Инструменти

Следвайте дневника

USDA – ARS, Отдел за развитие на стрес и зародишни плазми, Изследователска лаборатория за системи за отглеждане, Lubbock, Тексас, 79415

USDA – ARS, Отдел за развитие на стрес и зародишни плазми, Изследователска лаборатория за системи за отглеждане, Lubbock, Тексас, 79415

USDA – ARS, Отдел за развитие на стрес и зародишни плазми, Изследователска лаборатория за системи за отглеждане, Lubbock, Тексас, 79415

USDA – ARS, Отдел за развитие на стрес и зародишни плазми, Изследователска лаборатория за системи за отглеждане, Lubbock, Тексас, 79415

USDA – ARS, Отдел за развитие на стрес и зародишни плазми, Изследователска лаборатория за системи за отглеждане, Lubbock, Тексас, 79415

USDA – ARS, Отдел за развитие на стрес и зародишни плазми, Изследователска лаборатория за системи за отглеждане, Lubbock, Тексас, 79415

USDA – ARS, Отдел за развитие на стрес и зародишни плазми, Изследователска лаборатория за системи за отглеждане, Lubbock, Тексас, 79415

USDA – ARS, Отдел за развитие на стрес и зародишни плазми, Изследователска лаборатория за системи за отглеждане, Lubbock, Тексас, 79415

USDA – ARS, Отдел за развитие на стрес и зародишни плазми, Изследователска лаборатория за системи за отглеждане, Lubbock, Тексас, 79415

USDA – ARS, Отдел за развитие на стрес и зародишни плазми, Изследователска лаборатория за системи за отглеждане, Lubbock, Тексас, 79415

Споменаването на търговска марка или патентован продукт не представлява гаранция или гаранция за продукта от USDA или предполага одобрение за изключването на други продукти, които също могат да бъдат подходящи. USDA е доставчик на равни възможности и работодател.

Всички права запазени. Никоя част от това периодично издание не може да бъде възпроизвеждана или предавана под каквато и да е форма или по какъвто и да е начин, електронен или механичен, включително фотокопиране, запис или каквато и да е система за съхранение и извличане на информация, без писмено разрешение от издателя. Издателят е получил разрешение за печат и за препечатка на съдържащия се тук материал.

Резюме

Две алелни сорго [Сорго двуцветно (L.) Moench] изправен лист (erl) мутанти бяха изолирани от Анотирана индивидуално родословна мутагенизирана сорго (AIMS) мутантна библиотека, разработена в отдел за развитие на растения за стрес и зародиш в Lubbock, Тексас. Двамата мутанти, erl1‐1 (Рег. № GS ‐ 739, PI 673426) и erl1‐2 (Рег. № GS ‐ 740, PI 673427), са изолирани от две независимо родословни семейства М3, мутагенизирани с етил метансулфонат във видна инбредна линия на сорго, BTx623, която се използва за секвениране на генома на соргото. И двата мутанти бяха кръстосани три пъти до дивия тип (WT) BTx623 и показаха, че са стабилна рецесивна мутация на ядрен ген. Растенията F1 на кръстоска между двата мутанта показват фенотип на изправените листа, което показва, че мутациите, които водят до фенотипа на изправените листа в двата мутанта, са алелни. И двамата мутанти имат изправени и леко къси листа и намалена височина. Паницерите от двата мутанта са по-малки от WT дори след три обратни кръста. Като силно проникващ признак, медииран от един ген, тези мутанти могат да служат като нов ресурс за проектиране на архитектура на балдахина за оптимизиране на улавянето на радиация и използване на ефективността за увеличаване на биомасата и добива на зърно.

Съкращения

Изправеният лист е важна архитектурна черта, която води до непрекъснато нарастване на добива при хибридите на царевицата след стартирането на Зелената революция през 60-те години (Duvick and Cassman, 1999). Както моделирането, така и полевите експерименти показват, че характеристиката на изправените листа има значително предимство в добива пред плоските или увиснали листа (Pendleton et al., 1968; Duncan, 1971; Pepper et al., 1977). Архитектурата на изправените листа намалява засенчването към долните листа, позволява по-добро разпределение на светлината към долния навес и по този начин позволява по-висока плътност на растенията (Fellner et al., 2006; Tian et al., 2011; Narayanan et al., 2013). Освен това, увеличеният индекс на площта на листата поради изправените листа също служи като важен азотен ресурс по време на пълненето на зърното (Sinclair и Sheehy, 1999). Следователно цялата текуща царевица (Zea mays L.) хибридите, отглеждани в САЩ, притежават изправена листна архитектура. Доказано е, че изправената характеристика на листата е полезна и за ориза (Oryza sativa L.) и други култури (Sakamoto and Matsuoka, 2004; Sakamoto et al., 2006; Li et al., 2009; Isidro et al., 2012).

