میترا شهیدی زندی، قاسم محمدی نژاد*1، سمیه ساردویی نسب، مریم درانی نژاد، شکوفه خاندانی، ملیحه رحیمی صادق
چکیده: (7 مشاهده)
مقدمه و هدف: رشد روز افزون جمعیت جهان و قرار داشتن بخشهای زیادی از نواحی کشت گندم در اقلیمهای نامساعد و پرتنش، لزوم بهبود تولید و کشت ارقام پرمحصول مقاوم را بیشتر کرده است. گندم نان (Triticum aestivum L.) از مهمترین گیاهان زراعی در جهان و ایران است و به عنوان مهمترین منبع تامین کربوهیدرات، انسان غذای حدود نیمی از مردم دنیا را تشکیل می دهد و در اغلب کشورهای جهان کشت می شود. حدود ۲۰ درصد از اراضی تحت آبیاری در مناطق خشک و نیمه خشک جهان با مشکل شوری مواجه هستند و در اثر تغییرات آب و هوایی و کاهش نزولات آسمانی شوری در این مناطق در حال گسترش میباشد. در کشور ایران حدود ۲۴ میلیون هکتار از اراضی با درجات مختلفی تحت تاثیر شوری قرار دارد. تنش شوری باعث کاهش رشد رویشی و زایشی و در نتیجه عملکرد گندم میگردد. تولید و اصلاح ارقام متحمل به شوری گندم در اقلیمهای مختلف کشور، راهکار اصلی برای غلبه بر مشکل شوری و جلوگیری از کاهش عملکرد و خسارات هنگفت کشاورزان در مناطق متأثر از شوری میباشد. شناسایی مناطق کروموزومی مرتبط با صفات زراعی تحت تنش شوری برای بهبود تحمل به شوری در گندم بسیار مهم است. در همین راستا انجام تحقیقات با بهرهگیری از تکنولوژی نشانگرهای مولکولی جهت شناسایی دقیق مکانیسمهای دخیل در تحمل به شوری در گیاهان زراعی با هدف یافتن مکانهای ژنی موثر و ژنهای کاندید برای شوری، از اهمیت به سزایی برخوردار است. پژوهش حاضر با هدف تعیین ساختار جمعیت و شناسایی مکان های ژنی کنترل کننده صفات زراعی و مورفو- فیزیولوژیک در شرایط تنش شوری با استفاده از ۱۷۰۹۳نشانگر SNP و ۲۷۴ ژنوتیپ گندم نان انجام شد.
مواد و روش ها: تعداد ۲۶۸ رقم بین المللی گندم نان که از موسسه تحقیقات ژنتیک گیاهی و گیاهان زراعی (IPK) آلمان تهیه شده بودند، به همراه ۶ رقم شاهد متشکل از ارقام متحمل و حساس به شوری شامل: تریتیپایروم، سوپرهد،کویر، سبلان، کارچیا و گاسپارد در سال زراعی ۱۴۰۰-۱۳۹۹ در قالب طرح آگمنت با ۳ بلوک در مزرعه تحقیقاتی پژوهشکده فناوری تولیدات گیاهی واقع در دانشگاه شهید باهنر کرمان مورد ارزیابی قرار گرفتند. برای اعمال تنش شوری، آبیاری با آب شور از مرحله پنجه روی با شوری ۸ دسی زیمنس آغاز و در هر مرحله آبیاری با افزایش یک واحد شوری با شوری ۱۲دسی زیمنس تا پایان رسیدن فیزیولوژی ادامه یافت. صفات فیزیولوژیک شامل، کربن دی اکسید، هدایت روزنه ای، سرعت فتوسنتز با استفاده از دستگاه فتوسنتزمتر (ADC Bio Scientific