SSR markers linked to genes related to antioxidant activity, anthocyanin content and pericarp color in F2 progenies of cross between Pathum Thani 1 and Kham Noi
Article Sidebar
Main Article Content
Abstract
Kham, landrace rice of Thailand, has high antioxidant activity due to anthocyanin deposition in pericarp. Identification of DNA markers linked to antioxidant activity could assist improvement of elite rice cultivars for high nutritional value. This research aimed to study the SSR markers linked to OsB1&B2, OsDFR and OsMYB3 genes and investigate the relationship between DNA markers and antioxidant activity in 300 plants of F2 progenies of the cross between white pericarp rice Pathum Thani 1 as the female parent and black pericarp rice Kham Noi as the male parent. The RM17321 (OsB1&B2), RM11383 (OsDFR) and RM15209 (OsMYB3) were able to distinguish between white and black pericarp rice. The RM17321 and RM15209 markers were related with log10antioxidant activity, which had R2 equivalent to 51.95% and 3.93%, respectively. Multiple regression analysis showed that the RM17321 and RM15209 markers were highly related with antioxidant activity which had R2 equivalent to 55.11%. In addition, the RM17321 marker had a highly positive correlation with the pericarp color. This suggested that pericarp pigmentation required at least a single allele from male parent Kham Noi. However, the RM11383 marker was not related to all phenotypes in this study. Analysis of antioxidant activity by DPPH method in F2 progenies revealed that plant no. 2 had the highest antioxidant activity similar to that of Kham Noi. Thus, the use of RM17321 and RM15209 could assist for selection of rice with high antioxidant activity. The RM17321 marker can help to select pericarp color rice. These markers would be applied in rice selection by a marker-assisted backcrossing method.
Article Details
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
References
กรมการข้าว. 2564. พันธุ์ข้าวปทุมธานี 1. แหล่งข้อมูล: http://www.ricethailand.go.th/Rkb/varieties/index.php-file=content.php&id=67.htm. ค้นเมื่อ 14 พฤษภาคม 2564.
พิทวัส สมบูรณ์, ชนากานต์ เทโบลต์ พรมอุทัย, ต่อนภา ผุสดี และศันสนีย์ จำจด. 2560. การกระจายตัวทางพันธุกรรมของปริมาณแอนโทไซยานินในเมล็ดข้าวลูกผสมชั่วที่ 2 ระหว่างข้าวเหนียวดำจากที่สูงและข้าวพันธุ์ปทุมธานี 1 ที่ปลูกที่ลุ่มและที่สูง. วารสารเกษตร. 33(3): 323-332.
พีรนันท์ มาปัน, สุพรรณิกา ติ๊บขัน, ชนากานต์ เทโบลต์ พรมอุทัย, ดำเนิน กาละดี และศันสนีย์ จำจด. 2557. การคัดเลือกในชั่วต้นเพื่อลักษณะแอนโทไซยานินในเมล็ดสูงและไม่ไวต่อช่วงแสงในลูกผสมชั่วที่ 2 ระหว่างข้าวพันธุ์ก่ำดอยสะเก็ดและปทุมธานี 1.วารสารนเรศวรพะเยา. 7(2): 160-171.
รัชนี คงฉุยฉาย และริญ เจริญศิริ. 2553. ปริมาณคุณค่าทางโภชนาการของข้าวพื้นเมืองในเขตปฏิรูปที่ดิน อำเภอกุดชุม จังหวัดยโสธร. วารสารโภชนาการ. 45(2): 14-32.
ลลิตา ณ ราชสีมา, กนกภรณ์ คำโมนะ, แสงทอง พงษ์เจริญกิต, วราภรณ์ แสงทอง, นฤมล เข็มกลัดเงิน, ช่อทิพา สกูลสิงหาโรจน์ และ ศรีเมฆ ชาวโพงพาง. 2562. การถ่ายยีนและวิเคราะห์การแสดงออกของยีน OsB2 ที่ควบคุมการสังเคราะห์แอนโทไซยานินในข้าว. วารสารวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี. 8(5): 517-531.
วรวิทย์ พาณิชพัฒน์. 2563. ข้าว : ผลงานที่ถึงมือชาวนา. สำนักพิมพ์ โอ เอส พริ้นติ้ง เฮ้าส์, กรุงเทพฯ.
สุภาภรณ์ ญะเมืองมอญ และชนากานต์ เทโบลต์ พรมอุทัย. 2559. ความแปรปรวนของปริมาณแอนโทไซยานินและความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระของข้าวเหนียวก่ำพันธุ์พื้นเมืองของไทย. วารสารเกษตร. 32(2): 191-199.
อนงค์นาฏ หรี่จินดา, วราภรณ์ แสงทอง, แสงทอง พงษ์เจริญกิต และช่อทิพา สกูลสิงหาโรจน์. 2562. การใช้เครื่องหมายดีเอ็นเอของยีน OsB1 สำหรับใช้ตรวจสอบข้าวลูกผสมชั่วที่ 1 ของคู่ผสมระหว่างข้าวที่มีเยื่อหุ้มเมล็ดสีขาวและม่วง. น. 181-189. ใน: ประชุมวิชาการพันธุศาสตร์แห่งชาติครั้งที่ 21 “พันธุศาสตร์เพื่อการพัฒนาอย่างยั่งยืน” 20-22 มิถุนายน 2562. โรงแรมเดอะซายน์ เมืองพัทยา, จังหวัดชลบุรี.
อนงค์นาฏ หรี่จินดา, วราภรณ์ แสงทอง, แสงทอง พงษ์เจริญกิต และช่อทิพา สกูลสิงหาโรจน์. 2564. เครื่องหมายดีเอ็นเอที่สัมพันธ์กับปริมาณแอนโทไซยานินและสีเยื่อหุ้มเมล็ดข้าวในประชากรชั่วที่ 2 ของคู่ผสมระหว่างพันธุ์ปทุมธานี 1 กับก่ำน้อย. วารสารแก่นเกษตร. 49(5): 1301-1312.
Bounphanousay, C., P. Jaisil, K. L. McNally, J. Sanitchon, and N. R. S. Hamilton. 2008. Variation of microsatellite markers in a collection of Laos black glutinous rice (Oryza sativa L.). Asian Journal of Plant Sciences. 7(2): 140-148.
Chen, X. Q., N. Nagao, T. Itani, and K. Irifune. 2012. Anti-oxidative analysis, and identification and quantification of anthocyanin pigments in different coloured rice. Food Chemistry. 135(4): 2783-2788.
Furukawa, T., M. Maekawa, T. Oki, I. Suda, S. Iida, H. Shimada, I. Takamure, and K. i. Kadowaki. 2007. The Rc and Rd genes are involved in proanthocyanidin synthesis in rice pericarp. The Plant Journal. 49: 91-102.
Kim, J., H. J. Lee, Y. J. Jung, K. K. Kang, W. Tyagi, M. Kovach, M. Sweeney, S. McCouch, and Y. G. Cho. 2017. Functional properties of an alternative, tissue-specific promoter for rice NADPH-dependent dihydroflavonol reductase. PLoS ONE. 12(8): e0183722.
Kristamtini, Taryono, P. Basunanda, and R. H. Murti. 2018. Use of microsatellite markers to detect heterozygosity in an F2 generation of a black rice and white rice cross. Indonesian Journal of Biotechnology. 23(1): 28-34.
Kristamtini, Taryono, P. Basunanda, and R. H. Murti. 2020. Application of Microsatellite Markers as Marker Assisted Selection (MAS) in the F3 Generation Results Crosses of Black Rice and White Rice. Vol. 2260. pp. 060002. In Proceeding of the 6th International AIP Conference on Biological Science ICBS 2019.
Kumar, D., P. K. Das, C. Singha, and B. K. Sarmah. 2020. Mining and Characterizing the SSR Markers for Black Rice Using the Illumina Sequencing Platform. Preprints. 3-10.
Lee, K. E., M. M. Rahman, J. B. Kim, and S. G. Kang. 2018. Genetic Analysis of Complementary Gene Interactions of Pb and Pp Genes for the Purple Pericarp Trait in Rice. Journal of Life Science. 28(4): 398-407.
