1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Генетика
  4. T. 59, № 11, 2023

Генетика, 2023, T. 59, № 11, стр. 1219-1229

Локализация хромосомных регионов, определяющих содержание магния и кальция у образцов риса

Ю. К. Гончарова 1, 3, *, В. В. Симонова 1, С. В. Гончаров 2, Н. А. Очкас 3

1 Федеральный научный центр риса
350921 пос. Белозерный, Краснодарский край, Россия

2 Кубанский государственный аграрный университет им. И.Т. Трубилина
350044 Краснодар, Россия

3 ООО “Аратай”, участник инновационного центра Сколково
143026 Москва, Россия

* E-mail: yuliya_goncharova_20@mail.ru

Поступила в редакцию 13.05.2023
После доработки 14.06.2023
Принята к публикации 15.06.2023

Аннотация

Отмечено широкое варьирование по признаку “содержание микро- и макроэлементов” как между подвидами, так и внутри видов и сортов риса. Магний как кофактор участвует более чем в 300 ферментативных реакциях и нужен для роста и развития как растений, так и человека. Он влияет на обмен углеводов и белковых веществ. От его концентрации зависят производство аденозинтрифосфата (АТФ), синтез нуклеотидов и глюкозы, регуляция окисления липидов. Кальций также необходим для формирования структуры клеточных стенок и их деления. Высокие концентрации кальция изменяют состав и состояние мембран эритроцитов, морфологические характеристики клетки. В то же время вариабельность по признакам отечественных сортов риса до сих пор не изучалась. Также не было исследований о локализации хромосомных регионов, ответственных за формирование признаков “содержание магния и кальция” у российских образцов риса. Установлено широкое варьирование содержания кальция (0.07–2.33%) и магния (2–14%) у отечественных образцов риса. Данные по фенотипированию отечественных сортов риса по признакам качества использовали для выделения контрастных по этим признакам групп сортов и источников. Проведен поиск хромосомных регионов, определяющих качество отечественных образцов, с использованием 58 распределенных по геному риса молекулярных маркеров (SSR) как сцепленных с признаком, так и нейтральных. Выделены пять локусов, определяющих содержание магния и кальция у отечественных сортов риса. Локусы, определяющие содержание магния, расположены на хромосомах 5, 6, 7, 8. Связанных с содержанием кальция было выделено четыре локуса: один на второй хромосоме (при уровне значимости 0.05) и по одному на второй, восьмой и пятой (при уровне значимости 0.09). На пятой хромосоме он расположен (RM 13; 28.6 cM) в непосредственной близости к региону расположения маркера RM 405 (28 cM), который связан с содержанием магния.

Ключевые слова: генетика, рис, вариабельность, локусы количественных признаков, качество, молекулярное маркирование, кальций, магний.

Список литературы

  1. Гончарова Ю.К., Харитонов Е.М., Малюченко Е.А., Бушман Н.Ю. Молекулярное маркирование признаков, определяющих качество зерна у российских сортов риса // Вавил. журн. генетики и селекции. 2018. Т. 26. № 1. С. 79–87. https://doi.org/10.18699/VJ18.334

  2. Фотев Ю.В., Пивоваров В.Ф., Артемьева А.М. и др. Концепция создания Российской национальной системы функциональных продуктов питания // Вавил. журн. генетики и селекции. 2018. Т. 22. № 7. С. 776–783. https://doi.org/10.18699/VJ18.421

  3. Харитонов Е.М., Гончарова Ю.К. Взаимосвязь между устойчивостью к высоким температурам и стабильностью урожаев у риса // Аграрная Россия. 2008. Т. 3. № 1. С. 2–24. https://doi.org/10.30906/1999-5636-2008-3-22-24

  4. Харитонов Е.М., Гончарова Ю.К., Иванов А.Н. Применение кластерного анализа для разделения сортов риса по реакции на изменение условий среды // Вестник Росс. акад. с.-х. наук. 2014. № 6. С. 32–35.

  5. Liu X.S., Feng S.J., Zhang B.Q. et al. OsZIP1 functions as a metal efflux transporter limiting excess zinc, copper and cadmium accumulation in rice // BMC Plant Biol. 2019. № 19. P. 283. https://doi.org/10.1186/s12870-019-1899-3

  6. Fan F., Long W., Liu M. et al. Quantitative trait locus mapping of the combining ability for yield-related traits in wild rice Oryza longistaminata // J. Agric. Food Chem. 2019. № 67. P. 8766–8772. https://doi.org/10.1021/ acs.jafc.9b02224

  7. Iseri L.T., Allen B.J., Ginkel M.L., Brodsky M.A. Ionic biology and ionic medicine in cardiac arrhythmias with particular reference to magnesium // Am. Heart J. 1992. V. 123. № 5. P. 1404–1409. https://doi.org/10.1016/0002-8703(92)91059-a

