Napló lista menü

Eszközök

Kövesse a naplót

USDA – ARS, Növényi stressz és csíraplasmák fejlesztési egysége, Termesztési Rendszerek Kutatólaboratórium, Lubbock, TX, 79415

A védjegy vagy a védett termék megemlítése nem jelenti a termék garanciavállalását vagy szavatosságát az USDA részéről, és nem jelenti jóváhagyást, kizárva más, szintén megfelelő termékeket. Az USDA esélyegyenlőségi szolgáltató és munkaadó.

Minden jog fenntartva. A folyóirat egyetlen részét sem a kiadó írásbeli engedélye nélkül, sem elektronikus formában, sem mechanikus módon, beleértve a fénymásolást, a felvételt, vagy bármilyen információ tárolási és visszakeresési rendszert sem szabad reprodukálni vagy továbbítani. Az itt található anyagok nyomtatásához és újranyomtatásához a kiadó engedélyt kapott.

Absztrakt

Két allélos cirok [Cirok bicolor (L.) Moench] felálló levél (erl) mutánsokat izoláltunk egy Annotated Individual-pedigreed Mutagenized Sorghum (AIMS) mutáns könyvtárból, amelyet a növényi stressz és csírafolyás-fejlesztési egységnél fejlesztettek ki Lubbockban, TX. A két mutáns, erl1‐1 (Reg. Szám: GS-739, PI 673426) és erl1‐2 (Rend. Sz. GS-740, PI 673427) két egymástól függetlenül törzskönyvezett M3 családból izoláltak etil-metánszulfonáttal mutagenizált állapotban egy kiemelkedő cirok beltenyésztett vonalban, a BTx623-ban, amelyet a cirok genomjának szekvenálására használtak. Mindkét mutánst háromszor kereszteztük a vad típusú (WT) BTx623-hoz, és kimutatták, hogy stabil recesszív mutáció egy nukleáris génen. A két mutáns keresztezésének F1 növényei az egyenes levél fenotípust mutatták, jelezve, hogy a két mutánsban az erektív levél fenotípust eredményező mutációk allélok. Mindkét mutánsnak egyenes és kissé rövid levele van, csökkent magassága. Mindkét mutáns panikula három hátkereszt után is kisebb, mint a WT. Ezek a mutánsok, mint egyetlen gén által közvetített erősen behatoló tulajdonság, új erőforrásként szolgálhatnak a lombkorona architektúrájának megtervezéséhez a sugárzás befogásának optimalizálása érdekében, valamint a biomassza és a szemtermés növelése érdekében.

Rövidítések

Az egyenes levél fontos építészeti tulajdonság, amely a 60-as években indított zöld forradalom óta folyamatosan növeli a kukorica hibridjeit (Duvick és Cassman, 1999). Mind a modellezés, mind a terepi kísérletek azt mutatták, hogy a felálló levél tulajdonságának jelentős terméselőnye van a lapos vagy lelógó levelekkel szemben (Pendleton et al., 1968; Duncan, 1971; Pepper et al., 1977). A felálló levélfelépítés csökkenti az alsó levelek árnyékolását, jobb fényeloszlást tesz lehetővé az alsó lombkoronán, és ezáltal nagyobb növénysűrűséget tesz lehetővé (Fellner et al., 2006; Tian et al., 2011; Narayanan et al., 2013). Ezenkívül a felálló levelek miatti megnövekedett levélterület-index fontos nitrogénforrásként is szolgál a gabonatöltés során (Sinclair és Sheehy, 1999). Következésképpen az összes jelenlegi kukorica (Zea mays L.) az Egyesült Államokban termesztett hibridek felálló levélfelépítéssel rendelkeznek. A merev levél tulajdonság vonzónak bizonyult a rizsben is (Oryza sativa L.) és más növények (Sakamoto és Matsuoka, 2004; Sakamoto és mtsai, 2006; Li és mtsai, 2009; Isidro és mtsai, 2012).

A kukoricától eltérően a cirok architektúrája [Cirok bicolor (L.) Moench] hibridek lapostól lecsüngőig terjednek. A cirok felépítése az elmúlt 50 évben nagyjából változatlan maradt (Assefa és Staggenborg, 2011). A cirok lombkoronájának javításához a biomassza és a gabonatermelés növelése érdekében új, előnyös architektúrájú csírákra van szükség. Beszámoltak egyenes levelű genetikai állományokról, például ligulens és rövid levélmutánsokról (Singh és Drolsom, 1973; Burow és mtsai, 2013), de ezeket nem építették be a cirok tenyésztési programjába. Itt regisztrálunk két allélikus egyenes levelet (erl) cirok mutánsai, erl1‐1 (Reg. Szám: GS-739, PI 673426) és erl1‐2 (Reg. No. GS-740, PI 673427), etil-metánszulfonát által indukált mutáns könyvtárból izolálva, amelyet vezető cirok beltenyésztett vonalban fejlesztettek ki, BTx623 (Xin és mtsai, 2008; Xin és mtsai, 2009). Mivel a BTx623-ban kitűnő minőségű teljes genomszekvencia készült el, és a mutánsok egyébként azonos genetikai háttérrel rendelkeznek, ezek az allélmutánsok a mutáns leképezéses megközelítéssel segíthetik a gén azonosítását (Abe et al., 2012). A korábban közölt építészeti mutánsokkal együtt ez a két allél felálló levélmutáns felhasználható a cirok lombkorona architektúrájának javítására, amelynek célja a biomassza-termelés, a gabonatermelés vagy mindkettő növelése.

