Published February 13, 2023
| Version v1
Publication
Variable level of genetic dominance controls important agronomic traits in rice populations under water deficit condition
Creators
- 1. Agricultural Research Center
- 2. Huazhong Agricultural University
- 3. King Saud University
- 4. Hiroshima University of Economics
- 5. Rural Development Administration
- 6. National Institute of Animal Science
- 7. Bangladesh Agricultural University
- 8. Kafrelsheikh University
Description
Plant hybridization is an important breeding technique essential for producing a genotype (hybrid) with favorable traits (e.g., stress tolerance, pest resistance, high yield potential etc.) to increase agronomic, economic and commercial values. Studying of genetic dominance among the population helps to determine gene action, heritability and candidate gene selection for plant breeding program. Therefore, this investigation was aimed to evaluate gene action, heritability, genetic advance and heterosis of rice root, agronomic, and yield component traits under water deficit conditions. In this study, crossing was performed among the four different water-deficit tolerant rice genotypes to produce better hybrid (F1), segregating (F2) and back-cross (BC1 and BC2) populations. The Giza 178, WAB56-204, and Sakha104 × WAB56-104 populations showed the better physiological and agronomical performances, which provided better adaptability of the populations to water deficit condition. Additionally, the estimation of heterosis and heterobeltiosis of some quantitative traits in rice populations were also studied. The inheritance of all studied traits was influenced by additive gene actions. Dominance gene actions played a major role in controlling the genetic variance among studied traits in both crossed populations under well-watered and drought conditions. The additive × additive type of gene interactions was essential for the inheritance of root length, root/shoot ratio, 1,000-grain weight, and sterility % of two crossed populations under both conditions. On the contrary, the additive × dominance type of gene interactions was effective in the inheritance of all studied traits, except duration in Giza178 × Sakha106, and plant height in Sakha104 × WAB56-104 under water deficit condition. In both crosses, the dominance × dominance type of gene interactions was effective in the inheritance of root volume, root/shoot ratio, number of panicles/plant and 1,000-grain weight under both conditions. Moreover, dominance × dominance type of gene interaction played a major role in the inheritance of root length, number of roots/plant, plant height, panicle length, number of filled grain/panicle and grain yield/plant in Giza178 × Sakha106 under both conditions. The studied traits in both crossed populations indicated better genetic advance as they showed advanced qualitative and quantitative characters in rice populations under water deficit condition. Overall, our findings open a new avenue of future phenotypic and genotypic association studies in rice. These insights might be useful to the plant breeders and farmers for developing water deficit tolerant rice cultivars.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تهجين النبات هو تقنية تكاثر مهمة ضرورية لإنتاج نمط وراثي (هجين) مع سمات مواتية (على سبيل المثال، تحمل الإجهاد، ومقاومة الآفات، وإمكانات الغلة العالية وما إلى ذلك) لزيادة القيم الزراعية والاقتصادية والتجارية. تساعد دراسة الهيمنة الجينية بين السكان على تحديد عمل الجينات ووراثتها واختيار الجينات المرشحة لبرنامج تربية النباتات. لذلك، كان هذا التحقيق يهدف إلى تقييم عمل الجينات، والوراثة، والتقدم الجيني، والتغاير في جذر الأرز، والسمات الزراعية، ومكون الغلة في ظل ظروف العجز المائي. في هذه الدراسة، تم إجراء العبور بين الأنماط الجينية الأربعة المختلفة للأرز المتسامح مع نقص المياه لإنتاج مجموعات هجينة أفضل (F1)، والفصل (F2) والعودة (BC1 و BC2). أظهر سكان الجيزة 178 و WAB56 -204 و Sakha 104 × WAB56 -104 أداءً فسيولوجيًا وزراعيًا أفضل، مما وفر قدرة أفضل على التكيف للسكان مع حالة نقص المياه. بالإضافة إلى ذلك، تمت دراسة تقدير التغاير والتغاير لبعض السمات الكمية في مجموعات الأرز. تأثر وراثة جميع الصفات المدروسة بأعمال الجينات المضافة. لعبت الإجراءات الجينية المهيمنة دورًا رئيسيًا في التحكم في التباين الجيني بين الصفات المدروسة في كل من المجموعات السكانية المتقاطعة في ظل ظروف المياه الجيدة والجفاف. كان النوع المضاف × المضاف من التفاعلات الجينية ضروريًا لوراثة طول الجذر، ونسبة الجذر/اللقطة، ووزن 1000 حبة، والعقم ٪ من مجموعتين متقاطعتين في كلتا الحالتين. على العكس من ذلك، كان نوع الهيمنة المضافة × للتفاعلات الجينية فعالاً في وراثة جميع الصفات المدروسة، باستثناء المدة في الجيزة 178 × ساخا 106، وارتفاع النبات في ساخا 104 × WAB 56-104 في ظل حالة نقص المياه. في كلا التقاطعين، كان نوع الهيمنة × الهيمنة للتفاعلات الجينية فعالاً في وراثة حجم الجذر، ونسبة الجذر/اللقطة، وعدد العناقيد/النبات ووزن 1000 حبة في كلتا الحالتين. علاوة على ذلك، لعبت الهيمنة × نوع الهيمنة للتفاعل الجيني دورًا رئيسيًا في وراثة طول الجذر، وعدد الجذور/النبات، وارتفاع النبات، وطول الذعر، وعدد الحبوب المملوءة/الذعر ومحصول الحبوب/النبات في الجيزة 178 × ساخا 106 في كلتا الحالتين. أشارت السمات التي تمت دراستها في كلتا المجموعتين المتقاطعتين إلى تقدم وراثي أفضل لأنها أظهرت شخصيات نوعية وكمية متقدمة في مجموعات الأرز تحت حالة نقص المياه. بشكل عام، تفتح نتائجنا طريقًا جديدًا لدراسات الارتباط الظاهري والوراثي المستقبلية في الأرز. قد تكون هذه الأفكار مفيدة لمربي النباتات والمزارعين لتطوير أصناف الأرز المتسامحة مع نقص المياه.Translated Description (French)
