غربالگری ژنتیکی و فنوتیپی ژنوتیپ های برنج با استفاده از نشانگر عملکردی مرتبط با ژن SCM۲

مقدمه: با افزایش جمعیت جهانی و محدودیت روز افزون منابع آب و خاک، تامین پایدار غذا به ویژه در مورد محصولات راهبردی نظیر برنج، به یکی از چالش های اساسی توسعه کشاورزی تبدیل شده است. خوابیدگی ساقه از مهم ترین عوامل محدودکننده عملکرد و کیفیت دانه در بسیاری از ارقام محلی و اصلاح شده برنج محسوب می شود و نقش تعیین کننده ای در کاهش کارایی برداشت و افت عملکرد دارد. افزایش قطر ساقه به عنوان یکی از موثرترین راهکارهای ژنتیکی برای افزایش مقاومت به خوابیدگی شناخته می شود و شناسایی ژن ها و آلل های موثر بر این صفت، می تواند نقش مهمی در بهبود کارایی برنامه های به نژادی ایفا کند. در این راستا، ژن (SCM۲) STRONG CULM۲ به دلیل اثرات پلیوتروپیک خود بر افزایش قطر ساقه، تعداد سنبلچه ها و مقاومت به خوابیدگی، به عنوان یکی از ژن های کلیدی مورد توجه قرار گرفته است. هدف از این پژوهش، شناسایی و تفکیک ژنوتیپ های برنج براساس حضور یا عدم حضور آلل مطلوب ژن SCM۲ و بررسی کارایی نشانگر مولکولی عملکردی مرتبط با این ژن در غربالگری ژنوتیپ ها برای صفت قطر ساقه بود.مواد و روش ها: بدین منظور، ۵۰ ژنوتیپ برنج شامل ژنوتیپ های محلی، اصلاح شده و وارداتی از کلکسیون موسسه تحقیقات برنج کشور در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار در سال زراعی ۱۴۰۱-۱۴۰۰ در شرایط مزرعه ای مورد بررسی قرار گرفتند. اندازه گیری قطر ساقه ۲۰ روز پس از آغاز گلدهی و در میانگره چهارم انجام شد. به منظور ارزیابی مولکولی، DNA ژنومی از برگ های جوان استخراج و غربالگری ژنوتیپ ها با استفاده از یک نشانگر عملکردی اختصاصی مرتبط با ژنSCM۲  انجام گرفت. داده های مولکولی به صورت حضور یا عدم حضور آلل ژن مربوطه، امتیازدهی شدند و برای تحلیل ارتباط بین داده های فنوتیپی و مولکولی از آزمون t مستقل، تجزیه کلاستر و مقایسه میانگین ها استفاده شد.یافته‎ها: نتایج نشان داد که نشانگر مولکولیSCM۲  توانست ژنوتیپ های مورد مطالعه را به طور واضح به دو گروه شامل ژنوتیپ های واجد آلل ژن SCM۲  با قطر ساقه بیشتر و ژنوتیپ های فاقد SCM۲ با قطر ساقه کمتر تفکیک نماید. از مجموع ۵۰ ژنوتیپ، ۳۱ ژنوتیپ دارای آللSCM۲  و ۱۹ ژنوتیپ فاقد این آلل بودند. نتایج ارزیابی فنوتیپی با داده های مولکولی همخوانی بالایی داشت و تحلیل آزمون t مستقل وجود رابطه مثبت و معنی دار بین حضور آلل ژن  SCM۲و افزایش قطر ساقه را تایید کرد، به طوری که مدل آماری با درصد صحت پیش بینی بیش از ۹۵ درصد، از دقت و کارایی مناسب نشانگر حکایت داشت. همچنین دندروگرام حاصل از تجزیه خوشه ای، همبستگی معنی داری بین حضور آلل ژن و صفت قطر ساقه را نشان داد و ژنوتیپ ها به صورت منطبق با وضعیت آللی و مقادیر فنوتیپی در خوشه های مجزا قرار گرفتند.نتیجه گیری: در مجموع، نتایج این پژوهش نشان داد که نشانگر مولکولی عملکردی SCM۲ ابزاری دقیق، کارآمد و قابل اعتماد برای غربالگری سریع ژنوتیپ های برنج از نظر صفت قطر ساقه است. استفاده از این نشانگر در برنامه های به نژادی می تواند با تسریع فرآیند شناسایی ژنوتیپ های مطلوب، کاهش زمان و هزینه به نژادی و افزایش کارایی انتخاب در نسل های اولیه، نقش موثری در توسعه ارقام پرمحصول و مقاوم به خوابیدگی با استفاده از تکنیک های به نژادی سریع ایفا نماید.

کلیدواژه ها:

خوابیدگی ساقه برنج ، غربالگری ، قطر ساقه ، نشانگر مولکولی