Mód

A cirok mutáns könyvtár generálása

A cirok mutáns könyvtárat a korábban leírtak szerint állítottuk elő (Xin és mtsai., 2008). Röviden, a levegőn szárított BTx623 magokat 0,10, 0,15, 0,20 és 0,25% etil-metánszulfonátban (v/v) vízben áztattuk 16 órán át, 25 ° C-on rotációs rázógépen, 50 fordulat/perc sebességgel. A csapvízzel végzett alapos mosás után a magokat rövid időre megszárítottuk, mielőtt a szántóföldre ültettük volna. A kezelt magokat M1 magoknak neveztük el. Az M1 növényeket egy antiszézis előtt 400 súlyú esőálló papírporzacskóval (Lawson Bags) zsákozták be, hogy megakadályozzák a keresztporzást. A magokat rakó pánikokat kézzel gyűjtötték be, és egyenként csépelték. Mindegyik termékeny panicát M2 fejjel ábrázoltuk. Mindegyik M2 fejlécről csak egy termékeny panikát használtak az M3 magok előállításához. Mindegyik M3 családot egy mintaként ültettük el a fenotípus értékeléséhez. A telek hossza 4,67 m, a sortávolság 1,02 m. Az M3 parcellák ültetési aránya parcellánként 80 mag volt. A vizet és a műtrágyákat felszín alatti csepegtető öntözéssel látták el, szükség szerint az optimális növekedési állapot fenntartásához.

A felálló levélmutánsok kiválasztása

A rendszerindítási szakasz körül minden egyes M3 görbét gondosan megvizsgáltunk az egyes növények esetében, amelyeknél a nem mutált BTx623-nál élesebb levélszögek voltak, a továbbiakban vad típusúak (WT). Azokban a parcellákban, amelyek több, egyenes levél felépítésű növény számára szegregáltak, az egyik növényt megcímkéztük és betakarítottuk, hogy megerősítsük a fenotípust a következő generációban. Az értékelt 6000 M3 család közül több mint 40 vonal különült el a különböző merevségű levelek miatt. A legegyenesebb levéllel (a legszűkebb levélszöggel) rendelkező vonalak közül kettőt izoláltunk 2011-ben két független M3 családból. Mindkét mutáns stabil felálló leveles tulajdonságot mutatott mind a szántóföldi, mind az üvegházi körülmények között az elmúlt 3 év megfigyelés során. A megerősített mutánsokat kereszteztük a WT BTx623-hoz. Az F1 növényeket és az F2 növények szegregációs arányát alkalmaztuk a felálló levél tulajdonságának öröklődésének tanulmányozására.

Levélszög és agronómiai tulajdonságok

Jellemzők

Öröklődése erl Mutánsok

Mindkét felálló levélmutáns recesszív mutáció, mivel a WT BTx623 és bármelyik mutáns F1 növényeinek WT levélszöge volt. Amikor a két mutánst kereszteztük egymással, az összes F1 növénynek felállt a levele, ami azt jelzi, hogy a két mutáció ugyanabból a lókuszból származik, vagy egymással allél. A merevedési tulajdonság szegregációját az F2 populációban terepi körülmények között elemeztük. Az F2 populációt 12 sorban, 4,67 m hosszúságban növelték. Az egyes növényeket a levélfelépítés szempontjából pontozták, közülük 243 vad típusú levélfelépítést és 78 növény egyenes leveleket mutat. Ez az arány összhangban volt egyetlen recesszív nukleáris génmutációval (P = 0,77).

Levéljegyek

Mindkét erl1‐1 és erl1‐2 legyenek hegyesebb szögei a növények összes ép levele számára (1. ábra). A WT BTx623-ban az összes levél, beleértve a zászlót is, lefelé hajlik. A mutánsokban minden levél majdnem egyenes, csak kissé lefelé hajlik. A WT BTx623-ban a 2. szög (a fő hajtás és a levél alapjától a levél hegyéig terjedő vonal között) sokkal nagyobb, mint az 1. szög (a fő hajtás és a levél alapjától a levél lapjának inflexiós pontjáig terjedő vonal között). P érték

A BTx623 és erl1‐1 és erl1‐2 mutánsok. Fiziológiai éréskor a tipikus BTx623 és erl1‐1 és erl1‐2 mutánsokat terepről stúdióba transzplantáltak és lefényképezték.

