Journal of Crop Breeding

fa ارزیابی تنوع ژنتیکی ژنوتیپ های یولاف زراعی (Avena sativa L.) با استفاده از نشانگر SCoT Genetic Diversity Assessment of Cultivated Oat (Avena sativa L.) Genotypes Using SCoT Marker اصلاح نباتات مولكولي اصلاح نباتات مولكولي پژوهشي Research مقدمه و هدف: یولاف (Avena sativa L.) یکی از محصولات عمده جهان و از تیره غلات (Poaceae) به‌شمار می‌آید. امروزه یولاف به عنوان یکی از مهمترین غلات در جهان در نظر گرفته میشود که استفاده اصلی آن به عنوان خوراک دام بوده وبه عنوان منبع موادمغذی با ارزش نیز برای مصرف انسان مورد استفاده قرار میگیرد. با توجه به کاهش تولید این گیاه حفظ ذخایر ژنتیکی این گیاه نقشی حیاتی در تأمین امنیت غذایی بشر ایفا می‌کند. به منظور بهره‌مندی از فواید و ویژگی‌های غذایی یولاف، لازم است که کیفیت دانه و پتانسیل عملکرد آن حفظ شود تا نه تنها افزایش بازده اقتصادی تولیدکنندگان کشاورزی حاصل شود، بلکه یولاف نیز بتواند به عنوان یک محصول زراعی در رقابت با سایر غلات باقی بماند. مبنای بهبود کمی و کیفی موفق محصولات زراعی، استفاده از تنوع ژنتیکی نهفته است و درک ترکیب ژنتیکی هر گونه گیاهی برای اصلاح نباتات ضروری به شمار می‌آید. بهره‌برداری از تنوع موجود در یک ژرم‌پلاسم می‌تواند به شناسایی والدین مناسب و ارقام بهتری منجر شود و همچنین می‌توان از این تنوع برای بهبود ویژگی‌های ارقام زراعی بهره گرفت. امروزه، پیشرفت در نشانگرهای مولکولی این امکان را فراهم کرده است که روابط بین گونه‌ها و ارزیابی دقیق‌تر و سریع‌تر تنوع ژنتیکی انجام شود. نشانگرهای مولکولی، به ویژه نشانگرهای مبتنی بر  DNA همچون SCoT، از ابزارهای کلیدی در تحقیقات تنوع ژنتیکی به شمار می‌روند. نشانگر SCoT (کدون‌های آغاز هدف) یک نشانگر مبتنی بر PCR و جدید است که بر اساس توالی‌های دو طرف نواحی آغازین ژن‌های گیاهی طراحی شده است. از مزایای این نشانگر می‌توان به آسانی و کم‌هزینه بودن، چندشکلی بالا، قابلیت آشکارسازی اطلاعات ژنتیکی وسیع و فراگیر بودن آن در ژنوم اشاره کرد. با توجه به این مزایا و هزینه بالای ارزیابی منابع ژنتیکی و شناسایی ارقام، استفاده از نشانگرهای اقتصادی و ساده مانند SCoT می‌تواند تا حدی راهگشا باشد. این پژوهش با هدف بررسی تنوع ژنتیکی در ژنوتیپهای یولاف زراعی(Avena sativa L.)  با استفاده از نشانگر SCoT انجام شد. مواد و روشها: این پژوهش با استفاده از 148 ژنوتیپ یولاف زراعی دریافت شده از بانک بذر استرالیا (AGG)با منشاء مختلف که در بانک بذر پردیس کشاورزی و منابعطبیعی دانشگاه رازی کرمانشاه نگهداری میشوند و در آزمایشگاه بیوتکنولوژی گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی این دانشگاه در سال 1400 انجام شد. به منظور شناسایی تنوع ژنتیکی در ژنوتیپ های یولاف زراعی (Avena sativa L.)، واکنش زنجیره‌ای پلیمراز با استفاده از ۱۲ آغازگر SCoT بر روی DNA استخراج‌شده از برگ به روش دلاپورتا (با تغییراتی جزئی) انجام گرفت. تجزیه خوشهای و نقطه برش دندروگرام با استفاده از نرم افزار SYSTAT13.0 انجام شد. از نرم‌افزار NTSYSpc 2.02 برای بدست آوردن ضریب کوفنتیک برای تجزیه خوشه‌ای، تجزیه به مختصات اصلی و ماتریس تشابه ژنتیکی بر اساس ضریب تشابه جاکارد استفاده شد. یافته ها: در مجموع 135 نوار توسط آغازگرها تولید شد که 84 باند (75/61 درصد) چند شکل بود. میانگین تعداد کل باندها برای هر آغازگر 25/11 و میانگین باندهای چندشکل هفت بود. بیشترین مقادیر شاخصهای نشانگری از جمله: تعداد نوار چند شکل، درصد چندشکلی، شاخص نشانگری، نسبت چندشکلی موثر و قدرت تفکیک برای آغازگر SCoT1 به دست آمد که میتواند نشاندهندهی توان تفکیک بالای این آغازگر در تمایز ژنوتیپهای یولاف باشد. ضرایب تشابه ژنتیکی ژنوتیپهای مورد مطالعه از 32/0 تا 87/0 متغیر بود. بیشترین شباهت ژنتیکی بین ژنوتیپهای 147 (DUNNART) و148 (HOUDAN)  و کمترین شباهت ژنتیکی بین ژنوتیپهای 113 (WESTON) و 131 (STORMONT IRIS) مشاهده شد. تجزیه خوشهای بر اساس روش الگوبندی UPGMA و ضریب فاصله جاکارد، ژنوتیپهای یولاف را به شش گروه تقسیم نمود، اکثر ژنوتیپهایی که دریک گروه قرار گرفتند از نظر منشاء جغرافیایی به هم نزدیک بودند. ژنوتیپهای 116 (SANTA LUZIA) و144 (FREJA) در دورترین فاصله بر اساس دندروگرام حاصل از تجزیه خوشهای نسبت به هم واقع شدندکه از لحاظ فاصله ژنتیکی و