The objective of this study is to identify main-effect QTLs, epistatic QTLs, and the interactions between QTL and the environment associated with grain appearances of brown rice. A genetic linkage map was created with 172 DNA markers spanning 12 rice chromosomes based on 120 DH lines, which derived from a cross between 'Samgang'(Tongil) and 'Nagdong'(Japonica). One thousandgrain weight, length, width, length-to-width ratio, and thickness were evaluated regarding the DH population. Twenty independent QTLs and fourteen epistatic QTLs were identified in using CIM by two programs, known as WinQTLcart2.5 and QTLMAPPER. The QTLs of qgw9.1 in an interval of RM434-RM242 on chromosome 9 and qgw11.1 at a peak marker of RM287 on chromosome 11 for one thousand-grain weight, qgwi2.2 for grain width at a peak marker of RM450, qlw2.1 for length-to-width ratio flanked by RM492 and RM324, and qgt2.1 for thickness flanked by 2009 and RM492 on chromosome 2 were detected over two years, which can be considered as stable QTLs. The epistatic effect might be an important component for genetic basis of one thousand-grain weight and width. The main-effect QTLs of grain width and length to width ratio were easily influenced by environments.
Lee, Ji Yoon;Cho, Jun Hyeon;Kang, Ju Won;Shin, Dong Jin;Kim, Tae Heon;Song, You Chun;Han, Sang Ik;Park, Dong Soo;Son, Young Bo;Cho, Su Min;Oh, Myeong Kyu
한국작물학회:학술대회논문집
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한국작물학회 2017년도 9th Asian Crop Science Association conference
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pp.101-101
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2017
This study was carried out to improve yield potential of Tongil type rice variety based on QTLs analysis associated with yield component using a total of 386 rice recombinant inbred lines (RILs) derived from a cross between Tongil type high yield variety "Hanareum2" and Japonica variety "Unkwang". 384 SNP markers were used, and 241 of them (62.6%) were polymorphic between Hanareum2 and Unkwang. One hundred forty-four QTLs in 11 traits, such as heading days, were detected. Most of them were 21 QTLs associated with 1000 grain weight and the least was 8 QTLs associated with panicle number. The QTL, qDTH3-2 associated with days to heading was identified to delay heading date for 2.4~2.6 day. Eleven QTLs were associated with culm length. The QTL, qCL1-2 on chromosome 1, was identified to decrease culm length. A total of 16 QTLs were detected for panicle length. Three QTLs, qPL3, qPL6, and qPL7-1 were increased panicle length. Seven QTLs related to panicle number except qPN7 were increased the number of panicle. Four QTLs related to grain number per panicle, qGNP2-1, qGNP6, and qGNP7, were increased the number of grains. Three QTLs associated with grain filling rate, qGFR1, qGFR2-2, and qGFR7-1 were increased grain filling rate. Twelve QTLs associated with 1,000 grain weight. were increased the grain weight. Fourteen QTLs were identified associated with grain length. 10 QTLs, such as qGL1-1, were increasing grain. Fifteen QTLs associated with grain width were detected. The 8 QTLs, such as qGW1-1, were elongated grain width. Seventeen QTLs were associated with grain thickness, and ten QTLs of them were increased grain thickness. We need further study to develop introgression lines of each QTL to improve yield potential of Tongil type rice variety.
The amino acid composition of rice is a major concern of rice breeders because amino acids are among the most important nutrient components in rice. In this study, a genetic map was constructed with a population of 134 recombinant inbred lines (RILs) from a cross between Dasanbyeo (Tongil-type indica) and TR22183 (temperate japonica), as a means to detect the main and epistatic effect quantitative trait loci (QTLs) for the amino acid content (AAC). Using a linkage map which covered a total of 1458 cM based on 239 molecular marker loci, a total of six main-effect QTLs (M-QTLs) was identified for the content of six amino acids that were mapped onto chromosome 3. For all the M-QTLs, the TR22183 allele increased the trait values. The QTL cluster (flanked by id3015453 and id3016090) on chromosome 3 was associated with the content of five amino acids. The phenotypic variation, explained by the individual QTLs located in this cluster, ranged from 10.2 to 12.4%. In addition, 26 epistatic QTLs (Ep-QTLs) were detected and the 25 loci involved in this interaction were distributed on all nine chromosomes. Both the M-QTLs and Ep-QTLs detected in this study will be useful in breeding programs which target the development of rice with improved amino acid composition.
