نقشه یابی ارتباطی صفات فیزیولوژیک و بیوشیمیایی گندم با استفاده از نشانگرهای SNP در شرایط بهینه و تنش کمبود روی

مقدمه: تنش­های محیطی نظیر تنش کمبود عناصر غذایی، تهدیدات جدی برای تولیدات کشاورزی محسوب می­شوند. عنصر روی از جمله عناصر ضروری کم­مصرف، اما با ارزش تغذیه­ای بالا است که نقش مهمی در رشد ریشه، افزایش عملکرد محصول، مقاومت گیاه در برابر بیماری­ها، فتوسنتز، یکپارچگی غشای سلولی، تشکیل دانه گرده، تولید انرژی و افزایش آنزیم­های آنتی­اکسیدانی و کلروفیل در بافت­های گیاهی دارد. علاوه بر این، روی برای تولید هورمون های گیاهی مانند اسید آبسیزیک، اکسین، جیبرلین ها و سیتوکینین ضروری و کمبود آن باعث اختلال در تکثیر سلول های گیاهی می شود. میزان روی دانه گندم بین ۲۰ تا ۳۰ میلی­گرم در کیلوگرم است. حدود ۵۰ درصد از خاک­هایی که برای تولید غلات در دنیا استفاده می­شوند، مقدار روی قابل استفاده کافی ندارند. یکی از راه­کارهای مقابله با کمبود روی، اصلاح ارقام روی-کارا است و بنابراین انجام تحقیقات پایه به­منظور شناسایی ژن­های کنترل کننده آن ضروری است. در تحقیق حاضر ۶۴ رقم گندم بهاره تحت شرایط بهینه و تنش کمبود روی مورد مطالعه گرفت و هدف از آزمایش، شناسایی مکان­های ژنومی کنترل کننده صفات فنولوژیک، فیزیولوژیک و بیوشیمیایی با استفاده از روش GWAS مبتنی بر LD بر اساس نشانگرهای SNP بود.مواد و روش ­ها: به­منظور نقشه­یابی در سطح ژنوم عملکرد و صفات فیزیولوژیک و بیوشیمیایی در ارقام گندم نان، تعداد ۶۴ رقم گندم بهاره به صورت یک آزمایش گلدانی در قالب طرح لاتیس ساده تحت دو شرایط بهینه و تنش کمبود روی در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه ارومیه کشت شدند. صفات مطالعه شده شامل روز تا جوانه­زنی، روز تا سنبله­دهی، روز تا گرده­افشانی، روز تا رسیدگی فیزیولوژیک، طول پرشدن دانه، دمای کانوپی، کلروفیل کل، شاخص سطح برگ، وزن تر و خشک اندام هوایی، محتوای آب نسبی برگ، غلظت روی اندام هوایی،  غلظت پروتئین دانه و عملکرد دانه بودند. ارزیابی ژنوتیپی جمعیت با استفاده از ۳۶۳۶۰ نشانگر SNP انجام شد. برای تعیین ساختار جمعیت، از تجزیه به مولفه­های اصلی (PCA) استفاده و نتایج PCA به­جای ماتریس Q به­عنوان متغیر کمکی جهت انجام تجزیه ارتباطی در نظر گرفته شد. برای انجام تجزیه ارتباطی و شناسایی نشانگرهای پیوسته با ژن­های کنترل کننده صفات مورد مطالعه نیز از دو روش GLM و MLM استفاده و ارتباط­های نشانگر- صفت (MTA) معنی­دار به­طور جداگانه برای هر یک از شرایط آزمایشی شناسایی شد.یافته­ های تحقیق: نتایج تجزیه ارتباطی با استفاده از روش GLM تعداد ۱۴۵ ارتباط نشانگر- صفت (MTA) تحت شرایط بهینه و ۱۳۵ MTA تحت شرایط تنش کمبود روی شناسایی کرد، در حالی­که با استفاده از روش MLM تعداد ۱۶۵ MTA تحت شرایط بهینه و ۱۴۲ MTA تحت شرایط تنش کمبود روی شناسایی شد. بیش­ترین و کم­ترین تعداد ارتباط نشانگر- صفت معنی­دار با هر دو روش GLM و MLM تحت شرایط بهینه، به­ترتیب برای صفت وزن خشک و طول دوره پرشدن دانه شناسایی شد، در حالی­که تحت شرایط تنش کمبود روی، بیش­ترین تعداد ارتباط نشانگر- صفت معنی­دار با هر دو روش تجزیه ارتباطی مربوط به صفت محتوای آب نسبی برگ و کم­ترین تعداد مربوط به صفات غلظت پروتئین دانه و غلظت روی اندام هوایی بود. از ارتباط­های نشانگر- صفت معنی­دار شناسایی شده در این آزمایش، می­توان به­منظور افزایش کارایی برنامه­های به­نژادی از طریق فرایند انتخاب به­کمک نشانگر استفاده کرد.نتیجه ­گیری: نتایج مطالعه حاضر، کارایی استفاده از روش نقشه­یابی ارتباطی و مدل­های GLM و MLM را در شناسایی نشانگرهای پیوسته با صفات ارزیابی شده در گندم نشان داد. همچنین، اطلاعات به­دست آمده از این آزمایش نشان داد که نشانگرهای SNP ابزار توانمندی برای ارزیابی تنوع ژنتیکی و تهیه ساختار جمعیت­های گندم هستند و می­توانند از طریق انتخاب به­کمک نشانگر در برنامه­های به­نژادی مورد استفاده قرار گیرند. البته لازم است نشانگرهای شناسایی شده در جمعیت­های بزرگ­تر مورد بررسی قرار گیرند تا از ارتباط آن­ها با صفات مورد مطالعه اطمینان حاصل شود. در این مطالعه چندین مکان ژنی مشترک نیز برای صفات مورد مطالعه شناسایی شد که می­توان از آن­ها به­منظور گزینش همزمان چند صفتی در برنامه­های به­نژادی آینده استفاده کرد.

کلیدواژه ها:

ارتباط نشانگر- صفت ، تنش عناصر غذایی ، ساختار جمعیت ، گندم بهاره ، نقشه یابی در سطح ژنوم