Levélpozíció BTx623 erl1‐1erl1‐2Szög 1 Szög 2 Szög 1 Szög 2 Szög 1 Szög 2

Második	38 ± 19,4	73 ± 34,5	19,2 ± 1,4	21 ± 3,0	15 ± 1,3	18 ± 6,2
Harmadik	34 ± 10,9	71 ± 31,5	23 ± 1,6	24 ± 5,1	17 ± 4,5	21 ± 3,1
Negyedik	41 ± 17,6	77 ± 23,6	21 ± 6,7	22 ± 12,0	19 ± 3,6	22 ± 12
Ötödik	39 ± 13,3	75,9 ± 20,7	23 ± 8,7	27 ± 8,1	23 ± 8,7	27 ± 8,1
Hatodik	41 ± 13,7	78 ± 18,9	26 ± 5,7	24 ± 10,2	26,2 ± 5,7	24,7 ± 10,2

† Az 1. szög arra a szögre vonatkozik, amelyet a hajtás képez a vonallal a levél alapjától az inflexiós pontig, ahol a levél penge lefelé hajlik. A 2. szög arra a szögre vonatkozik, amelyet a hajtás képez a levél alapjától a levél csúcsáig tartó vonallal.

A BTx623 és a levél hossza erl1‐1 és erl1‐2 mutánsok. Megmértük és ábrázoltuk a zászló levélétől számított második és hatodik levél közötti hosszúságot. Nagy eltérések és szakadás miatt a zászló levél (az első levél) nem került meghatározásra.

Egyéb agronómiai tulajdonságok

BTx623 erl1‐1erl1‐2

Virágzás napja (d)	57 ± 1,6	60 ± 1,7	61 ± 2,0
Magasság (cm)	126 ± 4,1	106 ± 5,6	105 ± 10,8
Megterhelés (cm)	5,2 ± 1,9	10,8 ± 3,2	10,2 ± 1,9
Panicle hossza (cm)	31 ± 2,0	23 ± 2.4	23 ± 3.4
Vetőmag tömege panikánként (g)	82 ± 8.1	40 ± 10,3	42 ± 12,3
100 gabona súly (g)	2,9 ± 0,09	3,0 ± 0,03	3,01 ± 0,03

A felálló levélmutánsok hasznossága

A erl1‐1 és erl1‐2 mutánsokat izoláltunk egymástól függetlenül mutagenizált családokból, a BTx623 egyébként egységes genetikai háttérrel. Így ez a két mutáns anyagként szolgálhat a levélszöget szabályozó gén genetikai térképezéssel, térképalapú klónozással vagy következő generációs térképezéssel történő azonosításához (Murphy és mtsai, 2011; Abe és mtsai, 2012; Lin és mtsai., 2012). A cirgot a biomassza-termelés célzott növényeként javasolták a bioenergia előállítására (Rooney és mtsai, 2007; Olson és mtsai, 2012). Ezek a felálló levélmutánsok felhasználhatók a biomassza-cirok levélszögének javítására a biomassza-termelés növelésére a növénysűrűség növelésével. Két független allél felálló levélmutáns különösen hasznos lehet a nagy biomasszájú hibridek kifejlesztésében. Például egy allél, mint pl erl1‐1, beépülhet a férfi szülőbe, míg a másik allél a női szülőbe. Mivel a két független allélnek különböző háttérmutációkat kell hordoznia, amelyek az erektált levél tulajdonságához kapcsolódnak, ezek a mutációk kiegészülnek az F1 növényekben.

Széles körűen értékelni kell ennek a két felálló levélmutánsnak a szemtermés javításában rejlő előnyeit. Az utóbbi 3 év megfigyeléséből kitűnik, hogy ennek a két allélmutánsnak kisebb a páncélja és alacsonyabb a szemtermése, mint a WT BTx623-nak. Ez a két felálló levélmutáns azonban nagyobb sűrűségben ültethető, mivel a talaj felszíni területe, amelyet a levelek, a hajtás és a panicle borít a szemcséig töltési időszakban,

Elérhetőség

Ennek a két allélikus, egyenes levélmutánsnak a vetőmagját letétbe helyezték az USDA Nemzeti Növényi Csírazárórendszerben (NPGS), és kutatási célokra rendelkezésre állnak. Kis mennyiségű vetőmag kérhető az NPGS-től vagy a megfelelő szerzőtől. Kérjük, hogy a vonalak forrását ismerjék el, és ezt a regisztrációt tegyék meg, amikor hivatkoznak ezekre az anyagokra, és amikor ezek az anyagok hozzájárulnak a marker fejlesztéséhez, kutatási publikációkhoz vagy fajták fejlesztéséhez.

Köszönetnyilvánítás

A szerzők köszönetet mondanak Lan Liu ‐ Gitznek, Rachel Smithnek és Halee Hughes-nak a kiváló technikai támogatásért. Ezt a munkát az Egyesült Sorghum Checkoff Program és az ARS CRIS 6208-21000-017-0000D projekt támogatja.