  8. Mubagwa K., Gwanyanya A., Zakharov S., Macianskiene R. Regulation of cation channels in cardiac and smooth muscle cells by intracellular magnesium // Arch. Biochem. Biophys. 2007. V. 458. № 1. P. 73–89.https://doi.org/10.1016/j.abb.2006.10.014

  9. Qu X., Jin F., Hao Y. et al. Magnesium and the risk of cardiovascular events: A meta-analysis of prospective cohort studies // PLoS One. 2013. V. 8. № 3. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0057720

  10. Сыркин А.Л., Салагаев Г.И., Сыркина Е.А., Лысенко А.В. Преимущества оротата магния для коррекции магний-дефицитных состояний у больных с различными формами нарушений ритма сердца // Кардиология и сердечно-сосудистая хирургия. 2019. Т. 12. № 4. С. 308–313.

  11. Sheehan J.P., Seelig M.S. Interactions of magnesium and potassium in the pathogenesis of cardiovascular disease // Magnesium. 1984. V. 3. № 4–6. P. 301–314. Corpus ID: 2095870.

  12. Leor J., Kloner R.A. An experimental model examining the role of magnesium in the therapy of acute myocardial infarction // Am. J. Cardiology. 1995. V. 75. № 17. P. 1292–1293. https://doi.org/10.1016/s0002-9149(99)80787-5

  13. Paravicini T.M., Chubanov V., Gudermann T. TRPM7: A unique channel involved in magnesium homeostasis // Intern. J. Biochem. Cell Biol. 2012. V. 44. № 8. P. 1381–1384. https://doi.org/10.1016/j.biocel.2012.05.010

  14. Whang R., Welt L.A. Observations in experimental magnesium depletion // J. Clin. Investigation. 1963. V. 42. № 3. P. 305–313. https://doi.org/10.1172/JCI104717

  15. Solomon R. The relationship between disorders of K+ and Mg2+ homeostasis // Semin Nephrol. 1987. V. 7. № 1. P. 253–262.

  16. Weiner I.D., Wingo C.S. Hypokalemia: Consequences, causes, and correction // J. Am. Soc. Nephrology. 1997. V. 8. № 7. P. 1179–1188. https://doi.org/10.1681/ASN.V871179

  17. Сюсин И.В. Влияние ионов Са2+ на фосфолипидный состав, состояние и морфологические характеристики эритроцитов: Дисс. … канд. биол. наук. Саранск, 2021. 123 с.

  18. Wong N.L., Sutton R.A., Navichak V. et al. Enhanced distal absorption of potassiumby magnesium-deficientrats // Clin. Science. 1985. V. 69. № 5. P. 625–630. https://doi.org/10.1042/cs0690625

  19. Shechter M. Magnesium and cardiovascular system // Magnesium Res. 2010. V. 23. № 2. P. 60–72. https://doi.org/10.1684/mrh.2010.0202

  20. Громова О.А., Торшин И.Ю., Калачева А.Г. и др. О некоторых ролях калия и магния в терапевтической практике // Лечебное дело. 2019. Т. 2. С. 21–31. https://doi.org/10.24411/ 2071-5315-2019-12108

  21. Song Y., He K., Levitan E.B. et al. Effects of oral magnesium supplementation on glycaemic control in Type 2 diabetes: A meta-analysis of randomized double-blind controlled trials // Diabet Medicine. 2006. V. 23. № 10. P. 1050–1056. https://doi.org/10.1111/j.1464-5491.2006.01852.x

  22. Ohira T., Peacock J.M., Iso H. et al. Serum and dietary magnesium and risk of ischemic stroke: the atherosclerosis risk in communities study // Am. J. Epidemiology. 2009. V. 169. № 12. P. 1437–1444. https://doi.org/10.1093/aje/kwp071

  23. Garcia-Oliveira A.L., Tan L., Fu Y., Sun C. Genetic identification of quantitative trait loci for contents of mineral nutrients in rice grain // J. Integrative Plant Biol. 2009. V. 51. № 1. P. 84–92. https://doi.org/10.1111/j.1744-7909.2008.00730.x

  24. Mahender A., Anandan A., Kumar S. et al. Rice grain nutritional traits and their enhancement using relevant genes and QTLs through advanced approaches // Springer Plus. 2016. V. 5. № 1. P. 2086. https://doi.org/10.1186/s40064-016-3744-6

  25. James C.R., Huynh B.L., Welch R.M. et al. Quantitative trait loci for phytate in rice grain and their relationship with grain micronutrient content // Euphytica. 2007. V. 154. № 3. P. 289–294. https://doi.org/10.1007/s10681-006-9211-7

  26. Anuradha K., Agarwal S., Rao Y.V. et al. Mapping QTLs and candidate genes for iron and zinc concentrations in unpolished rice of Madhukar * Swarna RILs // Gene. 2012. V. 508. № 2. P. 233–240. https://doi.org/10.1016/j.gene.2012.07.054

  27. Kaiyang L., Lanzhi L., Xingfei Z. et al. Quantitative trait loci controlling Cu, Ca, Zn, Mn and Fe content in rice grains // J. Genet. 2008. V. 87. № 3. P. 305–310. https://doi.org/10.1007/s12041-008-0049-8

  28. Zhang M.W., Guo B.J., Peng Z.M. Genetic effects on Fe, Zn, Mn and P contents in Indica black pericarp rice and their genetic correlations with grain characteristics // Euphytica. 2004. V. 135. № 3. P. 315–323.