L'hybridation des plantes est une technique de sélection importante essentielle pour produire un génotype (hybride) présentant des caractéristiques favorables (par exemple, tolérance au stress, résistance aux ravageurs, potentiel de rendement élevé, etc.) afin d'augmenter les valeurs agronomiques, économiques et commerciales. L'étude de la dominance génétique au sein de la population aide à déterminer l'action des gènes, l'héritabilité et la sélection des gènes candidats pour le programme de sélection végétale. Par conséquent, cette étude visait à évaluer l'action des gènes, l'héritabilité, l'avance génétique et l'hétérosis des caractères de la racine de riz, de l'agronomie et des composants du rendement dans des conditions de déficit hydrique. Dans cette étude, le croisement a été effectué entre les quatre différents génotypes de riz tolérants au déficit hydrique pour produire de meilleures populations hybrides (F1), de ségrégation (F2) et de rétrocroisement (BC1 et BC2). Les populations de Gizeh 178, WAB56-204 et Sakha104 × WAB56-104 ont montré de meilleures performances physiologiques et agronomiques, ce qui a permis une meilleure adaptabilité des populations à l'état de déficit hydrique. De plus, l'estimation de l'hétérosis et de l'hétérobeltiose de certains caractères quantitatifs dans les populations de riz a également été étudiée. L'héritage de tous les traits étudiés a été influencé par les actions des gènes additifs. Les actions des gènes de dominance ont joué un rôle majeur dans le contrôle de la variance génétique entre les traits étudiés dans les deux populations croisées dans des conditions d'arrosage et de sécheresse. Le type d'interactions géniques additif × additif était essentiel pour l'hérédité de la longueur des racines, du rapport racine/tige, du poids de 1 000 grains et du % de stérilité de deux populations croisées dans les deux conditions. Au contraire, le type d'interactions géniques additif × dominance était efficace dans l'héritage de tous les traits étudiés, à l'exception de la durée chez Giza178 × Sakha106 et de la hauteur de la plante chez Sakha104 × WAB56-104 dans des conditions de déficit hydrique. Dans les deux croisements, le type d'interactions géniques dominance × dominance était efficace dans l'hérédité du volume racinaire, du rapport racine/tige, du nombre de panicules/plante et du poids de 1 000 grains dans les deux conditions. De plus, l'interaction entre les gènes de type dominance × dominance a joué un rôle majeur dans l'héritage de la longueur des racines, du nombre de racines/plante, de la hauteur de la plante, de la longueur de la panicule, du nombre de grains remplis/panicule et du rendement en grains/plante à Giza178 × Sakha106 dans les deux conditions. Les traits étudiés dans les deux populations croisées indiquaient une meilleure avancée génétique car ils présentaient des caractères qualitatifs et quantitatifs avancés dans les populations de riz en situation de déficit hydrique. Dans l'ensemble, nos résultats ouvrent une nouvelle voie pour les futures études d'association phénotypique et génotypique dans le riz. Ces informations pourraient être utiles aux sélectionneurs de plantes et aux agriculteurs pour développer des cultivars de riz tolérants au déficit hydrique.Translated Description (Spanish)
La hibridación de plantas es una técnica de mejoramiento importante esencial para producir un genotipo (híbrido) con rasgos favorables (por ejemplo, tolerancia al estrés, resistencia a plagas, alto potencial de rendimiento, etc.) para aumentar los valores agronómicos, económicos y comerciales. El estudio de la dominancia genética entre la población ayuda a determinar la acción de los genes, la heredabilidad y la selección de genes candidatos para el programa de fitomejoramiento. Por lo tanto, esta investigación tuvo como objetivo evaluar la acción de los genes, la heredabilidad, el avance genético y la heterosis de los rasgos de la raíz de arroz, agronómicos y del componente de rendimiento en condiciones de déficit hídrico. En este estudio, se realizó un cruce entre los cuatro genotipos diferentes de arroz tolerantes al déficit de agua para producir mejores poblaciones híbridas (F1), segregantes (F2) y de retrocruzamiento (BC1 y BC2). Las poblaciones Giza 178, WAB56-204 y Sakha104 × WAB56-104 mostraron mejores