За разлика от царевицата, архитектурата на соргото [Сорго двуцветно (L.) Moench] хибридите е от плоски до увиснали. Архитектурата на соргото остава до голяма степен непроменена през последните 50 години (Assefa и Staggenborg, 2011). Необходими са нови гермплазми с изгодни архитектурни характеристики, за да се подобри навесът на соргото за увеличаване на биомасата и производството на зърно. Съобщава се за генетични запаси с изправени листа, като мутанти без езици и къси листа (Singh and Drolsom, 1973; Burow et al., 2013), но те не са включени в програмата за размножаване на сорго. Тук регистрираме два алелни изправени листа (erl) мутанти от сорго, erl1‐1 (Рег. № GS ‐ 739, PI 673426) и erl1‐2 (Рег. No. GS ‐ 740, PI 673427), изолиран от индуцирана от етил метансулфонат мутантна библиотека, разработена във водеща инбридна линия на сорго, BTx623 (Xin et al., 2008; Xin et al., 2009). Тъй като висококачествената цялостна геномна последователност е завършена в BTx623 и мутантите са с иначе еднакъв генетичен фон, тези алелни мутанти могат да помогнат за идентифицирането на гена чрез подход за картографиране на мутанти (Abe et al., 2012). Заедно с докладваните по-рано архитектурни мутанти, тези два алелни изправени листни мутанти могат да се използват за подобряване на архитектурата на навеса от сорго, насочена към увеличаване на производството на биомаса, производството на зърно или и двете.

Методи

Поколение на библиотеката за мутанти от Сорго

Мутантната библиотека от сорго е генерирана, както е описано по-рано (Xin et al., 2008). Накратко, изсушените на въздух семена BTx623 бяха накиснати в 0,10, 0,15, 0,20 и 0,25% етилметансулфонат (v/v) във вода за 16 h при 25 ° C на ротационен шейкър при 50 rpm. След цялостно измиване с чешмяна вода, семената бяха за кратко изсушени преди засаждане на полето. Третираните семена бяха обозначени като M1 семена. Растенията M1 бяха опаковани с 400-тегло опаковки за опрашване от хартия (Lawson Bags) преди синтеза, за да се предотврати кръстосаното опрашване. Метличките, които поставят семена, се събират ръчно и се вършат индивидуално. Всяка плодородна метличка е засадена като M2 глава. От всеки M2 главен участък, само една плодородна метлица е използвана за получаване на M3 семена. Всяко семейство М3 е засадено като един парцел за оценка на фенотипа. Дължината на парцела беше 4,67 м, с междуредие 1,02 м. Нормата на засаждане на парцели М3 е била 80 семена на парцел. Водата и торовете се доставяха чрез подпочвено капково напояване, за да се поддържа оптимално състояние на растеж.

Избор на изправени листни мутанти

Около етапа на зареждане всеки парцел M3 беше изследван внимателно за отделни растения с по-остри ъгли на листа от немутирания BTx623, наричан по-нататък див тип (WT). В парцели, които се разделят за множество растения с изправена листна архитектура, едно от растенията е маркирано и събрано, за да се потвърди фенотипът в следващото поколение. Сред оценените 6000 семейства М3, над 40 линии са разделени за листа с различна степен на изправяне. Две от линиите с най-изправения лист (най-тесен ъгъл на листа) са изолирани през 2011 г. от две независими семейства M3. И двамата мутанти показаха стабилна изправена характеристика на листата както при полеви, така и при парникови условия през последните 3 години от наблюдението. Потвърдените мутанти бяха пресичани до WT BTx623. Растенията F1 и съотношението на сегрегация на растенията F2 бяха използвани за изследване на наследяването на характеристиката на изправените листа.

Листен ъгъл и агрономически черти

Характеристики

Наследяване на erl Мутанти

И двата изправени листни мутанти са рецесивни мутации, тъй като растенията F1 между WT BTx623 и двата мутанта имат ъгъл на листа WT. Когато двата мутанта бяха кръстосани помежду си, всички F1 растения имаха изправени листа, което показва, че двете мутации са от един и същ локус или алел един на друг. Сегрегацията на изправения признак в популацията F2 беше анализирана при полеви условия. Популацията F2 е отгледана в 12 реда с дължина 4,67 m. Отделни растения са оценени за листна архитектура, като 243 от тях показват архитектура от див тип листа, а 78 растения показват изправени листа. Това съотношение съответства на единична рецесивна мутация на ядрен ген (P = 0,77).

Листни черти

И двете erl1‐1 и erl1‐2 имат по-остри ъгли за всички непокътнати листа върху растенията (фиг. 1). В WT BTx623 всички листа, включително флагът, се огъват надолу. При мутантите всички листа са почти прави, само с леко огъване надолу. В WT BTx623 ъгъл 2 (между основния летораст и линията от основата на листа до върха на листа) е много по-голям от ъгъл 1 (между основния летораст и линията от основата на листа до точката на огъване на листната периста) с P стойност

листни

Архитектура на листа на BTx623 и erl1‐1 и erl1‐2 мутанти. При физиологична зрялост типичните BTx623 и erl1‐1 и erl1‐2 мутантите бяха трансплантирани от полето в студио и снимани.

