75 cm of culm length and 98 spikelets per panicle. This variety showed longer heading delay and higher spikelet sterility than those of Hwaseongbyeo while exposed to cold stress. This variety showed resistance to blast disease and bacterial leaf blight, but susceptible to rice stripe virus and planthoppers. The milled rice of this variety exhibits translucent, clear non-glutinous endosperm and short grain shape. 'Migwang' has better palatability index of cooked rice than that of Hwaseongbyeo. The whole grain rate of milled rice and milled rice recovery of 'Migwang' are higher than those of Hwaseongbyeo as 96.8% and 73.1%, respectively. 'Migwang' has 5.5 MT/ha in milled rice. 'Migwang' could be adaptable to the middle plain area, mid-western and southeastern costal areas and mid-mountainous areas in Korea.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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