The rice bran oil contained in brown rice is composed of highly valued ingredient. Improving the content of unsaturated fatty acids in rice seed, such as oleic acid, linoleic acid, and ${\alpha}$-linolenic acid, would provide more benefit to human health. Fatty acid content is quantitative trait controlled by multiple genes. We have utilized high-density SNP data from highly advanced breeding populations to identify QTLs for fatty acid contents in brown rice. Here, we identified 51 major QTLs (M-QTLs) and 25 epistatic QTLs (EpQTLs) related to eleven fatty acid contents. Eight and four M-QTLs were pleiotropically associated with the content of different fatty acids in MT-RILs and DT-RILs, respectively. Total effect of M-QTLs for palmitic acid (16:0), oleic acid (18:1), and linoleic acid (18:2), could explain phenotypic variations of 36.7%, 63.7%, and 41% in MT-RILs, respectively. Alpha-linolenic acid which is important for a human's health could be explained phenotypic variation of 15.7% by six M-QTLs. These QTLs identified in this study can be used to improve nutritious content in rice breeding programs.
Cho, Young-Il;Jiang, Wenzhu;Chin, Joong-Hyoun;Piao, Zhongze;Cho, Yong-Gu;McCouch, Susan R.;Koh, Hee-Jong
Molecules and Cells
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제23권1호
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pp.72-79
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2007
Demand for low-input sustainable crop cultivation is increasing to meet the need for environment-friendly agriculture. Consequently, developing genotypes with high nutrient use efficiency is one of the major objectives of crop breeding programs. This study was conducted to identify QTLs for traits associated with physiological nitrogen use efficiency (PNUE). A recombinant inbred population (DT-RILs) between Dasanbyeo (a tongil type rice, derived from an indica ${\times}$ japonica cross and similar to indica in its genetic make-up) and TR22183 (a Chinese japonica variety) consisting of 166 $F_8$ lines was developed and used for mapping. A frame map of 1,409 cM containing 113 SSR and 103 STS markers with an average interval of 6.5 cM between adjacent marker loci was constructed using the DT-RILs. The RILs were cultivated in ordinary-N ($N-P_2O_5-K_2O=100-80-80kg/ha$) and low-N ($N-P_2O_5-K_2O=50-80-80kg/ha$) (100 kg/ha) conditions. PNUE was positively correlated with the harvest index and grain yield in both conditions. Twenty single QTLs (S-QTLs) and 58 pairs of epistatic loci (E-QTLs) were identified for the nitrogen concentration of grain, nitrogen concentration of straw, nitrogen content of shoot, harvest index, grain yield, straw yield and PNUE in both conditions. The phenotypic variance explained by these S-QTLs and E-QTLs ranged from 11.1 to 44.3% and from 16.0% to 63.6%, respectively. The total phenotypic variance explained by all the QTLs for each trait ranged from 35.8% to 71.3%, showing that the expression of PNUE and related characters depends signify- cantly upon genetic factors. Both S-QTLs and E-QTLs may be useful for marker-assisted selection (MAS) to develop higher PNUE genotypes.
Comparison of maps and QTLs between populations may provide us with a better understanding of molecular maps and the inheritance of traits. We developed and used two reciprocal $BC_1F_1$ populations, IP/DS//IP and IP/DS//DS, for QTL analysis. DS (Dasanbyeo) is a Korean tongil-type cultivar (derived from an indica x japonica cross and similar to indica in its genetic make-up) and IP (Ilpumbyeo) is a Korean japonica cultivar. We constructed two molecular linkage maps corresponding to each backcross population using 196 markers for each map. The length of each chromosome was longer in the IP/DS//IP population than in the IP/DS//DS population, indicating that more recombinants were produced in the IP/DS//IP population. Distorted segregation was observed for 44 and 19 marker loci for the IP/DS//IP and IP/DS//DS populations, respectively; these were mostly skewed in favor of the indica alleles. A total of 36 main effect QTLs (M-QTLs) and 15 digenic epistatic interactions (E-QTLs) were detected for the seven traits investigated. The phenotypic variation explained (PVE) by M-QTLs ranged from 3.4% to 88.2%. Total PVE of the M-QTLs for each trait was significantly higher than that of the E-QTLs. The total number of M-QTLs identified in the IP/DS//IP population was higher than in the IP/DS//DS population. However, the total PVE by the M-QTLs and E-QTLs together for each trait was similar in the two populations, suggesting that the two $BC_1F_1$ populations are equally useful for QTL analysis. Maps and QTLs in the two populations were compared. Eleven new QTLs were identified for SN, SF, GL, and GW in this study, and they will be valuable in marker-assisted selection, particularly for improving grain traits in tongil-type varieties.