منشاءجغرافیایی از یکدیگر فاصله زیادی داشتند. تلاقی ژنوتیپهایی  با فاصله ژنتیکی زیاد میتواند جمعیتهایی با تنوع بالاتر ایجاد کند. <a name="_Hlk212473250">بر اساس تجزیه به مختصات اصلی، </a>تغییرات کمی توسط <a name="_Hlk212473274">دو مولفه اصلی (%50/11 ) توجیه </a>شد و تا حد زیادی الگوی تنوع ژنتیکی حاصل از روش تجزیه خوشهای را تأیید نمود که  با توجه به میزان سهم پایین واریانس توجیه شده توسط دو مولفه در تجزیه به مختصات اصلی، نشانگرهای SCoT پراکنش مناسبی در ژنوم یولاف داشته و کل ژنوم را اسکن کردهاند. نتیجهگیری: پایه و اساس تحقیقات به‌نژادی گیاهان بر تنوع ژنتیکی استوار است؛ در حقیقت، عدم دستیابی به این تنوع، به‌نژادگران شانس چندانی برای ایجاد و ارائه ارقام اصلاح شده جدید نخواهد داشت. به همین دلیل، برنامه‌های اصلاحی یولاف ممکن است تنها به یک بخش محدود از تنوع ژنتیکی موجود در این گونه زراعی وابسته باشد. با توجه به عدم شناخت کافی از پتانسیل ژنتیکی یولاف زراعی در ایران، بررسی تنوع ژنتیکی در ژنوتیپ‌های آن امری ضروری به شمار می‌آید. در مجموع نتایج به دست آمده از مطالعه حاضر نشان میدهد نشانگر SCoT ابزار مؤثر و قابل اعتماد برای ارزیابی تنوع ژنتیکی در ژنوتیپهای یولاف میباشند و از تنوع شناسایی شده در این مطالعه میتوان در برنامههای آتی بهنژادی یولاف به هدف شناسایی تلاقی های هدفدارو توسعه ارقام استفاده نمود. علاوه بر این، تلاقی ژنوتیپ های با فاصله ژنتیکی زیاد به ایجاد جمعیت هایی با تنوع بالا  می تواند کمک نماید. Extended Abstract Introduction and Objective: Oat (Avena sativa L.), a major global cereal crop belonging to the Poaceae family, is widely cultivated for animal feed and increasingly recognized as a valuable source of nutrients for human consumption. Given the decline in the production of this crop, the conservation of its genetic resources plays a vital role in ensuring global food security. Maintenance of grain quality and yield potential is essential to enhance the nutritional and economic value of oats. This not only ensures enhanced economic return to producers but also helps oats remain competitive with other cereal crops. Understanding the genetic makeup of any plant species is a prerequisite for effective plant breeding. Utilizing the diversity within a germplasm can lead to the identification of suitable parents and superior varieties, as well as the improvement of existing agricultural traits. Recent advances in molecular tools have enabled more precise and rapid assessments of genetic diversity and intra-species relationships. Molecular markers, especially dominant DNA-based techniques such as SCoT, are key tools in genetic diversity studies. The SCoT (Start Codon Targeted) marker is a PCR-based marker designed around the conserved sequences flanking the start codons of plant genes. Its advantages include ease of use, cost-effectiveness, high polymorphism, broad genome coverage and informativeness, and widespread presence throughout the genome. Given these benefits and the high cost of evaluating genetic resources and identifying new varieties, the use of simple and economical markers like SCoT can be a viable solution. This study assessed the genetic diversity in cultivated oat (Avena sativa L.) genotypes using SCoT marker. Materials and Methods: This research was conducted in 2021 at the Biotechnology Laboratory of the Department of Plant Production and Genetics Engineering at Razi University, Kermanshah, Iran. The study utilized 148 cultivated oat genotypes, obtained from the Australian Grains Genebank (AGG), with various origins. These genotypes are maintained in the seed bank of the College of Agriculture and Natural Resources at the university. To identify the genetic diversity among the 148 genotypes of cultivated oat (Avena sativa L.), 12 SCoT primers were used. DNA extraction from leaf samples was performed using a modified-Dellaporta