Journal of Crop Breeding

fa مطالعات ارتباطی جامع ژنوم (GWAS) در برخی از توده‌های بابونه آلمانی (Matricaria chamomilla L.) Genome Wide Assosiation Study (GWAS) in some Chamomile Genotypes (Matricaria chamomilla L.) using Morphological, Phenological Traits اصلاح نباتات مولكولي اصلاح نباتات مولكولي پژوهشي Research <div style="text-align: justify;">چکیده مبسوط مقدمه و هدف: بابونه آلمانی (Matricaria recutita) یکی از قدیمی ترین و پرمصرف ترین گیاهان دارویی در جهان است. با توجه به اهمیت این گیاه، این مطالعه با هدف تعیین ساختار ژنتیکی با استفاده از ژنوتیپ سنجی از طریق توالی یابی (GBS)1 و شناسایی2SNPهای مرتبط با برخی ویژگیهای مرفوفیزیولوژیکی در بابونه آلمانی انجام شد و سپس مطالعات ارتباطی جامع ژنوم (GWAS3) انجام گردید. مواد و روش‌ها: به منظور بررسی تنوع ژنتیکی و طبقه بندی اکوتیپ های بابونه آلمانی، آزمایشی بر روی 46 اکوتیپ ایرانی و خارجی در قالب طرح بلوک کامل تصادفی در چهار تکرار در مزرعه تحقیقاتی شرکت فارماپلنت آلمان انجام شد. سپس با استفاده از توالی یاب Illumina HiSeq 2000/2500 ژنوتیپ سنجی از طریق توالی یابی (GBS) صورت گرفته و تجزیه داده های توالی یابی و کشف SNPها در غیاب یک ژنوم مرجع، به صورت de novo توسط پایپ لاین IPyRAD انجام شد. پس از توالی یابی نمونه ها، از تکنیک مطالعه ارتباطی در سطح ژنوم (GWAS)4 جهت بررسی ارتباط بین نشانگرها و صفات مورد مطالعه استفاده شد. در GWAS، به منظور شناسایی SNP های مرتبط با صفات مورفولوژی و بیوشیمیایی مختلف از آنالیز منهتن و نمودار QQ پلات مبتنی بر مدلهای MLM و FarmCPU استفاده شد. یافته‌ها: نتایج آنالیز منهتن و اعتبارسنجی آنها با نمودار QQ پلات مبتنی بر مدلهای MLM و FarmCPU منجر به شناسایی SNPهای مرتبط با زمان گلدهی، شدت رنگ سبز کرت، وضعیت انشعبات برگ (صافی و زبری)، تراکم بخش علفی گیاه، وضعیت انشعابی شاخه های فرعی، ارتفاع بوته، قطر گل در گیاه داروئی بابونه آلمانی شد. نشانگرهای ذیل در این مطالعه شناسایی شدند:  SNP با مکان ژنی locus_161754-71 و با log P-value= 10.35354- به عنوان مرتبط ترین نشانگر برای صفت زمان گلدهی، SNP با مکان ژنی locus_136992-38 با log P-value= 6.5950-به عنوان مرتبط ترین نشانگر برای صفت شدت رنگ سبز کرت،  SNP با مکان ژنی locus_31850-95 با log P-value= 5.92567- به عنوان مرتبط ترین نشانگر برای صفت وضعیت سطحی برگ (صافی و زبری) کرتها،  SNP با مکان ژنی locus_136992-38 با log P-value= 6.5950- به عنوان مرتبط ترین نشانگر برای صفت تراکم بخش علفی کرتها،  SNP با مکان ژنی locus_35488-32 با log P-value= 8.0247- به عنوان مرتبط ترین نشانگر برای صفت وضعیت شاخه های فرعی کرتها، SNP با مکان ژنی locus_135707-30 با log P-value= 11.4573- به عنوان مرتبط ترین نشانگر برای صفت ارتفاع بوته معرفی، SNP با مکان ژنی locus_2494-70 با log P-value= 5.8867- به عنوان نشانگر مرتبط با صفت قطر گل، به طور کلی، ساختار ژنتیکی اکوتیپ های بابونه آلمانی با استفاده از GBS بررسی شد و همچنین SNPهای مرتبط با برخی صفات مورفوفیزیولوژیک شناسایی شدند. نتیجه گیری: از نشانگرهای SNP شناسایی شده در این مطالعه GWAS، بویژه مواردی که جنبه اقتصادی بالاتری دارند، می توان به منظور گزینش به کمک نشانگر در برنامه های اصلاحی بابونه آلمانی استفاده کرد.  </div> <div style="text-align: justify;">Extended Abstract Introduction and Objective: German chamomile is one of the most widely used medicinal plants in the world, and large amounts of its essential oil are used every year in the pharmaceutical, cosmetic, health, and food industries. Medicinal plants have many applications in the treatment of humans, among which chamomile is one of the most valuable and widely used medicinal plants in the world. One of the most important breeding programs is the recognition of genetic diversity for the initial evaluation of plant masses. For this purpose, a study of genetic diversity and classification of experimental chamomile ecotypes was designed and implemented. Material and methods: 46 native and foreign ecotypes of chamomile were evaluated in a randomized complete block design with four replications in the research farm of German Pharmaplant. Some of these