Wild progenitor species provide potential gene sources for complex traits such as yield and multiple resistances to biotic and abiotic stresses, and thus are expected to contribute to sustainable food supplies. An introgression line 'IR71033-121-15' was derived from a wild species Oryza minuta (2n = 48, BBCC, Acc No. 101141) at IRRI. Introgression analysis using 530 SSR and STS markers revealed that at least 14 chromosomal segments distributed over 12 chromosomes had been introgressed from O. minuta. An $F_{2:3}$ population from the cross between IR71033 and Junambyeo (a Korean japonica cultivar) consisting of 146 lines was used for quantitative trait loci (QTL) analysis of 16 agronomic traits. A total of 36 single-locus QTLs (S-QTLs) and 45 digenic epistasis (E-QTLs) were identified. In spite of it's inferiority of O. minuta for most of the traits studied, its alleles contributed positively to 57% of the QTLs. The other QTLs originated from either parent, IR71033 or Junambyeo. QTLs for phenotypically correlated traits were mostly detected on introgressed segments. Fourteen QTLs corresponded to QTLs reported earlier, indicating that these QTLs are stable across genetic backgrounds. Twenty-two QTLs controlling yield and its components had not been detected in previous QTL studies. Of these, thirteen consisted of potentially novel alleles from O. minuta. QTLs from O. minuta introgression could be new sources of natural variation for the genetic improvement of rice.
This study was conducted to map quantitative trait loci (QTLs) related to drought stress tolerance. An introgression line population derived from a cross, "Ilpum" / "Moroberekan" was used in this study. $F_1$ plants were backcrossed three times to Ilpum to produce $BC_3F_1$ plants. These plants were advanced by selfing for four generation and a total of 117 $BC_3F_5$ introgression lines were developed. These lines were evaluated for percent seed set and spikelets per panicle under the control (field) and drought condition. To identify QTLs related to drought tolerance, 134 SSR markers showing polymorph isms between the parents were genotyped for the 117 $BC_3F_5$ lines. A total of 6 QTLs associated with drought stress were detected on chromosomes 1, 3, 4, 7 and 10. These include two QTLs for phenotypic acceptability, two QTLs for percent seed set ($R^2$ = 19.0 - 20.9%), and two QTLs for spikelets per panicle ($R^2$ = 22.3 - 23.10%). The Moroberekan alleles at three loci contributed the positive effect for drought tolerance. The SSR markers linked to drought stress tolerance can not only facilitate the selection of valuable genes from Moroberekan, but also allow identification of lines with drought tolerance.
Improvement of the macro- and micro-elements density of rice (Oryza sativa L.) is gradually becoming a new breeding objective. In this study, the genomic regions associated with potassium, calcium, magnesium and iron content in rice grain were identified and characterized by using a doubled haploid (DH) population. Fifty-six simple sequence repeat (SSR) and one hundred and twelve sequence tagged site (STS) markers were selected to construct the genetic linkage map of the DH population with a full length of 1808.3cM scanning 12 rice chromosomes. Quantitative trait loci (QTLs) were detected, and QTL effects and QTL interactions were calculated for five traits related to macro- and micro-elements in the DH population from a cross between 'Samgang' (Tongil) and 'Nagdong' (Japonica). Twelve QTLs were located on five chromosomes, consisting of two QTLs for potassium, three QTLs for calcium, two QTLs for magnesium, one QTL for iron content and four QTLs for the ratio of magnesium to potassium (Mg/K). Among them, qca1.1 was detected on chromosome 1 with an LOD value of 8.58 for calcium content. It explained 27% of phenotype variations with increasing effects from 'Samgang' allele. Furthermore, fifteen epistatic combinations with significant interactions were observed on ten chromosomes for five traits, which totally accounted for 4.19% to 12.72% of phenotype variations. The screening of relatively accurate QTLs will contribute to increase the efficiency of marker-assisted selection (MAS), and to accelerate the establishment of near-isogenic lines (NILs) and QTL pyramiding.
Soybean [Glycine max (L.) Merr.] seed weight is a important trait in cultivar development. Objective of this study was to identify and confirm quantitative trait loci (QTLs) for seed weight variation in the F2 and F2:3 generations. QTLs for seed weight were identified in F2 and F2:3 generations using interval mapping (MapMaker/QTL) and single-factor analysis of variance (ANOVA). In the F2 plant generation (i.e., F3 seed), three markers, OPL9a, OPM7a, and OPAC12 were significantly (P<0.01) associated with seed weight QTLs. In the F2:3 plant row generation (i.e., F4 seed), five markers, OPA9a, OPG19, OPL9b, OPP11, and Sat_085 were significantly (P<0.01) associated with seed weight QTLs. Two markers, OPL9a and OPL9b were significantly (P<0.05) associated with seed weight QTLs in both generations. Two QTLs on USDA soybean linkage group C1 and R were identified in both F2 and F2:3 generations using interval mapping. The linkage group C1 QTL explained 16% of the variation in seed weight in both generations, and the linkage group R QTL explained 39% and 41% of the variation for F2 and F2:3 generation, respectively. The linkage group C2 QTL identified in F2:3 generation explained 14.9% of variation. Linkage groups C1, C2 and R had previously been identified as harbouring seed size QTLs. The consistency of QTLs across generations and populations indicates that marker-assisted selection is possible in a soybean breeding program.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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