Положение на листа BTx623 erl1‐1erl1‐2Ъгъл 1 ъгъл 2 ъгъл 1 ъгъл 2 ъгъл 1 ъгъл 2
Второ 38 ± 19,4 73 ± 34,5 19,2 ± 1,4 21 ± 3,0 15 ± 1,3 18 ± 6,2
Трето 34 ± 10,9 71 ± 31,5 23 ± 1,6 24 ± 5,1 17 ± 4,5 21 ± 3.1
Четвърто 41 ± 17,6 77 ± 23,6 21 ± 6.7 22 ± 12,0 19 ± 3,6 22 ± 12
Пето 39 ± 13,3 75,9 ± 20,7 23 ± 8,7 27 ± 8,1 23 ± 8,7 27 ± 8,1
Шесто 41 ± 13,7 78 ± 18,9 26 ± 5,7 24 ± 10,2 26,2 ± 5,7 24,7 ± 10,2
  • † Ъгъл 1 се отнася до ъгъла, образуван от издънката с линията от основата на листа до точката на огъване, където листната перо започва да се огъва надолу. Ъгъл 2 се отнася до ъгъла, образуван от издънката с линията от основата на листа до върха на листа.

Дължина на листа от BTx623 и erl1‐1 и erl1‐2 мутанти. Дължината на листа от втория до шестия лист, отброявайки от листа на флага, бяха измерени и нанесени. Поради големи вариации и разкъсване, флагът (първият лист) не беше определен.

Други агрономически черти

BTx623 erl1‐1erl1‐2
Дни до цъфтеж (г) 57 ± 1,6 60 ± 1,7 61 ± 2,0
Височина (см) 126 ± 4.1 106 ± 5,6 105 ± 10,8
Изявление (см) 5,2 ± 1,9 10,8 ± 3,2 10,2 ± 1,9
Дължина на метлицата (см) 31 ± 2,0 23 ± 2,4 23 ± 3.4
Тегло на семената на метлица (g) 82 ± 8,1 40 ± 10,3 42 ± 12,3
Тегло 100 зърна (g) 2,9 ± 0,09 3,0 ± 0,03 3,01 ± 0,03

Полезност на изправените листни мутанти

The erl1‐1 и erl1‐2 мутантите са изолирани от независимо мутагенизирани семейства с иначе еднакъв генетичен произход на BTx623. По този начин тези два мутанта могат да служат като материали за идентифициране на гена, който контролира ъгъла на листата чрез генетично картографиране, базирано на карти клониране или картографиране от следващо поколение (Murphy et al., 2011; Abe et al., 2012; Lin et al., 2012). Соргото е предложено като специална култура за производство на биомаса за генериране на биоенергия (Rooney et al., 2007; Olson et al., 2012). Тези изправени листни мутанти могат да се използват за подобряване на ъгъла на листата в соргото от биомаса за увеличаване на производството на биомаса чрез увеличаване на плътността на растенията. Две независими алелни изправени листни мутанти могат да бъдат особено полезни при разработването на хибриди с висока биомаса. Например, един алел, като например erl1‐1, може да бъде включен в родителя от мъжки пол, докато другият алел към родителя от женски пол. Тъй като двата независими алела трябва да носят различни фонови мутации, свързани с изправената черта на листата, тези мутации ще бъдат допълнени в растения F1.

Ползата от тези два изправени листни мутанти за подобряване на добива на зърно трябва да бъде подробно оценена. От последните 3 години на наблюдение, тези два алелни мутанта изглежда имат по-малка метлица и по-нисък добив на зърно от WT BTx623. Тези два изправени листни мутанти обаче могат да бъдат засадени с по-висока плътност, тъй като повърхността на почвата, задържана от листата, издънките и метлицата по време на периода на пълнене на зърното, е

Наличност

Семената за тези два алелни изправени листни мутанти са депозирани в Националната система за растителни зародиши на САЩ (NPGS) и ще бъдат достъпни за изследователски цели. Малки количества семена могат да бъдат поискани от NPGS или съответния автор. Искаме да се признае източникът на линиите и тази регистрация да се цитира при препратка към тези материали и когато тези материали допринасят за развитието на маркери, научни публикации или развитие на сортовете.

Благодарности

Авторите благодарят на Lan Liu-Gitz, Rachel Smith и Halee Hughes за отлична техническа поддръжка. Тази работа е подкрепена от Програмата за обединяване на Сорго от Обединеното кралство и ARS CRIS проекта 6208‐21000‐017‐00D.