1- گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
2- مؤسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، سازمان تحقیقات آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران
2- مؤسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، سازمان تحقیقات آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران
چکیده: (389 مشاهده)
چکیده مبسوط
مقدمه و هدف: گندم (L.Triticum aestivum ) به عنوان یک غله استراتژیک، نقش حیاتی در امنیت غذایی جهانی ایفا می‌کند و منبع اصلی تغذیه برای بیش از ۳۵ درصد از جمعیت جهان محسوب می‌شود. با این حال، تولید پایدار این محصول با چالش‌های متعددی از جمله تنش‌های غیر زیستی مواجه است. در میان این تنش‌ها، شوری یکی از مهمترین عوامل محدودکننده تولید گندم در بسیاری از مناطق جهان به شمار می‌رود. تنش شوری نه تنها بر جوانه‌زنی و استقرار گیاهچه تأثیر منفی می‌گذارد، بلکه مراحل مختلف رشد، عملکرد نهایی و حتی ویژگی‌های کیفی دانه را نیز به شدت تحت تأثیر قرار می‌دهد. با توجه به گسترش روزافزون خاک‌های شور و کاهش منابع آب با کیفیت، شناسایی و معرفی ارقام متحمل به شوری در برنامه‌های به‌نژادی گندم ضروری است. تحمل به شوری یک صفت کمی پیچیده است که توسط تعداد زیادی از ژن‌ها و شبکه‌های پیچیده فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی کنترل می‌شود. از آنجا که این مکانیسم‌ها شامل ویژگی‌های فیزیولوژیک و مورفولوژیک متعددی می‌شوند، ارزیابی تنوع ژنتیکی و شناسایی نشانگرهای مولکولی مرتبط با صفات فیزیولوژیک و مورفولوژیک، گامی ضروری برای بهبود ژنتیکی این گیاه محسوب می‌شود. استفاده از نشانگرهای مولکولی، نظیر ریزماهواره‌ها (SSR) که با نواحی ژنی کنترل‌کننده تحمل به شوری ارتباط دارند، امکان گزینش دقیق‌تر و سریع‌تر ژنوتیپ‌های متحمل را در قالب گزینش به کمک نشانگر فراهم می‌کند. بر این اساس، پژوهش حاضر با هدف شناسایی تنوع ژنتیکی و نشانگرهای مهم مولکولی مرتبط با صفات مهم گیاهچه‌ای تحت شرایط بدون تنش و تنش شوری در ژنوتیپ‌های گندم اجرا شد.
مواد و روشها: در بخش ارزیابی فنوتیپی، تعداد ۳۷ ژنوتیپ گندم در قالب طرح بلوکهای کامل تصادفی با سه تکرار در دو شرایط بدون تنش و تنش شوری در سال ۱۳۹۹ در گلخانه تحقیقات شوری بخش تحقیقات غلات موسسه اصلاح و تهیه نهال و بذر کرج در محیط کشت هوگلند مطالعه شدند. در تیمار شاهد (بدون تنش) محلول غذایی هوگلند و در تیمار تنش شوری محلول غذایی هوگلند حاوی NaCl با شوری ۱۲ دسیزیمنس بر متر استفاده شدند. پس از دوره رشد شش هفته‌ای، صفات فیزیولوژیک و مورفولوژیک مهمی شامل میزان کلروفیل برگ، طول، عرض و سطح برگ پرچم، بیوماس کل، میزان یون‌های سدیم و پتاسیم و نسبت پتاسیم به سدیم اندازه‌گیری شدند. در بخش مولکولی، استخراج DNA به روش CTAB از برگهای جوان و عاری از بیماری انجام گرفت. سپس DNA استخراجشده از نظر خصوصیات کیفی و کمی، شامل غلظت و خلوص آن، توسط دستگاه اسپکتروفتومتری و الکتروفورز ژل آگارز یک درصد بررسی گردید. تمامی ژنوتیپ‌های مورد بررسی با استفاده از 27 نشانگر SSR که با نواحی گزارش شده QTLهای تحمل به شوری در گندم مرتبط بودند، مورد ارزیابی قرار گرفتند. در بخش ارزیابی مورفولوژی، تجزیه وایانس داده ها با استفاده از نرم افزارهای SPSS v.21 و در بخش مولکولی تعیین ساختار جمعیت با استفاده از روش بیزین در نرم‌افزار Structure v.2.3.4، محاسبه شاخص های تنوع و تجزیه واریانس مولکولی با استفاده از نرم افزار GenAlEx v.6.501، تجزیه به مختصات اصلی و تجزیه خوشه ای با استفاده از الگوریتم UPGMA در نرم افزار DARwin v.6 و تجزیه ارتباطی براساس مدل MLM در نرم‌افزار TASSEL v.4 انجام شدند.
