Published October 19, 2022
| Version v1
Publication
Open
Response of Southeast Asian rice root architecture and anatomy phenotypes to drought stress
Creators
- 1. National Science and Technology Development Agency
- 2. National Center for Genetic Engineering and Biotechnology
- 3. International Rice Research Institute
- 4. Pennsylvania State University
Description
Drought stress in Southeast Asia greatly affects rice production, and the rice root system plays a substantial role in avoiding drought stress. In this study, we examined the phenotypic and genetic correlations among root anatomical, morphological, and agronomic phenotypes over multiple field seasons. A set of >200 rice accessions from Southeast Asia (a subset of the 3000 Rice Genomes Project) was characterized with the aim to identify root morphological and anatomical phenotypes related to productivity under drought stress. Drought stress resulted in slight increases in the basal metaxylem and stele diameter of nodal roots. Although few direct correlations between root phenotypes and grain yield were identified, biomass was consistently positively correlated with crown root number and negatively correlated with stele diameter. The accessions with highest grain yield were characterized by higher crown root numbers and median metaxylem diameter and smaller stele diameter. Genome-wide association study (GWAS) revealed 162 and 210 significant SNPs associated with root phenotypes in the two seasons which resulted in identification of 59 candidate genes related to root development. The gene OsRSL3 was found in a QTL region for median metaxylem diameter. Four SNPs in OsRSL3 were found that caused amino acid changes and significantly associated with the root phenotype. Based on the haplotype analysis for median metaxylem diameter, the rice accessions studied were classified into five allele combinations in order to identify the most favorable haplotypes. The candidate genes and favorable haplotypes provide information useful for the genetic improvement of root phenotypes under drought stress.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يؤثر إجهاد الجفاف في جنوب شرق آسيا بشكل كبير على إنتاج الأرز، ويلعب نظام جذور الأرز دورًا كبيرًا في تجنب إجهاد الجفاف. في هذه الدراسة، قمنا بفحص الارتباطات الظاهرية والجينية بين الأنماط الظاهرية التشريحية والمورفولوجية والزراعية للجذر على مدار مواسم ميدانية متعددة. تم تمييز مجموعة من 200 ملحق للأرز من جنوب شرق آسيا (مجموعة فرعية من مشروع جينوم الأرز 3000) بهدف تحديد الأنماط الظاهرية المورفولوجية والتشريحية الجذرية المتعلقة بالإنتاجية تحت ضغوط الجفاف. أدى الإجهاد الناجم عن الجفاف إلى زيادات طفيفة في النمط القاعدي وقطر شاهدة الجذور العقدية. على الرغم من أنه تم تحديد عدد قليل من الارتباطات المباشرة بين الأنماط الظاهرية للجذر ومحصول الحبوب، إلا أن الكتلة الحيوية كانت مرتبطة باستمرار بشكل إيجابي برقم جذر التاج وترتبط سلبًا بقطر الشاهدة. اتسمت الملحقات ذات العائد الأعلى من الحبوب بأرقام جذر تاج أعلى وقطر نقلة متوسطة وقطر شاهدة أصغر. كشفت دراسة الارتباط على مستوى الجينوم (GWAS) عن 162 و 210 SNPs مهمة مرتبطة بالأنماط الظاهرية الجذرية في الموسمين مما أدى إلى تحديد 59 جينًا مرشحًا مرتبطًا بتطور الجذر. تم العثور على الجين OsRSL3 في منطقة QTL لمتوسط قطر metaxylem. تم العثور على أربعة SNPs في OsRSL3 التي تسببت في تغيرات الأحماض الأمينية وترتبط بشكل كبير بالنمط الظاهري للجذر. استنادًا إلى تحليل النمط الفرداني لقطر النمط الفرداني المتوسط، تم تصنيف ملحقات الأرز التي تمت دراستها إلى خمس مجموعات من الأليلات من أجل تحديد الأنماط الفردانية الأكثر ملاءمة. توفر الجينات المرشحة والأنماط الفردية المواتية معلومات مفيدة للتحسين الجيني للأنماط الظاهرية الجذرية تحت ضغط الجفاف.Translated Description (French)
Le stress de la sécheresse en Asie du Sud-Est affecte grandement la production de riz, et le système racinaire du riz joue un rôle important dans la prévention du stress de la sécheresse. Dans cette étude, nous avons examiné les corrélations phénotypiques et génétiques entre les phénotypes anatomiques, morphologiques et agronomiques des racines au cours de plusieurs saisons sur le terrain. Un ensemble de >200 accessions de riz d'Asie du Sud-Est (un sous-ensemble du projet 3000 Rice Genomes) a été caractérisé dans le but d'identifier les phénotypes morphologiques et anatomiques racinaires liés à la productivité sous stress de sécheresse. Le stress de la sécheresse a entraîné une légère augmentation du métaxylème basal et du diamètre des stèles des racines nodales. Bien que peu de corrélations directes entre les phénotypes racinaires et le rendement en grains aient été identifiées, la biomasse était constamment positivement corrélée avec le nombre de racines de la couronne et négativement corrélée avec le diamètre de la stèle. Les accessions avec le rendement de grain le plus élevé ont été caractérisées par des nombres de racines de couronne plus élevés et un diamètre de métaxylème médian et un diamètre de stèle plus petit. L'étude d'association à l'échelle du génome (GWAS) a révélé 162 et 210 SNP significatifs associés aux phénotypes racinaires au cours des deux saisons, ce qui a permis d'identifier 59 gènes candidats liés au développement racinaire. Le gène OsRSL3 a été trouvé dans une région QTL pour le diamètre médian du métaxylème. Quatre SNP dans OsRSL3 ont été trouvés qui ont provoqué des changements d'acides aminés et significativement associés au phénotype racinaire. Sur la base de l'analyse des haplotypes pour le diamètre médian du métaxylème, les accessions de riz étudiées ont été classées en cinq combinaisons d'allèles afin d'identifier les haplotypes les plus favorables. Les gènes candidats et les haplotypes favorables fournissent des informations utiles pour l'amélioration génétique des phénotypes racinaires sous stress de sécheresse.Translated Description (Spanish)
