مکان یابی جایگاه‎ های ژنی کنترل کننده (QTL) صفات فنولوژیک در جمعیت حاصل از تلاقی ارقام گندم نورستار × مرودشت

چکیده مبسوط مقدمه و هدف: گندم نان (Triticum aestivum L.) به ‎عنوان یک محصول غذایی اصلی محور اصلی تحقیقات کشاورزی و بیولوژیکی است. بنابر این، توجه ویژه‎ ای به تکامل، ژنتیک، تنوع زیستی و بوم شناسی آن معطوف شده است. در میان گونه های مختلف گندم، گندم نان به‎ دلیل ارزش غذایی بالا و کشت گسترده آن، بیشتر مورد تحقیق و مطالعه قرار گرفته است. این محصول منبع مواد مغذی برای حدود ۴۰ درصد از جمعیت جهان است. اخیرا، تغییرات اقلیمی و گرمایش جهانی با شدت فراوان و وسعت تنش های متعدد، مستقیما بر عملکرد و کیفیت محصولات کشاورزی تاثیر گذاشته ‎اند. بنابر این، افزایش عملکرد گندم یک نیاز ضروری برای تحقق امنیت غذایی و تغذیه ای جهانی است. به‎ نژادگران گندم به دلیل تنوع ژنتیکی گسترده این محصول، تاریخ رسیدگی مطلوب را برای مطابقت با شرایط اقلیمی در محیط‎ های هدف خود انتخاب می‎ کنند. ژنوتیپ هایی که قادر به سازگاری با آب و هوای متغیر هستند، می ‎توانند با تنظیم زمان گلدهی خود با شرایط فصلی برای محافظت از اندام ‎های گل، از عوامل تنش نامناسب مانند یخبندان، گرما و خشکی عبور کنند. تنوع در صفات فنوتیپی نشان دهنده تنوع ژنتیکی است و امکان شناسایی ژنوتیپ ها با ویژگی های مطلوب را برای برنامه های اصلاحی فراهم می کند. نقشه برداری QTL با ارائه یک رویکرد جایگزین برای بهبود روش‎ 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 می کند. هدف مطالعه حاضر، شناسایی لاین های زودرس، مکان QTLهای صفات فنولوژیک گندم در یک جمعیت اینبرد لاین‎ های نوترکیب، و شناسایی نشانگرهای پیوسته با صفات فنولوژیک جهت استفاده در گزینش به کمک نشانگر بود. مواد و روش ها: در این پژوهش، برای تسهیل اصلاح صفات مهم در گندم، ۱۳۱ لاین F۶ حاصل از تلاقی ارقام گندم نورستار و مرودشت به‎ همراه والدین در قالب طرح آلفا لاتیس با دو تکرار در سال زراعی ۹۹-۱۳۹۸ در مزرعه تحقیقاتی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه رازی کشت شدند. در طول این دوره، کل بارندگی ۴۰۹/۹ میلی متر بود. بذرها به‎ صورت دستی در کرت هایی شامل سه ردیف، هرکدام به طول یک متر، با فاصله ردیف ۰/۲۲ 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 رسیدگی فیزیولوژیک ثبت شد. پس از بررسی نرمال بودن، داده ‎ها با استفاده از نرم ‎افزار SAS ۹.۱،  تجزیه واریانس و مقایسه میانگین ها به ‎روش LSD انجام شدند. تجزیه کلاستر نیز با استفاده نرم ‎افزار JMP ۱۳ انجام گرفت. نقشه پیوستگی با ۵۵ نشانگر SSR و هشت نشانگر رتروترانسپوزون IRAP با استفاده از نرم ‎افزار JoinMap® ۴ با LOD حداقل سه انجام و میزان نوترکیبی از تابع هالدن به فاصله نقشه تبدیل شد. جایگاه‎ های کنترل کننده صفات مورد مطالعه با روش مکان‎ یابی فاصله ‎ای مرکب (CIM) و LOD حداقل دو با نرم ‎افزار WinQTL Cartographer ver.۲.۵ شناسایی گردید. یافته ها: نتایج حاصل از تجزیه واریانس داده ها نشان دادند که بین لاین‎ ها از نظر کلیه صفات مورد بررسی تفاوت معنی‎ داری وجود داشت که حاکی از وجود تنوع کافی بین آنها بود. لاین‎ های ۱۶، ۲۳، ۶۹، ۸۱ و ۱۰۱ کمترین میانگین برای طول دوره پر شدن دانه را داشتند. دامنه وراثت پذیری عمومی بالایی (۹۹/۰۵ تا ۹۹/۸۲ درصد) برای این صفات مشاهده شد که نشان دهنده سهم بالای ژنتیک در کنترل این صفات است. براساس تجزیه خوشه ‎ای، لاین‎ ها به‎ همراه والدین به چهار گروه تقسیم شدند که گروه سوم با میانگین روز تا رسیدگی فیزیولوژیک ۱۹۴ روز زودرس ‎ترین و گروه چهارم شامل دیررس‎ ترین لاین‎ ها با میانگین روز تا رسیدگی فیزیولوژیک ۲۰۳ 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 ۱B برای والد مادری مرودشت ضریب تبیین ۱۹/۰۸ درصد و برای طول دوره پر شدن دانه دو QTL روی کروموزوم‎ های ۱B و ۳B با اثر بخشی والد پدری نورستار و ضریب تبیین ۲۲/۴۸ درصد برآورد شد. نتیجه‎ گیری: برای صفات فنولوژیک مورد مطالعه تفکیک متجاوز مشاهده شد. دامنه وراثت پذیری عمومی بالا برای این صفات می‎ تواند نشان دهنده 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 گونه هایی با کیفیت بالا که بتوانند در برابر عوامل تنش زای زیستی و غیر زیستی مقاومت کنند، ضروری هستند. این عوامل در مواجهه با تغییرات اقلیمی و تخریب محیط زیست به‎ طور فزاینده ای اهمیت پیدا می کنند. QTL‎های شناسایی شده روی گروه ‎های پیوستگی ۱B، ۳B و ناشناخته اول قرار داشتند. برای روز تا رسیدگی فیزیولوژیک، یک QTL روی گروه پیوستگی ۱B شناسایی شد که با نشانگر GWM۱۱ پیوستگی شدید نشان داد. این مطالعه اطلاعات ارزشمندی را از جایگاه های ژنتیکی آنها که زیر بنای صفاتی مانند روز تا رسیدگی فیزیولوژیک و طول دوره پرشدن دانه هستند، ارائه می دهد که به‎ عنوان عوامل مهم در افزایش عملکرد در نظر گرفته می شوند. طبق نتایج این مطالعه، انتظار می رود که ژنوتیپ های ایده آل با پایداری بالا، در محیط هایی که میزان بارندگی به‎ دلیل تغییرات اقلیمی از سالی به سال دیگر نوسان دارد، مرحله ظهور سنبله و روز تا رسیدگی متوسطی داشته باشند.

کلیدواژه ها:

Cluster analysis ، Linkage map ، Quantitative trait loci ، تجزیه خوشه‎ ای ، جایگاه‎ های صفات کمی ، نقشه پیوستگی