یافته ها: نتایج تجزیه واریانس در دو شرایط نشان دادند که بین ژنوتیپ‌های مورد مطالعه از نظر صفات میزان کلروفیل برگ، طول و عرض برگ پرچم، سطح برگ پرچم، بیوماس کل، میزان سدیم، میزان پتاسیم و نسبت میزان پتاسیم به سدیم برگ تفاوت های آماری معنیداری وجود داشتند (0.01<p) ، که بیانگر تنوع ژنتیکی بالا بین ژنوتیپ‌های مورد بررسی است. در تجزیه ساختار جمعیت، ژنوتیپ‌های مورد بررسی براساس حداکثر مقدار ∆K در دو زیر گروه احتمالی (۲=K) طبقهبندی شدند، به طوریکه در زیر گروه اول ۱۸ ژنوتیپ و در زیر گروه دوم ۱۹ ژنوتیپ قرار گرفتند. در زیرگروه اول شامل چهار رقم تجاری و ۱۴ لاین امیدبخش و زیرجمعیت دوم ۱۰ رقم تجاری و ۹ لاین امیدبخش گروه بندی شدند. بر اساس شاخص های تنوع، زیرگروه دوم در مقایسه با زیرگروه اول تنوع بسیار بیشتری نشان داد. بر اساس تجزیه واریانس مولکولی، بین دو زیرگروه تمایز ژنتیکی معنی داری مشاهده شد. با توجه به نتایج تجزیه ارتباطی با روش مدل خطی مخلوط (MLM)، در شرایط بدون تنش تعداد ۲۹ و در شرایط تنش شوری تعداد ۳۰ ارتباط معنیدار (0.01<p ) نشانگر-صفت مشاهده شدند. در شرایط تنش شوری، نشانگرهای gwm108 و gwm47 با صفات میزان سدیم و نسبت میزان پتاسیم به سدیم ارتباط بالایی نشان دادند که میتوانند در شناسایی نمونه های متحمل به تنش شوری مورد استفاده قرار گیرند.
نتیجه گیری: نتایج این پژوهش اطلاعات ارزشمندی را در ارتباط با تنوع ژنتیکی ژنوتیپ‌های مورد بررسی و مبنای ژنتیکی صفات مورد مطالعه فراهم می نماید. شناسایی نشانگرهای مرتبط با صفات مهم فیزیولوژیک و مورفولوژیک تحت شرایط تنش شوری، امکان گزینش به کمک نشانگر را برای بهبود تحمل به شوری در گندم فراهم می‌کند. این یافته‌ها را می‌توان در پیشبرد برنامه‌های به‌نژادی و گزینش و تولید ژنوتیپ‌های مطلوب با تحمل به شوری مورد استفاده قرار داد. نشانگرهای شناسایی شده به ویژه gwm108 و gwm47 را می‌توان به عنوان ابزارهای مولکولی ارزشمندی در برنامه‌های به‌نژادی گندم برای مناطق تحت تأثیر شوری به کار گرفت.
مقدمه و هدف: گندم (L.Triticum aestivum ) به عنوان یک غله استراتژیک، نقش حیاتی در امنیت غذایی جهانی ایفا می‌کند و منبع اصلی تغذیه برای بیش از ۳۵ درصد از جمعیت جهان محسوب می‌شود. با این حال، تولید پایدار این محصول با چالش‌های متعددی از جمله تنش‌های غیر زیستی مواجه است. در میان این تنش‌ها، شوری یکی از مهمترین عوامل محدودکننده تولید گندم در بسیاری از مناطق جهان به شمار می‌رود. تنش شوری نه تنها بر جوانه‌زنی و استقرار گیاهچه تأثیر منفی می‌گذارد، بلکه مراحل مختلف رشد، عملکرد نهایی و حتی ویژگی‌های کیفی دانه را نیز به شدت تحت تأثیر قرار می‌دهد. با توجه به گسترش روزافزون خاک‌های شور و کاهش منابع آب با کیفیت، شناسایی و معرفی ارقام متحمل به شوری در برنامه‌های به‌نژادی گندم ضروری است. تحمل به شوری یک صفت کمی پیچیده است که توسط تعداد زیادی از ژن‌ها و شبکه‌های پیچیده فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی کنترل می‌شود. از آنجا که این مکانیسم‌ها شامل ویژگی‌های فیزیولوژیک و مورفولوژیک متعددی می‌شوند، ارزیابی تنوع ژنتیکی و شناسایی نشانگرهای مولکولی مرتبط با صفات فیزیولوژیک و مورفولوژیک، گامی ضروری برای بهبود ژنتیکی این گیاه محسوب می‌شود. استفاده از نشانگرهای مولکولی، نظیر ریزماهواره‌ها (SSR) که با نواحی ژنی کنترل‌کننده تحمل به شوری ارتباط دارند، امکان گزینش دقیق‌تر و سریع‌تر ژنوتیپ‌های متحمل را در قالب گزینش به کمک نشانگر فراهم می‌کند. بر این اساس، پژوهش حاضر با هدف شناسایی تنوع ژنتیکی و نشانگرهای مهم مولکولی مرتبط با صفات مهم گیاهچه‌ای تحت شرایط بدون تنش و تنش شوری در ژنوتیپ‌های گندم اجرا شد.
