Development of Aromatic Glutinous Rice with Resistance to Gall Midge Using DNA Marker-Assisted Selection

Abstract

The rice gall midge (Orseolia oryzae) is a major pest in rice cultivation, causing the formation of galls in rice plants and preventing panicle emergence, leading to significant yield loss. Utilizing resistant varieties is an effective strategy for mitigating such damage. This research aimed to investigate the genetic resistance to gall midge in the RD22 rice variety compared to the local variety Muey Nawng 62M (MN62M), and to utilize RD22 as a donor parent in breeding new resistant glutinous rice lines. Reactions to gall midge infestation were assessed in two F2 rice populations derived from the crosses PYO16-001-3-24B × MN62M and PYO16-001-3-24B × RD22, under greenhouse conditions using gall midge populations from Phrae province. Genetic segregation ratios analyzed using chi-square tests revealed that both MN62M and RD22 carried two genes conferring resistance which exhibit duplicate recessive epistasis. Genotyping of resistant and susceptible F2 individuals using 9 SSR DNA markers located in the qGM12 region identified 3 and 2 markers, respectively, that could distinguish resistant from susceptible plants in the two populations. To develop aromatic glutinous rice lines resistant to gall midge, five improved rice lines were crossed with the resistant RD22 variety. Marker-assisted selection using SSR markers RM6800, RM3340 and RM110 targeting the qGM12 region was employed, leading to the identification of 15 F4:5 lines. These lines were then evaluated for resistance against gall midge populations from Phrae, Nan, and Chiang Rai provinces under greenhouse conditions. Five lines exhibited high to moderate resistance: PYO21-005-6-5-5 and PYO21-020-6-5-6 showed high resistance (1–5% infestation), while PYO21-001-8-4-2, PYO21-002-5-2-8 and PYO21-002-18-7-4 exhibited moderate resistance (6–10% infestation). Subsequently, all of five resistant and moderately resistant lines were evaluated for grain yield. The average grain yield was found to be 662.98 kg/rai, with the two highest-yielding lines being the black aromatic glutinous rice line PYO21-005-6-5-5 (731.27 kg/rai) and the white aromatic glutinous rice line PYO21-001-8-4-2 (724.61 kg/rai). These lines exhibit favorable agronomic characteristics suitable for further development as gall midge-resistant glutinous rice lines. Based on the experimental results, these high-yielding and resistant lines will be advanced and selected for genetic uniformity and stability in the next generations.

แมลงบั่ว (Orseolia oryzae; rice gall midge) เป็นแมลงศัตรูข้าวที่สำคัญ ทำให้ต้นข้าวเกิดหลอดบั่ว และไม่ออกรวง ทำให้ผลผลิตข้าวลดลง การใช้พันธุ์ต้านทานนับเป็นแนวทางหนึ่งที่ป้องกันความเสียหายได้ งานวิจัยนี้มีเป้าหมายเพื่อศึกษาพันธุกรรมความต้านทานต่อแมลงบั่วในข้าวพันธุ์ปลูก กข22 เปรียบเทียบกับข้าวพื้นเมืองเหมยนอง 62 เอ็ม และใช้ กข22 เป็นพันธุ์ให้สำหรับการปรับปรุงพันธุ์ข้าวพันธุ์อื่นให้ต้านทานต่อแมลงบั่ว จากการทดสอบปฏิกิริยาต่อแมลงบั่วในประชากรข้าวชั่วที่ F2 จำนวน 2 ประชากร ที่เกิดจากคู่ผสมระหว่าง PYO16-001-3-24B กับเหมยนอง 62 เอ็ม และ PYO16-001-3-24B กับ กข22 ในสภาพโรงเรือน โดยใช้ประชากรแมลงบั่วจากจังหวัดแพร่ จากการวิเคราะห์อัตราส่วนทางพันธุกรรมด้วยวิธีการทดสอบไคสแควร์ พบว่า เหมยนอง 62 เอ็มและ กข22 มียีนที่ควบคุมลักษณะต้านทาน จำนวน 2 ยีน และมีปฏิกิริยาการข่มของยีนต่างตำแหน่งแบบดูพลิเกท รีเซสสีบยีน (duplicate recessive gene) เมื่อตรวจสอบจีโนไทป์ด้วยเครื่องหมายดีเอ็นเอชนิด SSR ที่อยู่ในบริเวณ qGM12 จำนวน 9 เครื่องหมาย ในต้นข้าวชั่วที่ F2 ที่แสดงความต้านทานและอ่อนแอจากคู่ผสมทั้งสอง คู่ละ 200 ต้น พบว่า มี 3 และ 2 เครื่องหมาย สามารถแยกความแตกต่างระหว่างต้นข้าวที่ต้านทานออกจากต้นอ่อนแอที่มาจากคู่ผสม PYO16-001-3-24B กับเหมยนอง 62 เอ็ม และคู่ผสม PYO16-001-3-24B กับ กข22 ได้ ตามลำดับ สำหรับการพัฒนาข้าวเหนียวหอมให้ต้านทานต่อแมลงบั่ว ได้ทำการผสมพันธุ์ระหว่างข้าวสายพันธุ์ปรับปรุงใหม่ 5 สายพันธุ์ กับพันธุ์ต้านทาน กข22 และใช้เครื่องหมายดีเอ็นเอ RM6800, RM3340 และ RM110 ช่วยคัดเลือกต้นที่ได้รับ qGM12 จนได้ประชากรชั่วที่ F4:5 จำนวน 15 สายพันธุ์ เมื่อนำมาปลูกทดสอบปฏิกิริยาต่อแมลงบั่วจากจังหวัดแพร่ น่าน และเชียงราย ในสภาพโรงเรือนพบว่า มี 5 สายพันธุ์ ที่แสดงความต้านทานมาก ถึงค่อนข้างต้านทาน ได้แก่ 1) PYO21-005-6-5-5 และ 2) PYO21-020-6-5-6 มีความต้านทานระดับดีมาก (เปอร์เซ็นต์การเข้าทำลาย 1–5%) และ 3) PYO21-001-8-4-2, 4) PYO21-002-5-2-8 และ 5) PYO21-002-18-7-4 อยู่ในระดับค่อนข้างต้านทาน (เปอร์เซ็นต์การเข้าทำลาย 6–10%) หลังจากนั้นนำสายพันธุ์ต้านทานและค่อนข้างต้านทานทั้ง 5 สายพันธุ์ มาปลูกทดสอบผลผลิต พบว่า มีผลผลิตเฉลี่ย 662.98 กก.ต่อไร่ โดยสายพันธุ์ที่มีผลผลิตสูงสุด 2 อันดับแรก ได้แก่ ข้าวเหนียวหอมสีดำ PYO21-005-6-5-5 มีผลผลิตสูงสุด 731.27 กิโลกรัมต่อไร่ และข้าวเหนียวหอมสีขาว PYO21-001-8-4-2 มีผลผลิตเฉลี่ย 724.61 กิโลกรัมต่อไร่ โดยทั้งหมดมีคุณลักษณะที่เหมาะสมต่อการพัฒนาเป็นพันธุ์ข้าวเหนียวต้านทานแมลงบั่ว จากผลการทดลองดังกล่าว จะนำสายพันธุ์ต้านทานและมีผลผลิตสูงไปปลูกคัดเลือกให้มีความสม่ำเสมอต่อไป