Journal of Crop Breeding

fa مکان‌یابی جایگاه‎ های ژنی کنترل کننده (QTL) صفات فنولوژیک در جمعیت حاصل از تلاقی ارقام گندم نورستار × مرودشت Localization of QTLs Related to Phonological Traits in a Population Derived from a Cross between Wheat Cultivars “Norstar” × “Marvdasht” اصلاح نباتات مولكولي اصلاح نباتات مولكولي پژوهشي Research <div style="text-align: justify;">چکیده مبسوط مقدمه و هدف: گندم نان (Triticum aestivum L.) به &lrm;عنوان یک محصول غذایی اصلی محور اصلی تحقیقات کشاورزی و بیولوژیکی است. بنابر این، توجه ویژه&lrm; ای به تکامل، ژنتیک، تنوع زیستی و بوم‌شناسی آن معطوف شده است. در میان گونه‌های مختلف گندم، گندم نان به&lrm; دلیل ارزش غذایی بالا و کشت گسترده آن، بیشتر مورد تحقیق و مطالعه قرار گرفته است. این محصول منبع مواد مغذی برای حدود 40 درصد از جمعیت جهان است. اخیراً، تغییرات اقلیمی و گرمایش جهانی با شدت فراوان و وسعت تنش‌های متعدد، مستقیماً بر عملکرد و کیفیت محصولات کشاورزی تأثیر گذاشته &lrm;اند. بنابر این، افزایش عملکرد گندم یک نیاز ضروری برای تحقق امنیت غذایی و تغذیه‌ای جهانی است. به&lrm; نژادگران گندم به‌دلیل تنوع ژنتیکی گسترده این محصول، تاریخ رسیدگی مطلوب را برای مطابقت با شرایط اقلیمی در محیط&lrm; های هدف خود انتخاب می&lrm; کنند. ژنوتیپ‌هایی که قادر به سازگاری با آب و هوای متغیر هستند، می &lrm;توانند با تنظیم زمان گلدهی خود با شرایط فصلی برای محافظت از اندام &lrm;های گل، از عوامل تنش نامناسب مانند یخبندان، گرما و خشکی عبور کنند. تنوع در صفات فنوتیپی نشان‌دهنده تنوع ژنتیکی است و امکان شناسایی ژنوتیپ‌ها با ویژگی‌های مطلوب را برای برنامه‌های اصلاحی فراهم می‌کند. نقشه‌برداری QTL با ارائه یک رویکرد جایگزین برای بهبود روش&lrm; های اصلاحی مرسوم با استفاده از نشانگرهای مولکولی که ارتباط تنگاتنگی با صفات فنولوژی دارند، نقش مهمی را درکاهش طول دوره رشد و افزایش عملکرد دانه ایفا می‌کند. هدف مطالعه حاضر، شناسایی لاین های زودرس، مکان QTLهای صفات فنولوژیک گندم در یک جمعیت اینبرد لاین&lrm; های نوترکیب، و شناسایی نشانگرهای پیوسته با صفات فنولوژیک جهت استفاده در گزینش به کمک نشانگر بود. مواد و روش‌ها: در این پژوهش، برای تسهیل اصلاح صفات مهم در گندم، 131 لاین F6 حاصل از تلاقی ارقام گندم نورستار و مرودشت به&lrm; همراه والدین در قالب طرح آلفا لاتیس با دو تکرار در سال زراعی 99-1398 در مزرعه تحقیقاتی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه رازی کشت شدند. در طول این دوره، کل بارندگی 409/9 میلی‌متر بود. بذرها به&lrm; صورت دستی در کرت‌هایی شامل سه ردیف، هرکدام به طول یک متر، با فاصله ردیف 0/22 متر و تراکم کاشت ۴۰۰ بذر در متر مربع کاشته شدند. صفات فنولوژیک شامل روز تا آبستنی، روز تا ظهور سنبله، روز تا گرده افشانی، طول دوره پرشدن دانه‌ و روز تا رسـیدگی فیزیولوژیک ثبت شد. پس از بررسی نرمال بودن، داده &lrm;ها با استفاده از نرم &lrm;افزار SAS 9.1،  تجزیه واریانس و مقایسه میانگین‌ها به &lrm;روش LSD انجام شدند. تجزیه کلاستر نیز با استفاده نرم &lrm;افزار JMP 13 انجام گرفت. نقشه پیوستگی با 55 نشانگر SSR و هشت نشانگر رتروترانسپوزون IRAP با استفاده از نرم &lrm;افزار JoinMap® 4 با LOD حداقل سه انجام و میزان نوترکیبی از تابع هالدن به فاصله نقشه تبدیل شد. جایگاه&lrm; های کنترل کننده صفات مورد مطالعه با روش مکان&lrm; یابی فاصله &lrm;ای مرکب (CIM) و LOD حداقل دو با نرم &lrm;افزار WinQTL Cartographer ver.2.5 شناسایی گردید. یافته‌ها: نتایج حاصل از تجزیه واریانس داده‌ها نشان دادند که بین لاین&lrm; ها از نظر کلیه صـفات مورد بررسی تفاوت معنی&lrm; داری وجود داشت که حاکی از وجود تنوع کافی بین آنها بود. لاین&lrm; های 16، 23، 69، 81 و 101 کمترین میانگین برای طول دوره پر شدن دانه را داشتند. دامنه وراثت‌پذیری عمومی بالایی (99/05 تا 99/82 درصد) برای این صفات مشاهده شد که نشان‌دهنده سهم بالای ژنتیک در کنترل این صفات است. براساس تجزیه خوشه &lrm;ای، لاین&lrm; ها به&lrm; همراه والدین به چهار گروه تقسیم شدند که گروه سوم با میانگین روز تا رسیدگی فیزیولوژیک 194 روز زودرس &lrm;ترین و گروه چهارم شامل دیررس&lrm; ترین لاین&lrm; ها با میانگین روز تا رسیدگی فیزیولوژیک 203 روز بودند. براساس تجزیه QTL برای صفات روز تا رسیدگی فیزیولوژیک و طول دوره پر شدن دانه، چهار QTL شناسایی شد. برای روز تا رسیدگی فیزیولوژیک، دو QTL روی گروه پیوستگی ناشناخته اول و گروه پیوستگی 1B برای والد مادری مرودشت ضریب تبیین 19/08 درصد و برای طول دوره پر شدن دانه دو QTL روی کروموزوم&lrm; های 1B و 3B با اثر بخشی والد پدری نورستار و ضریب تبیین 22/48 درصد برآورد شد. نتیجه&lrm; گیری: برای صفات فنولوژیک مورد مطالعه تفکیک متجاوز مشاهده شد. دامنه وراثت‌پذیری عمومی