Lim, S. H., and S. H. Ha. 2013. Marker development for the identification of rice seed color. Plant Biotechnology Reports. 7(3): 391-398.
Maeda, H., T. Yamaguchi, M. Omoteno, T. Takarada, K. Fujita, K. Murata, Y. Iyama, Y. Kojima, M. Morikawa, H. Ozaki, N. Mukaino, Y. Kidani, and T. Ebitani. 2014. Genetic dissection of black grain rice by the development of a near isogenic line. Breeding Science. 64(2): 134-141.
Mbanjo, E. G. N., T. Kretzschmar, H. Jones, N. Ereful, C. Blanchard, L. A. Boyd, and N. Sreenivasulu. 2020. The Genetic Basis and Nutritional Benefits of Pigmented Rice Grain. Frontiers in Genetics. 11: 229.
Nakai, K., Y. Inagaki, H. Nagata, C. Miykzaki, and S. Iida. 1998. Molecular Characterization of the Gene for Dihydroflavnol 4-Reductase of Japonica Rice Varieties. Plant Biotechnology. 15(4): 221-225.
Oikawa, T., H. Maeda, T. Oguchi, T. Yamaguchi, N. Tanabe, K. Ebana, M. Yano, T. Ebitani, and T. Izawa. 2015. The Birth of a Black Rice Gene and Its Local Spread by Introgression. The Plant Cell. 27: 2401-2414.
Pang, Y., S. Ahmed, Y. Xu, T. Beta, Z. Zhu, Y. Shao, and J. Bao. 2018. Bound phenolic compounds and antioxidant properties of whole grain and bran of white, red and black rice. Food Chemistry. 240: 212-221.
Pusadee, T., A. Wongtamee, B. Rerkasem, K. M. Olsen, and S. Jamjod. 2019. Farmers Drive Genetic Diversity of Thai Purple Rice (Oryza sativa L.) Landraces. Economic Botany. 73: 76-85.
Rahman, M. M., K. E. Lee, E. S. Lee, M. N. Matin, D. S. Lee, J. S. Yun, J. B. Kim, and S. G. Kang. 2013. The genetic constitutions of complementary genes Pp and Pb determine the purple color variation in pericarps with cyanidin-3-O-glucoside depositions in black rice. Journal of Plant Biology. 56: 24-31.
Rahman, M. M., K. E. Lee, and S. G. Kang. 2016. Allelic Gene Interaction and Anthocyanin Biosynthesis of Purple Pericarp Trait For Yield Improvement in Black Rice. Journal of Life Science. 26(6): 727-736.
Rysbekova, A. B., D. T. Kazkeyev, B. N. Usenbekov, Zh. M. Mukhina, E. A. Zhanbyrbaev, I. A. Sartbaeva, K. Z. Zhambakin, K. A. Berkimbay, and D. S. Batayeva. 2017. Prebreeding Selection of Rice with Colored Pericarp Based on Genotypeing Rc and Rd Genes. Russian Journal of Genetics. 53: 43-53.
Sakamoto, W., T. Ohmori, K. Kageyama, C. Miyazaki, A. Saito, M. Murata, K. Noda, and M. Maekawa. 2001. The Purple leaf (Pl) Locus of Rice: the Plw Allele has a Complex Organization and Includes Two Genes Encoding Basic Helix-Loop-Helix Proteins Involved in Anthocyanin Biosynthesis. Plant and Cell Physiology. 42(9): 982-991.
Sakulsingharoj, C., P. Inta, R. Sukkasem, S. Pongjaroenkit, S. Chowpongpang, and V. Sangtong. 2014. Overexpression of OSB2 gene in transgenic rice up-regulated expression of structural genes in anthocyanin biosynthesis pathway. Thai Journal of Genetics. 7(3): 173-182.
Sakulsingharoj, C., P. Inta, R. Sukkasem, S. Pongjaroenkit, S. Chowpongpang, and V. Sangtong. 2016. Cloning and characterization of OSB1 gene controlling anthocyanin biosynthesis from Thai black rice. Thai Journal of Genetics. 9(1): 7-18.
Sari, D. R. T., A. Paemanee, S. Roytrakul, J. R. K. Cairns, A. Safitri, and F. Fatchiyah. 2021. Black rice cultivar from Java Island of Indonesia revealed genomic, proteomic, and anthocyanin nutritional value. The Journal of the Polish Biochemical Society and of the Committee of Biochemistry and Biophysics Polish Academy of Sciences. 68(1): 55-63.
Shao, Y., F. Xu, X. Sun, J. Bao, and T. Beta. 2014. Phenolic acids, anthocyanins, and antioxidant capacity in rice (Oryza sativa L.) grains at four stages of development after flowering. Food chemistry. 143: 90-96.
Shao, Y., F. Xu, X. Sun, J. Bao, and T. Beta. 2014. Identification and quantification of phenolic acids and anthocyanins as antioxidants in bran, embryo and endosperm of white, red and black rice kernels (Oryza sativa L.). Journal of Cereal Science. 59(2): 211-218.
Shao, Y., Z. Hu, Y. Yu, R. Mou, Z. Zhu, and T. Beta. 2018. Phenolic acids, anthocyanins, proanthocyanidins, antioxidant activity, minerals and their correlations in non-pigmented, red, and black rice. Food Chemistry. 239: 733-741.
Sivamaruthi, B. S., P. Kesika, and C. Chaiyasut. 2018. Anthocyanins in Thai rice varieties: distribution and pharmacological significance. International Food Research Journal. 25(5): 2024-2032.
Sompong, R., S. S. Ehn, G. L. Martin, and E. Berghofer. 2011. Physicochemical and antioxidative properties of red and black rice varieties from Thailand, China and Sri Lanka. Food chemistry. 124(1): 132-140.
Sutharut, J., and J. Sudarat. 2012. Total anthocyanin content and antioxidant activity of germinated colored rice. International Food Research Journal. 19(1): 215-221.
Suzuki, A., T. Suzuki, F. Tanabe, S. Toki, H. Washida, C. Y. Wu, and F. Takaiwa. 1997. Cloning and expression of five myb-related genes from rice seed. Gene. 198(1-2): 393-398.
Wang, C., and Q. Shu. 2007. Fine mapping and candidate gene analysis of purple pericarp gene Pb in rice (Oryza sativa L.). Chinese Science Bulletin. 52(22): 3097-3104.
Xia, D., H. Zhou, Y. Wang, P. Li, P. Fu, B. Wu, and Y. He. 2021. How rice organs are colored: The genetic basis of anthocyanin biosynthesis in rice. The Crop Journal. 9: 598-608.
Yang, X., X. Xia, Z. Zhang, B. Nong, Y. Zeng, Y. Wu, F. Xiong, Y. Zhang, H. Liang, Y. Pan, G. Dai, G. Deng, and D. Li. 2019. Identification of anthocyanin biosynthesis genes in rice pericarp using PCAMP. Plant Biotechnology Journal. 17(9): 1700-1702.
Yuliana, N. D., and M. A. Akhbar. 2020. Chemical and physical evaluation, antioxidant and digestibility profiles of white and pigmented rice from different areas of Indonesia. Brazilian Journal of Food Technology. 23: e2018238.
Zhang, H., Y. Shao, J. Bao, and T. Beta. 2015. Phenolic compounds and antioxidant properties of breeding lines between the white and black rice. Food Chemistry. 172: 630-639.
Zheng, J., H. Wu, H. Zhu, C. Huang, C. Liu, Y. Chang, Z. Kong, Z. Zhou, G. Wang, Y. Lin, and H. Chen. 2019. Determining factors, regulation system, and domestication of anthocyanin biosynthesis in rice leaves. New Phytologist. 223(2): 705-721.
Zhu, Q., S. Yu, D. Zeng, H. Liu, H. Wang, Z. Yang, X. Xie, R. Shen, J. Tan, H. Li, X. Zhao, Q. Zhang, Y. Chen, J. Guo, L. Chen, and Y. G. Liu. 2017. Development of “Purple Endosperm Rice” by Engineering Anthocyanin Biosynthesis in the Endosperm with a High-Efficiency Transgene Stacking System. Molecular Plant. 10(7): 918-929.
