Journal of Crop Breeding

fa برآورد وراثت ‎پذیری خصوصی و بازده ژنتیکی با استفاده از آزمون پلی‎ کراس در اکوتیپ‌های ایرانی یونجه Estimation of Narrow-sense Heritability and Selection Gain using Poly-cross Progenies Test in Iranian Alfalfa (Medicago sativa L.) Ecotypes اصلاح نباتات General پژوهشي Research چکیده مبسوط مقدمه و هدف: ایران به&lrm; عنوان یکی از مناطق پیدایش یونجه در جهان دارای تنوع وسیع ژنتیکی در ارتباط با این محصول است. به&lrm; طور عمومی، افزایش عملکرد یونجه هدف عمده تمام برنامه‌های اصلاحی یونجه است. برای شروع یک برنامه به &lrm;نژادی در خصوص یک یا چند صفت در یک محصول همانند یونجه، داشتن اطلاعات در خصوص وراثت&lrm; پذیری صفات به‌ویژه وراثت&lrm; پذیری خصوصی (nh2) امری ضروری و مهم است. طبق تعریف، وراثت&lrm; پذیری خصوصی عبارت از نسبت واریانس ژنتیکی افزایشی به واریانس فنوتیپی در یک جمعیت یا مجموعه &lrm;ای از ژنوتیپ&lrm; ها است. به&lrm; طور کلی، اطلاعات در خصوص وراثت&lrm; پذیری خصوصی صفات زراعی به به‌نژادگر کمک می&lrm; کند که درک خوبی از پتانسیل اصلاح صفت به روش گزینش داشته باشد. بنابر این، یکی از کاربردهای مهم از برآوردهای وراثت &lrm;پذیری خصوصی، پیش&lrm; بینی بازده ژنتیکی حاصل از گزینش بین مواد ژنتیکی مورد بررسی است. این بررسی، با هدف برآورد وراثت&lrm; پذیری خصوصی و پیش&lrm; بینی بازده ژنتیکی حاصل از گزینش در بین رقم/ اکوتیپ&lrm; های داخلی یونجه جهت ایجاد جمعیت ترکیبی یا سنتتیک اجرا شد. مواد و روش &lrm;ها: آزمایشی با 10 خانواده ناتنی ( نتاج پلی&lrm; کراس) حاصل از تلاقی پلی&lrm; کراس بین 10 ژنوتیپ شامل دو اکوتیپ از یونجه بمی و یزدی، دو رقم معرفی شده آهنگ و ماندگار و همچنین اکوتیپ&lrm; های یونجه مناطق سرد و معتدل شاملKFA3 ،KFA15 ،KFA13 KFA11، KFA4 و  KFA16در قالب طرح بلوک کامل تصادفی با سه تکرار در کرج طی سال‌های 1401-1399 اجرا شد. آزمایش در شهریور 1399 در مزرعه 400 هکتاری موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر در کرج کشت شد و یادداشت&lrm; برداری&lrm; ها طی دو سال 1400 و 1401 انجام شدند. صفات مورد بررسی شامل ارتفاع بوته، تعداد ساقه در مترمربع، سرعت رشد مجدد، نمره خواب پاییزی و عملکرد علوفه خشک و تر بودند. تجزیه واریانس دوساله داده‌های مربوط به صفات مورد اندازه‌گیری برمبنای آزمایش کرت خردشده در زمان انجام شد. عوامل ژنوتیپ و سال به&lrm; عنوان عوامل ثابت و عامل تکرار تصادفی در نظر گرفته شد. جهت محاسبه واریانس افزایشی، ابتدا با استفاده از امید ریاضی میانگین مربعات، واریانس ژنتیکی بین خانواده‌های ناتنی محاسبه گردید. واریانس ژنتیکی بین خانواده‌های ناتنی برابر با کواریانس درون&lrm; خانواده ناتنی و نشان&lrm;دهنده واریانس افزایشی است. در گیاهان اتوتتراپلوئید همانند یونجه، واریانس ژنتیکی بین خانواده‌های ناتنی برابر با یک چهارم واریانس افزایشی و یک سی و ششم واریانس غالبیت است. برآورد وراثت &lrm;پذیری خصوصی بر اساس میانگین فنوتیپی دوساله خانواده‌های ناتنی و همچنین پیش‌بینی بازده ژنتیکی حاصل از گزینش بین خانواده &lrm;ها انجام گرفت. همچنین، ضرایب تغییر فنوتیپی و ژنوتیپی در صفات مختلف محاسبه شدند. یافته&lrm; ها: نتایج تجزیه و تحلیل‌های آماری نشان دادند که تفاوت معنی‌داری بین میانگین نتاج پلی‌کراس برای صفات سرعت رشد مجدد و نمره خواب پاییزی در سطح احتمال یک درصد و برای عملکرد علوفه خشک در سطح احتمال پنج درصد وجود داشت. دو خانواده ناتنی Poly-Yazdi و Poly-KFA3 به &lrm;ترتیب با میانگین 8/7 و 8/6 بیشترین و دو خانواده ناتنی Poly-KFA11 وPoly-KFA15 به&lrm; ترتیب با میانگین 5/07 و 5/13 کمترین نمره خواب پاییزی را دارا بودند. خانواده ناتنی Poly-KFA3 با عملکرد 22/91 تن در هکتار بیشترین و Poly-KFA15  با میانگین 19/48 تن در هکتار کمترین میزان عملکرد علوفه خشک را داشتند. وراثت‌پذیری خصوصی در صفات ارتفاع بوته، تعداد ساقه در متر مربع، سرعت رشد مجدد، نمره خواب پاییزی، عملکرد علوفه تر و خشک به&lrm; ترتیب برابر با 0/24، 0/25، 0/94، 0/87، 0/42 و 0/61 درصد برآورد گردید. بیشترین ضریب تغییرات ژنوتیپی به&lrm; ترتیب مربوط به صفات نمره خواب پاییزی، سرعت رشد