Limited,UK) و صفات موروفولوژیک و زراعی شامل، روز تا سنبله دهی، روز تا رسیدگی، عرض برگ پرچم، ارتفاع بوته، تعداد سنبله بارور، وزن دانه در بوته، تعداد دانه در بوته، تعداد دانه در واحد سطح، وزن هزار دانه، عملکرد بیولوژیک، و عملکرد دانه در طول دوره رشد اندازه گیری شدند. ژنوتیپیابی با استفاده از آرایه چند شکلی تک نوکلئوتیدی (SNP) با تراکم 9K در شرکت TraitGenetic کشور آلمان انجام شد. برای کاهش خطاهای مثبت، نشانگرهای SNP بر اساس فراوانی آللی کمتر از 0.01 و ژنوتیپهای گمشده بیش از 0.05 فیلتر شدند. تجزیه ساختار جمعیت و دستهبندی دقیق نمونهها به زیرجمعیتهای مناسب، با استفاده از بسته نرمافزاری LEA در محیط R صورت گرفت. تعداد بهینه زیرجمعیتها (K) در بازه 1 تا 10 بررسی شد و مقدار بهینه K=5 تعیین گردید. تجزیه ارتباط نشانگر-صفت بین دادههای فنوتیپی و نشانگرهای SNP با استفاده از نرم افزار TASSEL و روش مدل خطی عمومی (GLM[1]) انجام شد.برای تعیین خط آستانه معنیداری از روش ji و Li استفاده شد که در آن میزان خطا با استفاده از فرمول
محاسبه گردید که در آن n، تعداد آزمونهای مستقل موثر را نشان می دهد. در نتیجه از مقدار LOD برابر با ۶/۳ برای معنی داری استفاده شد. از تعداد ۱۷۰۹۳ نشانگر SNP برای تجزیه ساختار جمعیت و پویش جامع ژنومی (GWAS) استفاده شد.
یافته ها: تعداد زیرجمعیتها (K) برای بازه از ۱ تا ۱۰ مورد آزمایش قرار گرفت که منجر به K بهینه (۵K=) برای این مجموعه داده شد. بر اساس نتایج GWAS، تعداد 104 ارتباط نشانگر-صفت (MTA) برای صفات مختلف شناسایی شدند. تعداد MTA شناسایی شده در ژنوم D بسیار کمتر از ژنوم A و B بود. ژنوم A تعداد 39 MTA، ژنوم B تعداد 49 MTA و ژنوم D تعداد ۱۶MTA را در برداشتند. این امر به دلیل تنوع ژنتیکی نسبتاً پایین و جریان ژنی محدود در این ژنوم می باشد. در بین صفات مورد بررسی، صفت روز تا سنبله دهی با تعداد ۲۱ MTA بیشترین تعداد MTA را در بر داشت. در مقابل سرعت فتوسنتز، کربندیاکسید و عرض برگ پرچم هر کدام با در بر داشتن یک MTA کمترین تعداد ارتباط نشانگر-صفت را داشتند. نشانگرهای Jagger_c4412_265، BobWhite_c5694_120 و BS00088733_51 با بیش از یک صفت فنوتیپی ارتباط داشتند، که بیانگر حضور احتمالی اثرات پلیوتروپیک یا پیوستگی مکانهای کنترل کننده صفات میباشد. از این نشانگرها می توان برای بهبود همزمان چند صفت و در نتیجه بهبود عملکرد گندم درشرایط تنش شوری استفاده کرد
نتیجه گیری: مطالعه حاضر، نتایج ارزشمندی در جهت شناسایی ژنهای کاندید و درک بهتر مکانیسمهای تحمل به تنش شوری در برنامههای اصلاحی گندم ارائه میکند.