  29. Гончарова Ю.К., Гончаров С.В. Изучение и использование дикорастущего африканского Oryza longistaminata в качестве донора признаков аллогамии в селекции культурного риса на гетерозис // В сб. тезисов межд. конф. “Генетические ресурсы культурных растений. Проблемы мобилизации, инвентаризации, сохранения и изучения генофонда важнейших сельскохозяйственных культур для решения приоритетных задач селекции”, 13–16 ноября 2001 г. СПб., 2001. С. 253–255.

  30. Liu X., Fan F., Liu M. Quantitative trait loci mapping of mineral element contents in brown rice using backcross inbred lines derived from Oryza longistaminata // Front. Plant Sci. 2020. V. 11. P. 1229. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.01229

  31. Liu X.S., Feng S.J., Zhang B.Q. et al. OsZIP1 functions as a metal efflux transporter limiting excess zinc, copper and cadmium accumulation in rice // BMC Plant Biol. 2019. V. 19. P. 283. https://doi.org/10.1186/s12870-019-1899-3

  32. Cai H., Huang S., Che J. et al. The tonoplast-localized transporter OsHMA3 plays an important role in maintaining Zn homeostasis in rice // J. Exp. Bot. 2019. V. 70. P. 2717–2725. https://doi.org/10.1093/jxb/erz091

  33. Wu Q., Liu C., Wang Z. et al. Zinc regulation of iron uptake and translocation in rice (Oryza sativa L.): Implication from stable iron isotopes and transporter genes // Environ. Pollut. 2022. V. 297. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2022.118818

  34. D’Amato R., Fontanella M. C., Falcinelli B. et al. Selenium biofortification in rice (Oryza sativa L.) sprouting: Effects on Se yield and nutritional traits with focus on phenolic acid profile // J. Agric. Food Chem. 2018. V. 66. P. 4082–4090. https://doi.org/10.1021/acsjafc.8b00127

  35. He J., Rossner N., Hoang M. et al. Transport, functions, and interaction of calcium and manganese in plant organellar compartments // Plant Physiol. 2021. V. 187. P. 1940–1972. https://doi.org/10.1093/plphys/kiab122

  36. Adeva C., Yun Y.-T., Shim K.-C. et al. QTL mapping of mineral element contents in rice using introgression lines derived from an interspecific cross // Agronomy. 2023. V. 13. P. 76. https://doi.org/10.3390/agronomy13010076

  37. Гончарова Ю.К., Харитонов Е.М. Генетический контроль признаков, связанных с усвоением фосфора у сортов риса (Oryza sativa L.) // Вавил. журн. генетики и селекции. 2015. Т. 19. № 2. С. 197–204. https://doi.org/10.18699/VJ15.025

  38. Fan F., Long W., Liu M. et al. Quantitative trait locus mapping of the combining ability for yield-related traits in wild rice Oryza longistaminata // J. Agric. Food Chem. 2019. V. 67. P. 8766–8772. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.9b02224

  39. Jin J., Long W., Wang L. et al. QTL mapping of seed vigor of backcross inbred lines derived from Oryza longistaminata under artificial aging // Front. Plant Sci. 2018. № 9. P. 1909. https://doi.org/10.3389/fpls.2018.01909

  40. Goncharova Yu.K., Goncharov S.V., Chicharova E.E. Localization of chromosome regions controlling high photosynthetic potential in Russian rice cultivars // Russ. J. Genet. 2018. V. 54. № 7. P. 796–804. https://doi.org/10.1134/S0016675818070032

  41. Butardo V.M., Jr., Sreenivasulu N., Juliano B.O. Improving rice grain quality: State-of-the-art and future prospects // Methods Mol. Biol. 2019. V. 19. P. 55. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-8914-0_2

  42. Birla D.S., Kapil Malik, Manish Sainger et al. Progress and challenges in improving the nutritional quality of rice (Oryza sativa L.) // Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 2017. V. 57. P. 2455–2481. https://doi.org/10.1080/10408398.2015.1084992

  43. Zhang L., Ma B., Bian Z. et al. Grain size selection using novel functional markers targeting 14 genes in rice // Rice. 2020. V. 13. P. 63. https://doi.org/10.1186/ s12284-020-00427-y

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Генетика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал