DEVELOPMENT OF DNA MARKER FOR RICE IMPROVEMENT OF PURPLE PERICARP AND HIGH ANTHOCYANINS

Abstract

Rice with purple pericarp has high anthocyanin accumulation. Anthocyanin synthesis is controlled by OsB1 and OsDFR genes. The DNA marker of OsDFR gene was developed and the DNA marker of OsB1 gene was used in this study for selection of purple rice with high anthocyanin content were investigated. The relationship between DNA markers of OsB1 and OsDFR genes and anthocyanin content and pericarp color was studied in 300 plants of F2 population of the cross between white pericarp rice as a receptor (Pathum Thani 1) and purple pericarp rice as a donor (Kham Noi). The indel marker of OsDFR gene developed in this study and the CAPS marker of OsB1 gene were used as DNA markers for the selection of rice in F2 population. The Chi-square test showed that the inheritance of DNA markers of OsB1 and OsDFR gene followed Mendalian law with the ratio of 1: 2: 1. Analysis of anthocyanin content in F2 population by pH differential method showed that sample no. 299 had the highest anthocyanin content of 35.04 mg/100 gDW. The segregation of pericarp color in F2 population showed the ratio of 3: 1 (color: colorless) consistent with the genotypic ratio of OsB1 gene, suggesting that pericarp pigmentation requires at least a single dominant allele of OsB1 gene. Analysis of the relationship between genotype of DNA markers and anthocyanin content and pericarp color by simple regression method showed that only OsB1, a function marker, was highly related with anthocyanin content (p<0.05) which had R2 (R-squared value) equivalent to 31.9%. However, the DNA marker of OsDFR gene was not correlated with anthocyanin content. Therefore, the CAPS marker of OsB1 gene could be used to select rice with high anthocyanin content and pericarp color. This marker will be beneficial for marker-assisted selection of rice plants at early stage of growth which will be convenient and shorten time for breeding rice with high nutritional value.

ข้าวที่มีเยื่อหุ้มเมล็ดสีม่วงเกิดจากการสะสมของแอนโทไซยานินสูง การสังเคราะห์แอนโทไซยานิน ควบคุมด้วยยีนที่สำคัญ คือ OsB1 และ OsDFR ในงานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาเครื่องหมายดีเอ็นเอของยีน OsDFR และใช้เครื่องหมายดีเอ็นเอมาช่วยในการคัดเลือกข้าวที่มีเยื่อหุ้มเมล็ดสีม่วงที่มีปริมาณแอนโทไซยานินสูง และหาความสัมพันธ์ของเครื่องหมายดีเอ็นเอของยีน OsB1 และ OsDFR กับปริมาณแอนโทไซยานินและสีเยื่อหุ้มเมล็ดในประชากร F2 ของคู่ผสมระหว่างข้าวขาวพันธุ์รับปทุมธานี 1 กับข้าวม่วงพันธุ์ให้ก่ำน้อย จำนวน 300 ต้น เครื่องหมายดีเอ็นเอชนิด Indel ของยีน OsDFR ที่พัฒนาในงานวิจัยนี้และเครื่องหมายดีเอ็นเอชนิด CAPS ของยีน OsB1 นำมาใช้เป็นเครื่องหมายดีเอ็นเอในการคัดเลือกข้าวที่มีเยื่อหุ้มเมล็ดสีม่วงนำมาตรวจสอบในประชากร F2 และทดสอบด้วยไคสแควร์ พบว่า การถ่ายทอดเครื่องหมายดีเอ็นเอเป็นไปตามกฎของเมนเดล คือ 1:2:1 การวิเคราะห์ปริมาณแอนโทไซยานินในประชากร F2 ด้วยวิธี pH differential พบว่า ตัวอย่างที่ 299 มีปริมาณแอนโทไซยานินสูงที่สุดเท่ากับ 35.04 มิลลิกรัมต่อ 100 กรัมเมล็ดแห้ง จากนั้นวิเคราะห์การกระจายตัวของสีเยื่อหุ้มเมล็ดในประชากร F2 พบว่า อัตราส่วนการเกิดสีและไม่เกิดสี คือ 3:1 โดยการเกิดสีเยื่อหุ้มเมล็ดควบคุมด้วยอัลลีลเด่นของยีน OsB1 อย่างน้อย 1 อัลลีล การวิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างจีโนไทป์ของเครื่องหมายดีเอ็นเอกับปริมาณแอนโทไซยานินและสีเยื่อหุ้มเมล็ดด้วยวิธี simple regression พบว่า เครื่องหมายดีเอ็นเอเพียงหนึ่งตำแหน่ง คือ ยีน OsB1 มีความสัมพันธ์กับปริมาณแอนโทไซยานิน (p<0.05) มีค่า R2 เท่ากับ 31.9% ในขณะที่เครื่องหมายดีเอ็นเอของยีน OsDFR แสดงว่าไม่มีความสัมพันธ์กับปริมาณแอนโทไซยานิน ดังนั้น เครื่องหมายดีเอ็นเอชนิด CAPS ของยีน OsB1 สามารถใช้เพื่อคัดเลือกข้าวที่มีปริมาณแอนโทไซยานินสูง และเยื่อหุ้มเมล็ดมีสีได้ เครื่องหมายชนิดนี้จะเป็นประโยชน์ในการใช้คัดเลือกต้นข้าวได้ตั้งแต่ระยะแรกของการเจริญเติบโต สะดวก รวดเร็ว ช่วยย่นระยะเวลาในการปรับปรุงพันธุ์ข้าวที่มีคุณค่าทางโภชนาการสูงได้