ecotypes were collected from their natural growing areas and some were chamomile cultivars. For this purpose, some morphological, phenological and were evaluated. GWAS technique was used to investigate the relationship between markers and studied traits. In GWAS, Manhattan analysis and QQ plot diagram based on MLM and FarmCPU models were used to identify SNPs related to different morphological and biochemical traits. Results: The results of Manhattan analysis and their validation with QQ plot diagram based on MLM and FarmCPU models led to the identification of SNPs related to the following traits in chamomile: Flowering time, intensity of plot green color, leaf surface state (smoothness and roughness), density of foliage part, branching style of sub-branches, type of lower branches of the plant, homogeneity of plot plants, plant height, presence or absence of large flower, flower diameter, plot flower number, number of days to flowering, plant fresh weight, plant dry weight, relative amount of stem anthocyanin, oil content, matricin, alpha-bisabolol, bisabolol oxide A, and bisabolone oxide to alpha-bisabolol ratio. The following markers were identified in this study: SNP with locus_161754-71 and log -Pvalue=10.35354 as the most relevant marker for flowering time trait, SNP with locus_136992-38 and log -Pvalue=6.5950 as the most relevant marker for green color of plot, SNP with locus_31850-95 and log -Pvalue=5.92567 as the most relevant marker for leaf surface (fine and rough) of plot, SNP with locus_136992-38 and log -Pvalue=6.5950 as the most relevant marker for density of the foliage part of plot, SNP with locus_35488-32 and log -Pvalue=8.0247 as the most relevant marker for status of sub-branches of plot, SNP with locus_139800-67 and log -Pvalue=8.438303 as the most relevant marker for status of lower branches of the plant, SNP with locus_135707-30 and log -Pvalue=11.4573 as the most relevant marker for height of plant, , SNP with locus_2494-70 and log -Pvalue=5.8867 as the most relevant marker for the flower diameter, Overall, we discovered the genetic structure in the chamomile ecotypes by using GBS and also identifed SNPs associated with some morpho-physiological. Therefore, the SNP markers identified in this GWAS study can be used for marker-assisted selection in chamomile breeding programs. Conclusion: The SNP markers identified in this GWAS study, especially those with a higher economic aspect, can be used for marker-assisted selection in German chamomile breeding programs. </div> تنوع ژنتیکی, تجزیه خوشه ای, تجزیه به مولفه های اصلی, عملکرد و درصد اسانس Chamomile, GBS, GWAS, Sequencing, SNPs 46 55 http://jcb.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-1070-2&slc_lang=fa&sid=1 Mehdi Ghanavati مهدی قنواتی m.ghanavati2003@gmail.com 100319475328460020446 100319475328460020446 Yes Department of Agriculture, Payame Noor University, Tehran, Iran گروه کشاورزی دانشگاه پیام نور، تهران، ایران، Sadollah Houshmand سعدالله هوشمند s_houshmand@yahoo.com 100319475328460020447 100319475328460020447 No Biotechnology and plant breeding, Faculty of Agriculture, Shahrekord University, Iran گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژی، دانشکده کشاورزی دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران Sebastian Albrecht سباستین آلبرشت otto@ipk.gatersleben.de 100319475328460020448 100319475328460020448 No Pharm plant, Medicinal and Aromatic Plant Research and Seed Production GmbH, Artern, Germany شرکت گیاه دارویی فارماپلنت، آرترن، آلمان Lars-Gernot Otto لارس گارنت اتوو sebastian.albrecht@gmail.com 100319475328460020449 100319475328460020449 No Department of Breeding. IPK Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research Research, Gatersleben, Germany مرکز تحقیقات ژنتیک گیاهی IPK، گترزلبن، آلمان