El estrés por sequía en el sudeste asiático afecta en gran medida la producción de arroz, y el sistema de raíces de arroz desempeña un papel importante para evitar el estrés por sequía. En este estudio, examinamos las correlaciones fenotípicas y genéticas entre los fenotipos anatómicos, morfológicos y agronómicos de las raíces a lo largo de múltiples temporadas de campo. Se caracterizó un conjunto de> 200 accesiones de arroz del sudeste asiático (un subconjunto del Proyecto de Genomas de Arroz 3000) con el objetivo de identificar fenotipos morfológicos y anatómicos de la raíz relacionados con la productividad bajo estrés por sequía. El estrés por sequía dio lugar a ligeros aumentos en el metaxilema basal y el diámetro de la estela de las raíces nodales. Aunque se identificaron pocas correlaciones directas entre los fenotipos de las raíces y el rendimiento de grano, la biomasa se correlacionó positivamente de manera consistente con el número de raíces de la corona y se correlacionó negativamente con el diámetro de la estela. Las accesiones con mayor rendimiento de grano se caracterizaron por un mayor número de raíces de corona y un diámetro de metaxilema mediano y un diámetro de estela más pequeño. El estudio de asociación de todo el genoma (GWAS) reveló 162 y 210 SNP significativos asociados con fenotipos de raíces en las dos temporadas, lo que resultó en la identificación de 59 genes candidatos relacionados con el desarrollo de las raíces. El gen OsRSL3 se encontró en una región QTL para el diámetro medio del metaxilema. Se encontraron cuatro SNP en OsRSL3 que causaron cambios de aminoácidos y se asociaron significativamente con el fenotipo de la raíz. Con base en el análisis de haplotipos para la mediana del diámetro del metaxilema, las accesiones de arroz estudiadas se clasificaron en cinco combinaciones de alelos para identificar los haplotipos más favorables. Los genes candidatos y los haplotipos favorables proporcionan información útil para la mejora genética de los fenotipos radiculares bajo estrés por sequía.Files
pdf.pdf
Files
(2.7 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:6a89972b416210ea6f713439fbe8660c
|
2.7 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- استجابة بنية جذر الأرز في جنوب شرق آسيا والأنماط الظاهرية التشريحية لإجهاد الجفاف
- Translated title (French)
- Réponse de l'architecture et des phénotypes anatomiques des racines de riz d'Asie du Sud-Est au stress de la sécheresse
- Translated title (Spanish)
- Respuesta de la arquitectura y anatomía de la raíz de arroz del sudeste asiático al estrés por sequía
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4306849708
- DOI
- 10.3389/fpls.2022.1008954
References
- https://openalex.org/W1964917975
- https://openalex.org/W1968536479
- https://openalex.org/W1990813383
- https://openalex.org/W1991095584
- https://openalex.org/W2001191731
- https://openalex.org/W2018466797
- https://openalex.org/W2025398063
- https://openalex.org/W2034348437
- https://openalex.org/W2042424968
- https://openalex.org/W2057890665
- https://openalex.org/W2062691576
- https://openalex.org/W2064035322
- https://openalex.org/W2096711731
- https://openalex.org/W2098802880
- https://openalex.org/W2104569429
- https://openalex.org/W2110035718
- https://openalex.org/W2122792884
- https://openalex.org/W2123006939
- https://openalex.org/W2124942223
- https://openalex.org/W2128215659
- https://openalex.org/W2134672404
- https://openalex.org/W2134746745
- https://openalex.org/W2137250680
- https://openalex.org/W2144740641
- https://openalex.org/W2156916208
- https://openalex.org/W2157255799
- https://openalex.org/W2161069068
- https://openalex.org/W2161571928
- https://openalex.org/W2162530578
- https://openalex.org/W2166433327
- https://openalex.org/W2171792915
- https://openalex.org/W2200365462
- https://openalex.org/W2293099499
- https://openalex.org/W2303542186
- https://openalex.org/W2560165052
- https://openalex.org/W2587050139
- https://openalex.org/W2592082233
- https://openalex.org/W2801579700
- https://openalex.org/W2886918326
- https://openalex.org/W2902598282
- https://openalex.org/W2937457273
- https://openalex.org/W2950607005
- https://openalex.org/W3007315740
- https://openalex.org/W3018416391
- https://openalex.org/W3035011930
- https://openalex.org/W3081157225
- https://openalex.org/W3128313073
- https://openalex.org/W3132131669
- https://openalex.org/W3180013643
- https://openalex.org/W4207084782
- https://openalex.org/W4210996469
- https://openalex.org/W4281253470
- https://openalex.org/W4283121947
- https://openalex.org/W4285741532
- https://openalex.org/W4286488090
- https://openalex.org/W4292582772