بالا برای این صفات می&lrm; تواند نشان‌دهنده سهم بالای عوامل ژنتیکی در کنترل این صفات باشد. تعدادی لاین با طول دوره رسیدگی کوتاه یا زودرس شناسایی شدند. حفظ و مطالعه این تنوع منحصر به فرد برای توسعه گونه‌هایی با کیفیت بالا که بتوانند در برابر عوامل تنش‌زای زیستی و غیر زیستی مقاومت کنند، ضروری هستند. این عوامل در مواجهه با تغییرات اقلیمی و تخریب محیط زیست به&lrm; طور فزاینده‌ای اهمیت پیدا می‌کنند. QTL&lrm;های شناسایی شده روی گروه &lrm;های پیوستگی 1B، 3B و ناشناخته اول قرار داشتند. برای روز تا رسیدگی فیزیولوژیک، یک QTL روی گروه پیوستگی 1B شناسایی شد که با نشانگر GWM11 پیوستگی شدید نشان داد. این مطالعه اطلاعات ارزشمندی را از جایگاه‌های ژنتیکی آنها که زیر بنای صفاتی مانند روز تا رسیدگی فیزیولوژیک و طول دوره پرشدن دانه هستند، ارائه می‌دهد که به&lrm; عنوان عوامل مهم در افزایش عملکرد در نظر گرفته می‌شوند. طبق نتایج این مطالعه، انتظار می‌رود که ژنوتیپ‌های ایده‌آل با پایداری بالا، در محیط‌هایی که میزان بارندگی به&lrm; دلیل تغییرات اقلیمی از سالی به سال دیگر نوسان دارد، مرحله ظهور سنبله و روز تا رسیدگی متوسطی داشته باشند.  </div> <div style="text-align: justify;">Extended Abstract Background: Wheat (Triticum aestivum L.) is a staple food crop, and the main focus of agricultural and biological research is on its evolution, genetics, biodiversity, and ecology. Among various wheat species, bread wheat is particularly noteworthy for its high nutritional value and widespread cultivation. This crop is a source of nutrients for approximately 40% of the world's population. Recently, climate change and global warming have directly affected the quantity and quality of agricultural products, with great intensity and the extent of numerous stresses. Therefore, increasing wheat yield is an essential requirement for achieving global food and nutritional security. Due to the wide genetic diversity of this crop, wheat breeders select the optimal maturity date to match the climatic conditions in their target environments. Adaptable plants to climate change could survive adverse stress factors, such as frost, heat, and drought, by adjusting their flowering time to seasonal conditions to protect floral organs. Variation in phenotypic traits indicates genetic diversity and allows the identification of genotypes with desirable characteristics for breeding programs. QTL mapping plays an important role in reducing the growth period and increasing grain yield by providing an alternative approach to improve conventional breeding methods using molecular markers that are closely related to phenological traits. The present study aimed to identify early maturing lines, locate QTLs for wheat phenological traits in an inbred population of recombinant lines, and identify markers linked to the phenological traits for use in marker-assisted selection. Methods: To facilitate the breeding of important traits in wheat, 131 lines of the F6 generation population of bread wheat were cultivated with their parents in an alpha lattice design with two replications in the 2019-2020 crop year at the Research Farm of Razi University. The total rainfall was 409.9 mm during this period. Seeds were manually sown in plots comprising three rows, each 1 meter in length, with a row spacing of 0.22 m and a planting density of 400 seeds per square meter. The recorded phenological data included days to booting, days to heading, days to anthesis, duration of kernel filling period, and days to physiological maturity. Analysis of variance and the comparison of means with the LSD method were carried out after examining the normality of the data using SAS 9.1 software. The cluster analysis was performed using JMP 13 software. A linkage map was drawn with 55 SSR markers and eight retrotransposon markers (IRAP) using JoinMap® 4 software with a LOD of at least three runs, and the recombination rate was converted to map distance using Haldane's function. Then, QTLswere identified on linkage groups with the Composite Interval Locating (CIM) and the at least two LOD method using WinQTL Cartographer ver.2.5 software. Results: According to the results of analysis of variance, the studied lines were significantly different in all traits under consideration, indicating sufficient diversity between them. Lines 16, 23, 69, 81, and 101 showed the lowest average length of the grain filling period. The range of broad heritability for phonological traits (99.05-99.82%), showing the high attribution of genetics in the control of the traits. Based on cluster analysis, the lines along with their parents were divided into four groups, with the third group being the earliest with an average days to physiological maturity of 194 days, and the fourth group including the latest lines with an average days to physiological maturity of 203 days. Based on QTL analysis, four loci were identified for the days to physiological maturity and kernel filling period. For days to physiological maturity, two QTL on an unknown first linkage group and Chromosome 1B were identified with a coefficient of determination of 19.08% for the maternal Marvdasht parent, and two QTL on chromosomes 1B and 3B with 22.48% for the kernel filling period with paternal Norstar parent effectiveness. Conclusion: In this study, higher or lower values were observed for the studied phonological traits in some lines than in their parents, which indicates invasive segregation for these traits. The high general heritability range for these traits may indicate a high contribution of genetic factors in controlling these traits. A number of lines with early maturity were identified. Preserving and studying this unique diversity is essential for developing high-quality species that can withstand biotic and abiotic stressors, which are becoming increasingly important in the face of climate change and environmental degradation. The identified QTLs were located on linkage groups 1B, 3B, and the first unknown group. For days to physiological maturity, a QTL was identified on linkage group 1B, which showed strong linkage with the marker GWM11. This study provides valuable information on their genetic loci underlying traits, such as days to physiological maturity and the length of the kernel filling period, which are considered important factors in increasing grain yield. According to the results of this study, ideal genotypes with high stability are expected to have an average spike emergence stage and days to maturity in environments where rainfall fluctuates from year to year due to climate change.  </div> تجزیه خوشه‎ ای, جایگاه‎ های صفات کمی, نقشه پیوستگی Cluster analysis, Linkage map, Quantitative trait loci 92 102 http://jcb.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-785-3&slc_lang=fa&sid=1 Behnaz Seifolahpour بهناز سیف اله پور Behnazseifolahpour@gmail.com 100319475328460027521 100319475328460027521 No Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agricultural Sciences and Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده علوم و مهندسی کشاورزی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران Sohbat Bahraminejad صحبت بهرامی نژاد Sohbah72@gmail.com 100319475328460027522 100319475328460027522 Yes Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agricultural Sciences and Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده علوم و مهندسی کشاورزی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران Kianoosh Cheghamirza کیانوش چقامیرزا cheghamirza@yandex.ru 100319475328460027523 100319475328460027523 No Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agricultural Sciences and Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده علوم و مهندسی کشاورزی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران Shahryar Sasani شهریار ساسانی shahryarsasani@gmail.com 100319475328460027524 100319475328460027524 No Department of Crop and Horticultural Science Research, Kermanshah Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, AREEO, Kermanshah, Iran مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان کرمانشاه، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرمانشاه، ایران Seyed Abolghasem Mohammadi سیدابوالقاسم محمدی mohammadi@tabrizu.ac.ir 100319475328460027525 100319475328460027525 No Department of Plant Breeding and Biotechnology, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Iran گروه به نژادی و بیوتکنولوژی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران