Kim, Me-Sun;Ouk, Sothea;Jung, Kuk-Hyun;Song, Yoohan;Le, Van Trang;Yang, Ju-Young;Cho, Yong-Gu
Plant Breeding and Biotechnology
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v.7
no.3
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pp.272-286
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2019
Developing elite hybrid rice varieties is one important objective of rice breeding programs. Several genes related to male sterilities, restores, and pollinators have been identified through map-based gene cloning within natural variations of rice. These identified genes are good targets for introducing genetic traits in molecular breeding. This study was conducted to breed elite hybrid lines with major genes related to hybrid traits and disease/insect resistance in 240 genetic resources and F1 hybrid combinations of rice. Molecular markers were reset for three major hybrid genes (S5, Rf3, Rf4) and thirteen disease/insect resistant genes (rice bacterial blight resistance genes Xa3, Xa4, xa5, Xa7, xa13, Xa21; blast resistance genes Pita, Pib, Pi5, Pii; brown planthopper resistant genes Bph18(t) and tungro virus resistance gene tsv1). Genotypes were then analyzed using molecular marker-assisted selection (MAS). Biological assay was then performed at the Red River Delta region in Vietnam using eleven F1 hybrid combinations and two control vatieties. Results showed that nine F1 hybrid combinations were highly resistant to rice bacterial blight and blast. Finally, eight F1 hybrid rice varieties with resistance to disease/insect were selected from eleven F1 hybrid combinations. Their characteristics such as agricultural traits and yields were then investigated. These F1 hybrid rice varieties developed with major genes related to hybrid traits and disease/insect resistant genes could be useful for hybrid breeding programs to achieve high yield with biotic and abiotic resistance.
This study was carried out to investigate changes of chemical composition in seed, germination percentage, and seedling growth of two F$_1$ hybrid rices(V20A/Cheongcheongbyeo, IR62829A/Cheongcheongbyeo) during germination compared with their parents (V20B, IR62829B and Cheongcheongbyeo) and check variety(Samgangbyeo). F$_1$ hybrid rice showed higher content of free amino acid, inorganic elements, ($P_2O_5$, $K_2$O, MgO) and total sugar, and higher a-amylase activity in brown rice than those of their parents and check variety during germination. Therefore$F_1$hybrid rices showed hybrid vigor in germination percentage at 33 hour and 48 hour after sowing. $F_1$ Hybrid rices also showed /heterosis in seedling growth was different between V20A/Cheongcheongbyeo and IR 62829A/Cheongcheongbyeo. There were positive significant correlation between a-amylase activity and germination percentage, and seedling growth.
Nine hybrid rices crossed between Korean cytoplasmic-genetic male sterile rices having the WA cytoplasm and the Korean restorer lines or varieties, HR1619A/Nampungbyeo, HR1619A/Gayabyeo, HR1619A/Line234, TongilA/Nampungbyeo, TongilA/Cheongcheongbyeo, Suwon 296A/Line 209, Suwon 296A/Line 237, Suwon 296A/Line 252 and Line 201A/Line 234, and their parents were grown at Yeungnam University in 1984. The rough rice yield of the hybrids Line 201A/Line 234, TongilA/Nampungbyeo and HR1619A/Nampungbyeo were 939, 927 and 900 Kg/10a respectively. The heterosis(F$_1$/Midparent) of the above three hybrids was 40%, 20% and 19%, the heterobeltiosis(F$_1$/Better parent) was 36%, 17% and 10%, and the standard heterosis (F$_1$/Standard variety, Cheongcheongbyeo) was 19%, 17% and 14% respectively. The hybrids HR1619A/ Gayabyeo and Suwon 296A/Line 237 showed negative heterosis in grain yield. Significant heterobeltiosis for grain number per panicle was found while less or no heterobeltiosis was observed in panicle number per hill, 1000-grain weight and grain fertility. The bacterial leaf blight disease reaction of the hybrids tested was almost the same as that of one parent at least. The amylose content of the hybrids was medium to low the same as their parents. The protein content and alkali digestion value of the hybrids were almost the same as their parents.
This study was conducted to clarify high yielding factors of F$_1$ hybrids in terms of the growth characteristics, canopy structure, nitrogen content and nitrogen profile in the canopy. Varieties used in this study were four hybrid rices showing different heterosis in grain yield and their parents. Varieties of Japonica were Reimei (maintainer), TP 681 and TP 1278(restorers), and F$_1$ (Reimei ms ${\times}$ TP 681, Reimei ms ${\times}$ TP 1278) hybrid rices. Those of Indica type were 1378 (maintainer), Milyang 46 and Suweon 287(restorers), and F$_1$ (1378 ms ${\times}$ Milyang 46, 1378 ms ${\times}$ Suweon 287) hybrid rices. High heterosis in F$_1$ hybrid rices were shown in panicles per hill and spikelets per panicle, being greatest in spikelets per panicle. Spikelets per square meter expressed even greater heterosis than those two yield components because of multiplicative effect of them. Heterosisof ripened concentration of leaf nitrogen and steeper gradient of leaf nitrogen in canopy strata but also better productive structure in favor of light interception seemed to have led to higher canopy photosynthesis of F$_1$ hybrids and subsequent higher partition of assimilates for leaf area expantion especially during vegetative growth stage. Higher dry matter production, resulting from these factors, during vegetative stage would have contributed to the production of greater number of spikelets per square meter, and consequently to higher grain yield in F$_1$ hybrids.
This study was conducted to breed various cytoplasmic genetic male sterile (CGMS) and restorer lines with backgrounds of Korean japonica rice varieties. The CGMS line BT-CMS was crossed with the restorer line AR-3. The fertile $F_1 was emasculated and crossed with the Korean japonica rice varieties of the early maturing Sobaegbyeo, Odaebyeo, Gwanagbyeo and Daeseongbyeo, and of the medium maturing Hwajinbyeo, Paldal, Suwon 224 and Iri 386, and of the late maturing Nagdongbyeo, Palkweng, Hwacheongbyeo and Milyang 97. Each of the three way cross $F_{1S} was segregated into fertile and sterile individuals. The sterile individuals in each cross were discarded and the fertile individuals were emasculated and backcrossed with the Korean japonica rice varieties. The same process was applied from BC$_1$F$_1$ to BC$_4$F$_1$ generation. In the ${BC_4}{F_1}of each cross, the male sterile individual was crossed with the recurrent Korean japonica variety which was maintainer of male sterility. The male sterile lines of ${BC_6}{F_1}were named as Sobaegbyeo R, Odaebyeo R, Gwanagbyeo R, etc. The fertile individuals homozygous in pollen fertility were selected from the ${BC_4}{F_2}generation and named as Sobaegbyeo R, Odaebyeo R, Gwanagbyeo R, etc. Agronomic characteristics of the CGMS, restorer lines with backgrounds of Korean japonica, and the recurrent Korean japonica rice varieties grown in the field condition were compared. Culm length of the CGMS lines tended to be shorter than that of the recurrent parent, however no significant differences in heading date, panicle length and yield component were found among the CGMS, restorer and recurrent lines.
Functional stay-green is a beneficial trait that may increase grain yield through the sustained photosynthetic competence during monocarpic senescence in cereal crops. The temporal changes of photosynthesis and related characteristics throughout the grain filling period of a stay-green japonica rice "SNU-SG1" was compared in growth chamber conditions with three high-yielding cultivars(HYVs) and their $F_1$ hybrids with SNU-SG1. SNU-SG1 exhibited a typical characteristic of functional stay-green in terms of chlorophyll degradation and photosynthetic competence during grain filling. According to the photosynthesis-light response curve measured at 10 and 35 d after heading for the flag leaf, SNU-SG1 exhibited higher initial light conversion efficiency and thus higher gross photosynthetic rate at light saturation compared to HYVs. Light saturation point was not different among genotypes, ranging from 1000 to 1500 ${\mu}mol$ photon $m^{-2}s^{-1}$. Net photosynthetic rate at light saturation($P_{max}$) of the upper four leaves in SNU-SG1 was much higher and sustained longer throughout grain-filling than HYVs and $F_1$ hybrids. The sustained high photosynthetic competence of SNU-SG1 during grain filling was ascribed to the longer maintenance of high mesophyll conductance that resulted from not only high chlorophyll content and its delayed degradation but also the slow degeneration of photosystem II(PS II) as judged by chlorophyll fluorescence($F_v/F_m$) of flag leaves. $F_1$ hybrids showed slow degeneration of photosystem II similar to the male parent SNU-SG1 while chlorophyll degradation pattern close to female parents, thus exhibiting a little higher $P_{max}$ than female parents. These results suggest that SNU-SG1 has a typical functional stay-green trait that can be utilized for increasing rice yield potential through the improved dry matter production during grain filling.
Ghimire, Sita Ram;Sohn, Eun-Young;Shin, Dong-Hyun;Lee, In-Jung;Kim, Kil-Ung
Journal of Life Science
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v.19
no.7
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pp.839-844
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2009
This experiment was conducted to evaluate pollen viability of Nakdongbyeo, transgenic rice lines, an F$_1$ hybrid from a cross between Milyang weedy rice and ABC-promoter transgenic rice line containing basta-resistant (bar) gene and subsequent selfed progenies, F$_2$ and F$_3$. The reaction of pollen with 3-{4,5 dimethylthiazolyl-2}-2,5-diphenyl monotetrazolium bromide (MTT) as a staining chemical immediately after pollen shedding showed maximum pollen viability of 86% in Nakdongbeyo, 75% in ABC-promoter transgenic rice line, 62% in ubiquitin-promoter transgenic line, 68% in F$_1$, 79% in F$_2$ and 78% in F$_3$. Viability gradually declined during subsequent observations at 20-minute intervals. However, there was a drastic decline in pollen viability after 40 minutes of pollen shedding. The mean difference of pollen viability among rice lines and time was highly significant, indicating significantly different pollen viabilities at different time intervals. Maximum viability of 36.2% was observed in F$_3$ and minimum viability of 3.5% was found in F$_2$ at 90 min after pollen shedding. Results of this experiment on pollen viability and longevity elucidate potential risks of pollen-mediated flow of herbicide-resistant gene from transgenic rice lines and possible integration of it into the weedy rice population.
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2017.06a
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pp.92-92
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2017
Bakanae disease is one of the most serious and oldest problems of rice production, which was first described in 1828 in Japan. This disease has also been identified in Asia, Africa, North America, and Italy. Germinating rice seeds in seed boxes for mechanical transplantation has caused many problems associated with diseases, including bakanae disease. Bakanae disease has become a serious problem in the breeding of hybrid rice, which involves the increased use of raising plants in seed beds. The indica rice variety Shingwang was selected as resistant donor to bakanae disease. One hundred sixty nine NILs, YR28297 ($BC_6F_4$) generated by five backcrosses of Shingwang with the genetic background of susceptible japonica variety, Ilpum were used for QTL analysis. Rice bakanae disease pathogen, CF283, was mainly used in this study and inoculation and evaluation of bakanae disease was performed with the method of the large-scale screening method developed by Kim et al. (2014). SSR markers evenly distributed in the entire rice chromosomes were selected from the Gramene database (http://www.gramene.org), and the polymorphic markers were used for frame mapping of a $BC_5F_5$ resistant line. Here, we developed 168 near-isogenic rice lines (NILs, $BC_6F_4$) to locate a QTL for resistance against bakanae disease. The lines were derived from a cross between Shingwang, a highly resistant variety (indica), and Ilpum, a highly susceptible variety (japonica). The 24 markers representing the Shingwang allele in a bakanae disease-resistant NIL, YR24982-9-1 (parental line of the $BC_6F_4$ NILs), were located on chromosome 1, 2, 7, 8, 10, 11, and 12. Single marker analysis using an SSR marker, RM9, showed that a major QTL was located on chromosome 1. The QTL explained 65 % of the total phenotype variation in $BC_6F_4$ NILs. The major QTL designated qBK1 was mapped in 91 kb region between InDel15 and InDel21. The identification of qBK1 and the closely linked SSR marker, InDel18, could be useful for improving rice bakanae disease resistance in marker-assisted breeding.
In this study we evaluated genetic divergence among six Tongil-type rice varieties and assessed the relationship between genetic distance and hybrid performance in all possible non-reciprocal crosses between them. The 15 F1 hybrids along with the six parents were evaluated for eight traits of agronomic importance including yield in a replicated field trial. The six parents were examined for DNA polymorphism using 120 random decamer oligonucleotide primers. A total of 168 polymorphic variants were generated and based on the polymorphism data, genetic distances (GDs) ranged from 0.157 to 0.383. Heterosis was observed in hybrids for most of the traits, and yield exhibited the highest heterosis among the eight traits examined. The correlation values of GDs with F1 performance were not significant. Also the correlations of GDs with midparent and better-parent heterosis were not significant except for spikelets per panicle. Our results have indicated that GDs based on the RAPDs markers may not be useful for predicting heterotic combinations in Tongil-type rice and are supportive of the idea that the level of correlations between hybrid performance and genetic divergence is dependent on the germlplasm employed.
Three F$_1$ hybrids, Seokwang/Milyang 54, HR1619-6-2-1-2-2/Milyang 54 and 55061/IR19735-5-2-3-2-1, and their parents were inoculated with each of four individual blast races, IC-l3, IH-l, IA-61 and IB-47, and the mixtures of two races, IC-13 and IH-l, IC-13 and IA-61, and IC-13 and IB-47, respectively. The varietal reactions to the tested races showed that two parental varieties of each cross, Seokwang and Milyang 54, HR1619-6-2-1-2-2 and Milyang 54, and 55061 and IR19735-5-2-3-2-1 have different resistance gene(s) respectively. The F 1 hybrids between two cultivars having different resistant genes were resistant to the mixture of two races of which one race was virulent to one parent and avirulent to the other parent respectively, while the parents of these F$_1$s were susceptible. This may suggest that the F$_1$ hybrids have wider spectrum resistance to leaf blast than their parents.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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