Identification of molecular markers linked to rice bacterial blight resistance genes from Oryza meyeriana

Abstract

Y73 is a progeny of asymmetric somatic hybridization between Oryza sativa cv. Dalixiang and the wild rice species Oryza meyeriana. Inoculation with a range of strains of Xanthomonas oryzae pv. oryzae showed that Y73 had inherited a high level of resistance to rice bacterial blight (BB) from its wild parent. An F₂ population of 7125 individuals was constructed from the cross between Y73 and a BB-susceptible cultivar IR24. After testing 615 SSR and STS markers covering the 12 rice chromosomes, 186 markers were selected that showed polymorphism between Y73 and IR24. Molecular markers linked to the BB resistance genes in Y73 were scanned using the F₂ population and the polymorphic markers. The SSR marker RM128 on chromosome 1, the STS marker R03D159 on chromosome 3 and the STS marker R05D104 on chromosome 5 were found to be linked to the rice BB resistance genes in Y73.

Keywords

Oryza meyeriana / bacterial blight resistance gene / genetic population / linkage molecular marker

References

[1] Mew T W. Current status and future prospect of research on bacterial blight of rice. Annual Review of Phytopathology, 1987, 25(1): 359–382

[2] Zhang Q, Wang C, Shi A, Bai J, Ling S, Li D, Chen C, Pang H. Evaluation of resistance to bacterial blight (Xanthomonas oryzae pv. oryzae) in wild rice species. Scientia Agricultura Sinica, 1994, 27: 1–9 (in Chinese)

[3] Yan C Q, Qian K X, Yan Q S, Zhang X Q, Xue G P, Huangfu W G, Wu Y F, Zhao Y Z, Xue Z Y, Huang J, Xu G Z, Wu P. Use of asymmetric somatic hybridization for transfer of the bacterial blight resistance trait from Oryza meyeriana L. to O. sativa L. ssp. japonica. Plant Cell Reports, 2004, 22(8): 569–575

[4] Aggarwal R K, Brar D S, Khush G S. Two new genomes in the Oryza complex identified on the basis of molecular divergence analysis using total genomic DNA hybridization. Molecular & General Genetics, 1997, 254(1): 1–12

[5] Kinoshita T, Mori K. In vitro techniques for genomic alteration in rice plants. Euphytica, 2001, 120(3): 367–372

[6] Yan C Q, Qian K X, Xue G P, Wu Z C, Chen Y L, Yan Q S, Zhang X Q, Wu P. Production of bacterial blight resistant lines from somatic hybridization between Oryza sativa L. and Oryza meyeriana L. Journal of Zhejiang University SCIENCE, 2004, 5(10): 1199– 1205

[7] Kauffman H E, Reddy A P K, Hsieh S P Y, Merca S D. An improved technique for evaluating resistance of rice varieties to Xanthomonas oryzae. Plant Disease Reports, 1973, 57: 537–541

[8] Sanchez A C, Ilag L L, Yang D, Brar D S, Ausubel F, Khush G S, Yano M, Sasaki T, Li Z, Huang N. Genetic and physical mapping of xa13, a recessive bacterial blight resistance gene in rice. Theoretical and Applied Genetics, 1999, 98(6–7): 1022–1028

[9] Wu S B, Wirthensohn M G, Hunt P, Gibson J P, Sedgley M. High resolution melting analysis of almond SNPs derived from ESTs. Theoretical and Applied Genetics, 2008, 118(1): 1–14

[10] Panaud O, Chen X, McCouch S R. Development of microsatellite markers and characterization of simple sequence length polymorphism (SSLP) in rice (Oryza sativa L.). Molecular & General Genetics, 1996, 252(5): 597–607

[11] Luo Z, Yang Z, Zhong B, Li Y, Xie R, Zhao F, Ling Y, He G. Genetic analysis and fine mapping of a dynamic rolled leaf gene, RL10(t), in rice (Oryza sativa L.). Genome, 2007, 50(9): 811–817