مواد و روش ها: تعداد ۲۶۸ رقم بین المللی گندم نان که از موسسه تحقیقات ژنتیک گیاهی و گیاهان زراعی (IPK) آلمان تهیه شده بودند، به همراه ۶ رقم شاهد متشکل از ارقام متحمل و حساس به شوری شامل: تریتیپایروم، سوپرهد،کویر، سبلان، کارچیا و گاسپارد در سال زراعی ۱۴۰۰-۱۳۹۹ در قالب طرح آگمنت با ۳ بلوک در مزرعه تحقیقاتی پژوهشکده فناوری تولیدات گیاهی واقع در دانشگاه شهید باهنر کرمان مورد ارزیابی قرار گرفتند. برای اعمال تنش شوری، آبیاری با آب شور از مرحله پنجه روی با شوری ۸ دسی زیمنس آغاز و در هر مرحله آبیاری با افزایش یک واحد شوری با شوری ۱۲دسی زیمنس تا پایان رسیدن فیزیولوژی ادامه یافت. صفات فیزیولوژیک شامل، کربن دی اکسید، هدایت روزنه ای، سرعت فتوسنتز با استفاده از دستگاه فتوسنتزمتر (ADC Bio Scientific Limited,UK) و صفات موروفولوژیک و زراعی شامل، روز تا سنبله دهی، روز تا رسیدگی، عرض برگ پرچم، ارتفاع بوته، تعداد سنبله بارور، وزن دانه در بوته، تعداد دانه در بوته، تعداد دانه در واحد سطح، وزن هزار دانه، عملکرد بیولوژیک، و عملکرد دانه در طول دوره رشد اندازه گیری شدند. ژنوتیپیابی با استفاده از آرایه چند شکلی تک نوکلئوتیدی (SNP) با تراکم 9K در شرکت TraitGenetic کشور آلمان انجام شد. برای کاهش خطاهای مثبت، نشانگرهای SNP بر اساس فراوانی آللی کمتر از 0.01 و ژنوتیپهای گمشده بیش از 0.05 فیلتر شدند. تجزیه ساختار جمعیت و دستهبندی دقیق نمونهها به زیرجمعیتهای مناسب، با استفاده از بسته نرمافزاری LEA در محیط R صورت گرفت. تعداد بهینه زیرجمعیتها (K) در بازه 1 تا 10 بررسی شد و مقدار بهینه K=5 تعیین گردید. تجزیه ارتباط نشانگر-صفت بین دادههای فنوتیپی و نشانگرهای SNP با استفاده از نرم افزار TASSEL و روش مدل خطی عمومی (GLM[1]) انجام شد.برای تعیین خط آستانه معنیداری از روش ji و Li استفاده شد که در آن میزان خطا با استفاده از فرمول
محاسبه گردید که در آن n، تعداد آزمونهای مستقل موثر را نشان می دهد. در نتیجه از مقدار LOD برابر با ۶/۳ برای معنی داری استفاده شد. از تعداد ۱۷۰۹۳ نشانگر SNP برای تجزیه ساختار جمعیت و پویش جامع ژنومی (GWAS) استفاده شد. یافته ها: تعداد زیرجمعیتها (K) برای بازه از ۱ تا ۱۰ مورد آزمایش قرار گرفت که منجر به K بهینه (۵K=) برای این مجموعه داده شد. بر اساس نتایج GWAS، تعداد 104 ارتباط نشانگر-صفت (MTA) برای صفات مختلف شناسایی شدند. تعداد MTA شناسایی شده در ژنوم D بسیار کمتر از ژنوم A و B بود. ژنوم A تعداد 39 MTA، ژنوم B تعداد 49 MTA و ژنوم D تعداد ۱۶MTA را در برداشتند. این امر به دلیل تنوع ژنتیکی نسبتاً پایین و جریان ژنی محدود در این ژنوم می باشد. در بین صفات مورد بررسی، صفت روز تا سنبله دهی با تعداد ۲۱ MTA بیشترین تعداد MTA را در بر داشت. در مقابل سرعت فتوسنتز، کربندیاکسید و عرض برگ پرچم هر کدام با در بر داشتن یک MTA کمترین تعداد ارتباط نشانگر-صفت را داشتند. نشانگرهای Jagger_c4412_265، BobWhite_c5694_120 و BS00088733_51 با بیش از یک صفت فنوتیپی ارتباط داشتند، که بیانگر حضور احتمالی اثرات پلیوتروپیک یا پیوستگی مکانهای کنترل کننده صفات میباشد. از این نشانگرها می توان برای بهبود همزمان چند صفت و در نتیجه بهبود عملکرد گندم درشرایط تنش شوری استفاده کرد
نتیجه گیری: مطالعه حاضر، نتایج ارزشمندی در جهت شناسایی ژنهای کاندید و درک بهتر مکانیسمهای تحمل به تنش شوری در برنامههای اصلاحی گندم ارائه میکند.
[1]. General Linear Model
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