مواد و روشها: در بخش ارزیابی فنوتیپی، تعداد ۳۷ ژنوتیپ گندم در قالب طرح بلوکهای کامل تصادفی با سه تکرار در دو شرایط بدون تنش و تنش شوری در سال ۱۳۹۹ در گلخانه تحقیقات شوری بخش تحقیقات غلات موسسه اصلاح و تهیه نهال و بذر کرج در محیط کشت هوگلند مطالعه شدند. در تیمار شاهد (بدون تنش) محلول غذایی هوگلند و در تیمار تنش شوری محلول غذایی هوگلند حاوی NaCl با شوری ۱۲ دسیزیمنس بر متر استفاده شدند. پس از دوره رشد شش هفته‌ای، صفات فیزیولوژیک و مورفولوژیک مهمی شامل میزان کلروفیل برگ، طول، عرض و سطح برگ پرچم، بیوماس کل، میزان یون‌های سدیم و پتاسیم و نسبت پتاسیم به سدیم اندازه‌گیری شدند. در بخش مولکولی، استخراج DNA به روش CTAB از برگهای جوان و عاری از بیماری انجام گرفت. سپس DNA استخراجشده از نظر خصوصیات کیفی و کمی، شامل غلظت و خلوص آن، توسط دستگاه اسپکتروفتومتری و الکتروفورز ژل آگارز یک درصد بررسی گردید. تمامی ژنوتیپ‌های مورد بررسی با استفاده از 27 نشانگر SSR که با نواحی گزارش شده QTLهای تحمل به شوری در گندم مرتبط بودند، مورد ارزیابی قرار گرفتند. در بخش ارزیابی مورفولوژی، تجزیه وایانس داده ها با استفاده از نرم افزارهای SPSS v.21 و در بخش مولکولی تعیین ساختار جمعیت با استفاده از روش بیزین در نرم‌افزار Structure v.2.3.4، محاسبه شاخص های تنوع و تجزیه واریانس مولکولی با استفاده از نرم افزار GenAlEx v.6.501، تجزیه به مختصات اصلی و تجزیه خوشه ای با استفاده از الگوریتم UPGMA در نرم افزار DARwin v.6 و تجزیه ارتباطی براساس مدل MLM در نرم‌افزار TASSEL v.4 انجام شدند.
یافته ها: نتایج تجزیه واریانس در دو شرایط نشان دادند که بین ژنوتیپ‌های مورد مطالعه از نظر صفات میزان کلروفیل برگ، طول و عرض برگ پرچم، سطح برگ پرچم، بیوماس کل، میزان سدیم، میزان پتاسیم و نسبت میزان پتاسیم به سدیم برگ تفاوت های آماری معنیداری وجود داشتند (0.01<p) ، که بیانگر تنوع ژنتیکی بالا بین ژنوتیپ‌های مورد بررسی است. در تجزیه ساختار جمعیت، ژنوتیپ‌های مورد بررسی براساس حداکثر مقدار ∆K در دو زیر گروه احتمالی (۲=K) طبقهبندی شدند، به طوریکه در زیر گروه اول ۱۸ ژنوتیپ و در زیر گروه دوم ۱۹ ژنوتیپ قرار گرفتند. در زیرگروه اول شامل چهار رقم تجاری و ۱۴ لاین امیدبخش و زیرجمعیت دوم ۱۰ رقم تجاری و ۹ لاین امیدبخش گروه بندی شدند. بر اساس شاخص های تنوع، زیرگروه دوم در مقایسه با زیرگروه اول تنوع بسیار بیشتری نشان داد. بر اساس تجزیه واریانس مولکولی، بین دو زیرگروه تمایز ژنتیکی معنی داری مشاهده شد. با توجه به نتایج تجزیه ارتباطی با روش مدل خطی مخلوط (MLM)، در شرایط بدون تنش تعداد ۲۹ و در شرایط تنش شوری تعداد ۳۰ ارتباط معنیدار (0.01<p ) نشانگر-صفت مشاهده شدند. در شرایط تنش شوری، نشانگرهای gwm108 و gwm47 با صفات میزان سدیم و نسبت میزان پتاسیم به سدیم ارتباط بالایی نشان دادند که میتوانند در شناسایی نمونه های متحمل به تنش شوری مورد استفاده قرار گیرند.
نتیجه گیری: نتایج این پژوهش اطلاعات ارزشمندی را در ارتباط با تنوع ژنتیکی ژنوتیپ‌های مورد بررسی و مبنای ژنتیکی صفات مورد مطالعه فراهم می نماید. شناسایی نشانگرهای مرتبط با صفات مهم فیزیولوژیک و مورفولوژیک تحت شرایط تنش شوری، امکان گزینش به کمک نشانگر را برای بهبود تحمل به شوری در گندم فراهم می‌کند. این یافته‌ها را می‌توان در پیشبرد برنامه‌های به‌نژادی و گزینش و تولید ژنوتیپ‌های مطلوب با تحمل به شوری مورد استفاده قرار داد. نشانگرهای شناسایی شده به ویژه gwm108 و gwm47 را می‌توان به عنوان ابزارهای مولکولی ارزشمندی در برنامه‌های به‌نژادی گندم برای مناطق تحت تأثیر شوری به کار گرفت.
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