[12] Song W Y, Wang G L, Chen L L, Kim H S, Pi L Y, Holsten T, Gardner J, Wang B, Zhai W X, Zhu L H, Fauquet C, Ronald P. A receptor kinase-like protein encoded by the rice disease resistance gene, Xa21. Science, 1995, 270(5243): 1804–1806

[13] Wang G L, Ruan D L, Song W Y, Sideris S, Chen L L, Pi L Y, Zhang S, Zhang Z, Fauquet C, Gaut B S, Whalen M C, Ronald P C. Xa21D encodes a receptor-like molecule with a leucine-rich repeat domain that determines race-specific recognition and is subject to adaptive evolution. The Plant Cell, 1998, 10: 765–779

[14] Gu K, Tian D, Yang F, Wu L, Sreekala C, Wang D, Wang G L, Yin Z. High-resolution genetic mapping of Xa27(t), a new bacterial blight resistance gene in rice, Oryza sativa L. Theoretical and Applied Genetics, 2004, 108(5): 800–807

[15] Gu K, Yang B, Tian D, Wu L, Wang D, Sreekala C, Yang F, Chu Z, Wang G L, White F F, Yin Z. R gene expression induced by a type-III effector triggers disease resistance in rice. Nature, 2005, 435(7045): 1122–1125

[16] Wang C L, Chen L T, Zeng C Z, Zhang Q Y, Liu P Q, Liu Y G, Fan Y L, Zhang Q, Zhao K J. Chromosome walking for fine mapping of Xa23 gene locus by using genomic libraries. Chinese Journal of Rice Science, 2006, 20: 355–360 (in Chinese)

[17] Tan G X, Ren X, Weng Q M, Shi Z Y, Zhu L L, He G C. Mapping of a new resistance gene to bacterial blight in rice line introgressed from Oryza officinalis. Acta Genetica Sinica, 2004, 31(7): 724–729 (in Chinese)

[18] Yoshimura S, Yamanouchi U, Katayose Y, Toki S, Wang Z X, Kono I, Kurata N, Yano M, Iwata N, Sasaki T. Expression of Xa1, a bacterial blight-resistance gene in rice, is induced by bacterial inoculation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 1998, 95(4): 1663–1668

[19] Blair M W, Garris A J, Iyer A S, Chapman B, Kresovich S, McCouch S R. High resolution genetic mapping and candidate gene identification at the xa5 locus for bacterial blight resistance in rice  (Oryza sativa L.). Theoretical and Applied Genetics, 2003, 107(1): 62–73

[20] Chu Z, Yuan M, Yao J, Ge X, Yuan B, Xu C, Li X, Fu B, Li Z, Bennetzen J L, Zhang Q, Wang S. Promoter mutations of an essential gene for pollen development result in disease resistance in rice. Genes & Development, 2006, 20(10): 1250–1255

[21] Sun X Y, Cao Z, Yang C, Xu X, Li S, Zhang Q. Xa26, a gene conferring resistance to Xanthomonas oryzae pv. oryzae in rice, encodes and LRR receptor kinase-like protein. The Plant Journal, 2004, 37: 517–527

Acknowledgements

This research was supported by grants from State Basic Research Program of China (2014CB160309, 2014CB138403), Hi-Tech Program of China, Ministry of Science and Technology (2014A A10A603-15), and Zhejiang Provincial Foundation for Natural Science (LZ16C130002, LZ14C140001). We thank Prof. M J Adams for his advice during preparation of the manuscript.

Compliance with ethics guidelines

Jing Wang, Chen Cheng, Yanru Zhou, Yong Yang, Qiong Mei, Junmin Li, Ye Cheng, Chengqi Yan, and Jianping Chen declare that they have no conflict of interest or financial conflicts to disclose.

This article does not contain any studies with human or animal subjects performed by any of the authors.

RIGHTS & PERMISSIONS

Higher Education Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg