تعداد نشریات | 31 |
تعداد شمارهها | 743 |
تعداد مقالات | 7,073 |
تعداد مشاهده مقاله | 10,149,582 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 6,857,554 |
تحلیل ارتباط در گستره ژنوم صفات زراعی در گندم نان بهاره تحت شرایط متفاوت آبی | ||
تحقیقات غلات | ||
دوره 12، شماره 1، خرداد 1401، صفحه 1-19 اصل مقاله (334.03 K) | ||
نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22124/cr.2022.22814.1737 | ||
نویسندگان | ||
احمد مجیدی مهر1؛ محمدهادی پهلوانی* 2؛ خلیل زینلی نژاد3؛ رحمت الله کریمی زاده4؛ آندریاس برنر5 | ||
1دانشجوی دکتری، گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان ، گرگان، ایران | ||
2دانشیار، گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران | ||
3استادیار، گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران | ||
4استادیار پژوهشی، مؤسسه تحقیقات کشاورزی دیم کشور، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی کهگیلویه و بویراحمد، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، گچساران، ایران | ||
5استاد، گروه بانک ژن، مؤسسه تحقیقات ژنتیک گیاهی و گیاهان زراعی لایبنیز (آی.پی.کی.)، لایبنیز، آلمان | ||
چکیده | ||
مقدمه: هدف اصلی تحلیل ارتباط در گستره ژنوم (GWAS)، شناسایی ژنهای مرتبط با یک صفت خاص است. در این روش نقشهیابی، محققین توالی DNA کل ژنومی افراد جامعه را با هدف یافتن تفاوتهای تکنوکلئوتیدی بین آنها مورد مقایسه قرار میدهند. شناسایی و مکانیابی ژنهای مؤثر در واکنش به کمآبی، علاوه بر شناخت مکانیسمهای مولکولی و فیزیولوژیک، میتواند درک بهتری از ساختار ژنتیکی جمعیت و کنترل ژنتیکی تنش و نحوه اصلاح آن را در جمعیت مورد مطالعه در اختیار بهنژادگر قرار دهد. در این آزمایش نیز نقشهیابی ژنهای کنترلکننده صفات مهم زراعی گندم نان تحت دو شرایط بدون تنش و تنش کمآبی با استفاده از روش تحلیل ارتباطی گستره ژنوم انجام شد. هدف از آزمایش، تحلیل QTLهای مرتبط با واکنش به کمآبی و شناسایی نشانگرهای مرتبط با برخی صفات مهم و مؤثر در گندم نان بود. مواد و روش ها: مواد گیاهی این آزمایش، 121 ژنوتیپ گندم نان بهاره شامل 111 لاین حاصل از تودههای محلی گندم نان بهاره با منشأ 28 کشور از پنج قاره مختلف و 10 ژنوتیپ گندم نان بهاره از کشورهای ایران و پاکستان بود که تحت دو شرایط بدون تنش و تنش کمآبی در شرایط مزرعه مورد ارزیابی قرار گرفتند. تعیین ژنوتیپ برای نمونهها با استفاده از نشانگرهای SNP (15 K SNP array) در شرکت TraitGenetic کشور آلمان انجام و هر ژنوتیپ با استفاده از مجموعهای از SNPها ارزیابی شد. برای تعیین ساختار جمعیت، از 147 نشانگر SNP فاقد داده گمشده و با توزیع مناسب روی 21 جفت کروموزوم همولوگ گندم نان (هر کروموزوم هفت نشانگر) استفاده شد. بهمنظور تعیین زیرگروههای احتمالی و بررسی ساختار جمعیت از روش بیزین و نرمافزار Structure V 2.3.4 استفاده و سپس با تعیین تعداد بهینه زیرگروهها، میانگین شاخص تثبیت (Fst) و ماتریس سهم عضویت (Q) با همین نرمافزار محاسبه شد. در ادامه بهمنظور شناسایی نشانگرهای مرتبط با صفات مورد مطالعه در شرایط عدم تنش و تنش کمآبی از تحلیل ارتباطی در گستره ژنوم با روش مدل خطی عمومی (Q+PCA) با میانگین دادهها در نرمافزار TASSEL 5.0 استفاده شد. یافته های تحقیق: نتایج تجزیه واریانس نشان داد که تنوع ژنتیکی قابل قبولی از نظر کلیه صفات مورد مطالعه بین ژنوتیپها وجود داشت و واکنش ژنوتیپها در مواجهه با تنش کمآبی متفاوت بود. بر اساس نقشهیابی ارتباطی در سطح ژنوم، در مجموع در شرایط عدم تنش و تنش کمآبی بهترتیب 511 و 469 ارتباط معنیدار نشانگر- صفت شناسایی شد. بیشترین ارتباط معنیدار نشانگر- صفت در تنش کمآبی برای صفات ارتفاع بوته، سطح برگ پرچم، طول پدانکل و تعداد دانه در سنبله بهترتیب روی کروموزومهای 1A، 2A، 3B و 2A مشاهده شد. همچنین، پنج نشانگر SNP بهترتیب در جایگاههای 30/113، 02/25، 90/13، 10/43 و 97/71 سانتیمورگان روی کروموزومهای 2A، 2A، 5A، 6A و 6B دارای بالاترین ارتباط معنیدار با صفات طول و سطح برگ پرچم، ارتفاع بوته، طول پدانکل و عملکرد سنبله تحت شرایط تنش کمآبی بودند. علاوه بر این، مکانهای چند صفتی نیز روی کروموزوم 2A برای صفات طول، عرض و سطح برگ پرچم، ارتفاع بوته و عملکرد سنبله تحت شرایط تنش کمآبی شناسایی شد. در نهایت بر اساس تحلیل ارتباطی گستره ژنوم، بهترتیب 21، 12، 14، 44، 92 و 14 ارتباط معنیدار نشانگر- صفت (QTLs) برای صفات طول، عرض و سطح برگ پرچم، ارتفاع بوته، طول پدانکل و عملکرد سنبله تحت شرایط تنش کمآبی شناسایی شد. نتیجه گیری: نتایج حاصله از این مطالعه، اطلاعات ارزشمندی را در زمینه مبنای ژنتیکی صفات مورد مطالعه در محیط تنش کمآبی ارایه داد که میتوان از آنها در برنامههای بهنژادی گندم نان از جمله گزینش بهکمک نشانگر (MAS) استفاده کرد. | ||
کلیدواژهها | ||
ژنوم؛ مدل خطی عمومی؛ نشانگر؛ SNP؛ QTL | ||
مراجع | ||
Agricultural Statistics. 2018. Annual Report. Agricultural statistics. Ministry of Agriculture-Jahad. https://www.maj.ir/Index.aspx. [In Persian]
Ahmed, H.G.M.D., Iqbal, M.N., Iqbal, M.A., Zeng, Y., Ullah, A., Iqbal, M., Raza, H., Yar, M.M., Sarwar, N., Imran, M. and Hussain, S. 2021. Genome-wide association mapping for stomata and yield indices in bread wheat under water limited conditions. Agronomy 11: 1646.