مجدد، عملکرد علوفه خشک و تر با 19/65، 10/46، 3/80 و 3/02 درصد و کمترین مربوط به صفات ارتفاع بوته و تعداد ساقه در متر مربع به ترتیب با 1/08 و 1/63 درصد بودند. در خصوص ضریب تغییرات فنوتیپی،  بیشترین تغییرات مربوط به صفات نمره خواب پاییزی، سرعت رشد مجدد، عملکرد علوفه خشک و تر با 21/07، 10/80، 4/85 و 4/65 درصد و کمترین مربوط به صفات ارتفاع بوته و تعداد ساقه در مترمربع به&lrm; ترتیب با 2/23 و 3/29 درصد بودند. نتیجه &lrm;گیری: با توجه به نتایج حاصل از این بررسی در خصوص صفات مختلف، میزان بازده مورد انتظار حاصل از گزینش با استفاده از شدت گزینش 50 درصد و ضریب کنترل والدین 2، برای صفات عملکرد علوفه تر، عملکرد علوفه خشک، ارتفاع و تعداد ساقه در متر مربع، سرعت رشد مجدد 14 روز پس از برداشت و نمره خواب پاییزی به&lrm; ترتیب برابر با 1/52 تن در هکتار، 0/62 تن در هکتار، 0/4 سانتی متر، 4/21 ساقه در متر مربع، 3/68 سانتی متر و 1/17 برآورد گردیدند. در مجموع، با توجه به نتایج مقایسه میانگین، برآوردهای صورت&lrm; گرفته در خصوص وراثت&lrm; پذیری خصوصی و بازده حاصل از گزینش در صفات مختلف، پنج جمعیت Bami، Yazdi، KFA3، KFA13 و KFA16 جهت ایجاد جمعیت سنتتیک جدید انتخاب شدند تا در یک مزرعه ایزوله ابتدا با هم تلاقی یابند. <div style="text-align: justify;">Extended Abstract Background: Iran is recognized as one of the regions of alfalfa origin in the world, possessing a wide genetic diversity related to this crop. In general, alfalfa yield improvement is the main goal of all alfalfa breeding programs. To start a breeding program for one or more traits in a crop, such as alfalfa, it is essential to have information about the heritability of traits, especially the narrow-sense heritability (h2n). By definition, the narrow-sense heritability is the ratio of additive genetic variance to phenotypic variance in a population or set of genotypes. In general, information about the narrow-sense heritability of the interested traits helps the breeder to have a good understanding of the potential of trait improvement through selection. Therefore, an important application of the narrow-sense heritability estimation is to predict the genetic gain from selection among the studied genetic material. One of the most widely used methods in forage crops, such as alfalfa, to estimate additive genetic variance and narrow-sense heritability is the poly-cross test, which is especially used in the production of synthetic cultivars. This study aimed to estimate the narrow-sense heritability and predict the genetic yield of selection among Iranian alfalfa cultivar/ecotypes to produce and release one or more synthetic varieties. Methods: An experiment was conducted with 10 half-sib families (progenies from poly-cross) derived from poly-crosses between 10 genotypes. These genotypes included two Bami and Yazdi alfalfa ecotypes, two released cultivars (Ahang and Mandegar), and ecotypes from cold and temperate regions, including KFA3, KFA15, KFA13, KFA11, KFA4, and KFA16. The experiment was executed in a randomized complete block design with three replications in Karaj during the years 2020-2022. The experiment was conducted in the research fields of the Seed and Plant Improvement Institute, Karaj, in September 2020, and the traits were recorded in 2021 and 2022. The studied traits included plant height (cm), number of stems per square meter, regrowth rate (cm), fall dormancy score, and annual yields of dry and fresh forage (t ha⁻¹) over 2 years. Combined variance analysis of the data related to the measured traits was performed based on a split-plot experiment in time. Genotype and year were considered fixed factors, and replication was taken as a random factor. To calculate additive variance, the