method. For data analysis, cluster analysis and dendrogram cut-off points  based on the Jaccard distance were determined using SYSTAT 13.0 software. The NTSYSpc 2.02 software was employed to calculate the cophenetic coefficient for cluster analysis, perform principal coordinate analysis, and generate the genetic similarity matrix based on the Jaccard similarity coefficient. Results: In total, 135 bands were generated by the primers, with 84 bands (61.75%) being polymorphic. The average number of total bands per primer was 11.25, while the average number of polymorphic bands was seven. The highest values for marker indices, including polymorphic band count, polymorphism percentage, marker index, effective multiplex ratio, and resolving power, were obtained for primer SCoT1, indicating its suitable efficiency in differentiating oat genotypes. The genetic similarity coefficients among the studied genotypes ranged from 0.32 to 0.87. The highest genetic similarity was observed between Genotypes 147 (DUNNART) and 148 (HOUDAN), while the lowest was between Genotypes 113 (WESTON) and 131 (STORMONT IRIS). Cluster analysis based on the UPGMA algorithm and Jaccard's distance coefficient divided the oat genotypes into six groups. Most genotypes within the same group were geographically close in origin. Genotypes 116 (SANTA LUZIA) and 144 (FREJA) were positioned farthest apart on the dendrogram, reflecting a significant genetic and geographical distance between them. Principal coordinate analysis showed that a small amount of variation was explained by the first two principal components, largely confirming the pattern of genetic diversity obtained from the cluster analysis. Based on the principal coordinate analysis (PCoA), a small proportion of the total variation was explained by the first two principal components, which largely confirmed the genetic diversity pattern revealed by cluster analysis. Considering the low percentage of variance explained by the first two components in the PCoA, the SCoT markers appeared to be well distributed across the oat genome and to have effectively scanned the entire genome. Conclusion: The cornerstone of plant breeding research rests on genetic diversity. Without access to this diversity, breeders have little chance of creating and releasing new, improved varieties. Consequently, oat breeding programs may be relying on only a limited portion of the genetic diversity available within this crop species. Given the insufficient knowledge of the genetic potential of cultivated oats within Iran, assessing the genetic diversity of its genotypes is a crucial step. Overall, the results of the present study indicate that SCoT marker are an effective molecular tool for evaluating genetic diversity in oat genotypes. The diversity identified in this research can be utilized in future oat breeding programs to facilitate targeted crosses and variety development. Furthermore, crossing of genotypes with high genetic distance can create populations with greater diversity.   پوشش ژنومی, تجزیه خوشه‌ای, تجزیه به مختصات اصلی, چند شکلی, تشابه ژنتیکی, شاخص‌های نشانگری cluster analysis, genetic similarity, genome coverage, marker indices, principal coordinate analysis, polymorphism. 0 0 http://jcb.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-785-4&slc_lang=fa&sid=1 Hadis Torabimehr حدیث ترابی مهر hadistorabimehr@gmail.com 100319475328460027826 100319475328460027826 No Razi University دانشگاه رازی Sohbat Bahraminejad صحبت بهرامی نژاد sohbah72@gmail.com 100319475328460027827 100319475328460027827 Yes Razi University دانشگاه رازی Leila Zarei لیلا زارعی LZarei1360@yahoo.com 100319475328460027828 100319475328460027828 No Razi University دانشگاه رازی