rendimientos fisiológicos y agronómicos, lo que proporcionó una mejor adaptabilidad de las poblaciones a la condición de déficit hídrico. Además, también se estudió la estimación de heterosis y heterobeltiosis de algunos rasgos cuantitativos en poblaciones de arroz. La herencia de todos los rasgos estudiados estuvo influenciada por acciones genéticas aditivas. Las acciones del gen de dominancia desempeñaron un papel importante en el control de la varianza genética entre los rasgos estudiados en ambas poblaciones cruzadas en condiciones de agua y sequía. El tipo de interacciones génicas aditivo × aditivo fue esencial para la herencia de la longitud de la raíz, la relación raíz/brote, el peso de 1.000 granos y el % de esterilidad de dos poblaciones cruzadas en ambas condiciones. Por el contrario, el tipo de interacciones génicas aditivas × dominancia fue efectivo en la herencia de todos los rasgos estudiados, excepto la duración en Giza178 × Sakha106 y la altura de la planta en Sakha104 × WAB56-104 en condiciones de déficit de agua. En ambos cruces, el tipo de interacciones génicas de dominancia × dominancia fue eficaz en la herencia del volumen radicular, la relación raíz/brote, el número de panículas/planta y el peso de 1.000 granos en ambas condiciones. Además, el tipo de interacción génica de dominancia × dominancia desempeñó un papel importante en la herencia de la longitud de la raíz, el número de raíces/planta, la altura de la planta, la longitud de la panícula, el número de granos/panículas rellenos y el rendimiento del grano/planta en Giza178 × Sakha106 en ambas condiciones. Los rasgos estudiados en ambas poblaciones cruzadas indicaron un mejor avance genético, ya que mostraron caracteres cualitativos y cuantitativos avanzados en poblaciones de arroz en condiciones de déficit hídrico. En general, nuestros hallazgos abren una nueva vía para futuros estudios de asociación fenotípica y genotípica en arroz. Estos conocimientos podrían ser útiles para los fitomejoradores y agricultores para desarrollar cultivares de arroz tolerantes al déficit de agua.Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- يتحكم المستوى المتغير للهيمنة الوراثية في السمات الزراعية المهمة في مجموعات الأرز في ظل حالة نقص المياه
- Translated title (French)
- Le niveau variable de dominance génétique contrôle les traits agronomiques importants dans les populations de riz en situation de déficit hydrique
- Translated title (Spanish)
- El nivel variable de dominancia genética controla rasgos agronómicos importantes en poblaciones de arroz en condiciones de déficit hídrico
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4320492909
- DOI
- 10.7717/peerj.14833
References
- https://openalex.org/W1502341912
- https://openalex.org/W1548236670
- https://openalex.org/W1622901319
- https://openalex.org/W1800395980
- https://openalex.org/W1835601720
- https://openalex.org/W1966237078
- https://openalex.org/W2019936909
- https://openalex.org/W2033653147
- https://openalex.org/W2049181515
- https://openalex.org/W2067041321
- https://openalex.org/W2068427983
- https://openalex.org/W2083740066
- https://openalex.org/W2133942690
- https://openalex.org/W2148792280
- https://openalex.org/W2157255799
- https://openalex.org/W2157548157
- https://openalex.org/W2246678467
- https://openalex.org/W233997047
- https://openalex.org/W2344620091
- https://openalex.org/W2511053189
- https://openalex.org/W2616373601
- https://openalex.org/W2754851511
- https://openalex.org/W2769063881
- https://openalex.org/W2802223792
- https://openalex.org/W2887655155
- https://openalex.org/W2894683050
- https://openalex.org/W2898650126
- https://openalex.org/W2901137261
- https://openalex.org/W2909206013
- https://openalex.org/W2910650651
- https://openalex.org/W2913956846
- https://openalex.org/W2920725967
- https://openalex.org/W2945559465
- https://openalex.org/W2966010914
- https://openalex.org/W2995549244
- https://openalex.org/W3008729622
- https://openalex.org/W3009623772
- https://openalex.org/W3028330732
- https://openalex.org/W3030110385
- https://openalex.org/W3114204624
- https://openalex.org/W3117923695
- https://openalex.org/W3123988480
- https://openalex.org/W3124541896
- https://openalex.org/W3154577182
- https://openalex.org/W3154898197
- https://openalex.org/W3155343250
- https://openalex.org/W3184947612
- https://openalex.org/W3197715245
- https://openalex.org/W3202142905
- https://openalex.org/W4200324666
- https://openalex.org/W4206518912
- https://openalex.org/W4220710881
- https://openalex.org/W4221017796
- https://openalex.org/W4224589304
- https://openalex.org/W4230326592
- https://openalex.org/W4235676764
- https://openalex.org/W4237009100
- https://openalex.org/W4245289221
- https://openalex.org/W4253784315
- https://openalex.org/W4292298666
- https://openalex.org/W4295193304
- https://openalex.org/W4308440547
- https://openalex.org/W953727713