genetic variance among half-sib families was first estimated using the expectation of the mean squares. The genetic variance among half-sib families is equal to the covariance within half-sib families and represents additive variance. For autotetraploid plants such as alfalfa, the genetic variance among half-sib families equals one-fourth of the additive variance and one-thirty-sixth of dominance variance. The narrow-sense heritability was estimated based on the 2-year phenotypic mean of half-sib families, followed by predicting genetic gain from selection among the families. Additionally, phenotypic and genotypic coefficients of variation were calculated for various traits. Results: Statistical analysis results revealed significant differences among half-sib families for the regrowth rate (α ≤ 0.01), fall dormancy score (α ≤ 0.01), and dry forage yield (α ≤ 0.05). Two half-sib families, Poly-Yazdi and Poly-KFA3, with 8.7 and 8.6 scores, and two half-sib families, Poly-KFA11 and Poly-KFA15, with 5.07 and 5.13 scores, gained the maximum and minimum fall dormancy scores, respectively. Poly-KFA3 and Poly-KFA15 exhibited the highest (22.91 t ha⁻¹) and lowest (19.48 t ha⁻¹) dry forage yields, respectively. Narrow-sense heritability estimates for traits, such as plant height, the number of stems per square meter, regrowth rate, fall dormancy score, fresh forage yield, and dry forage yield, were 0.24, 0.25, 0.94, 0.87, 0.42, and 0.61, respectively. The highest genotypic coefficient of variation was observed for fall dormancy score (19.65%), regrowth rate (10.46%), and dry and fresh forage yields (3.80% and 3.02%, respectively). Conversely, the lowest variation was noticed for plant height (1.08%) and the number of stems per square meter (1.63%). Regarding the phenotypic coefficient of variation, the highest values were associated with the fall dormancy score (21.07%), regrowth rate (10.80%), and dry and fresh forage yields (4.85% and 4.65%, respectively), while the lowest values were observed for plant height (2.23%) and the number of stems per square meter (3.29%). Conclusion: According to the results of this study, the expected genetic gain from selection, using a 50% selection intensity and a parental control factor of 2, was estimated for the traits. These included fresh forage yield (1.52 tons per hectare), dry forage yield (0.62 tons per hectare), plant height (0.4 cm), number of stems per square meter (4.21 stems), regrowth rate 14 days post-harvest (3.68 cm), and fall dormancy score (1.17). Finally, five populations, Bami, Yazdi, KFA3, KFA13, and KFA16, were selected for mean comparison results, narrow-sense heritability estimations, and genetic gain from selection to create a new synthetic population after crossing in an isolated field and multi-location forage yield trial.  </div> اکوتیپ, بازده گزینش, مقایسه عملکرد, نتاج پلی‌کراس, وراثت ‎پذیری خصوصی Yield comparison, Poly-cross progenies, Ecotype, Narrow-sense heritability, Selection gain 16 23 http://jcb.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-1312-1&slc_lang=fa&sid=1 Ali Moghaddam علی مقدم moghaddam_ali@yahoo.com 100319475328460027464 100319475328460027464 Yes Seed and Plant Improvement Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran مؤسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، کرج، ایران Seyed Mohammad Ali Mofidian سید محمد علی مفیدیان amofidian@ymail.com 100319475328460027465 100319475328460027465 No Seed and Plant Improvement Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran مؤسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، کرج، ایران