Ahmed, H.Gh.M., Sajjad, M., Zeng, Y., Iqbal, M., Habibullah-Khan, S., Ullah, A. and Nadeem Akhtar, M. 2020. Genome-wide association mapping through 90K SNP array for quality and yield attributes in bread wheat against water deficit conditions. Agriculture 10 (9): 2-23.
Ain, Q.U., Rasheed, A., Anwar, A., Mahmood, T., Imtiaz, M., He, Z., Xia, X., Mahmood, T. and Quraishi, U.M. 2015. Genome-wide association for grain yield under rainfed conditions in historical wheat cultivars from Pakistan. Frontiers in Plant Science 6: 1-15.
Cook, B.I., Mankin, J.S. and Anchukaitis, K.J. 2018. Climate change and drought: From past to future. Current Climate Change Reports 4: 164-179.
Elshire, R.J., Glaubitz, J.C., Sun, Q., Poland, J.A., Kawamoto, K. and Buckler, E.S. 2011. A robust, simple genotyping-by-sequencing (GBS) approach for high diversity species. PLoS ONE 6 (5): 1-9. FAO. 2022. Crop prospects and food situation. Quarterly global report. Food and Agriculture Organization of the United Nations. Rome, Italy. Available at: http://www.fao.org/3/i8764en/I8764EN.pdf.
Flint-Garcia, S.A., Thuillet, A.C., Yu, J., Pressoir , G., Romero, S.M. and Mitchell, S.E. 2005. Maize association population: A high resolution platform for quantitative trait locus dissection. Plant Journal 46 (6): 1054-1064.
Gahlaut, V., Jaiswal, V., Balyan, H.S., Kumar, J.A. and Gupta, P.K. 2021. Multi-locus GWAS for grain weight related traits under rain-fed conditions in common wheat (Triticum aestivum L.). Frontiers in Plant Science 12: 1-13.
Gahlaut, V., Jaiswal, V., Singh, S., Balyan, H.S. and Gupta, P. 2019. Multi-locus genome wide association mapping for yield and its contributing traits in hexaploid wheat under different water regimes. Scientific Reports 9: 1-15.
Hittalmani, S., Huang, N., Courtois, B., Venuprasad, R., Shashidhar, H.E., Zhuang, J.Y., Zheng, K.L., Liu, G.F., Wang, G.C., Sidhu, J.S., Srivantaneeyakul, S., Singh, V.P., Bagali, P.G., Prasanna, H.C., McLaren, G. and Khush, G.S. 2021. Identification of QTL for growth and grain yield -related traits in rice across nine locations of Asia. Theoretical and Applied Genetics 107: 679-690.
Hu, H. and Xiong, L. 2014. Genetic engineering and breeding of drought-resistant crops. Annual Review of Plant Biology 65: 715-741.
Kalinowski, S.T. 2002. How many alleles per locus should be used to estimate genetic distances? Heredity 88: 62-65.
Khalili, M. and Mohammadi, A. 2016. Mapping QTLs associated with wheat seed germination under normal and drought stress conditions. Crop Biotechnology 9: 1-14. (In Persian with English Abstract).
Liu, K., Goodman, M., Muse, S., Smith, J.S., Buckler E.D. and Doebley, J. 2003. Genetic structure and diversity among maize inbred lines as inferred from DNA microsatellites. Genetics 165: 2117-2128.
Liu, Y., Lin, Y., Gao, Sh., Li, Zh., Ma, J., Deng, M., Chen, G., Wei, Y. and Zheng, Y. 2017. A genome-wide association study of 23 agronomic traits in Chinese wheat landraces. The Plant Journal 19: 861-873.
Liu, Y., Wang, L., Mao., Sh., Liu, K., Lu, Y., Wang, J., Wei., Y. and Zheng, Y. 2015. Genome-wide association study of 29 morphological traits in Aegilops taushii. Scientific Reports 5: 15562.
Mohammadi, Y., Mohammadi, S.A., Moghaddam, M. and Rostaei, M. 2016. Identification of molecular markers linked to the genes controlling width and length flag and second leaves and grain yield in bread wheat under rainfed and supplementary irrigation conditions. Cereal Research 6 (3): 271-282. (In Persian with English Abstract).
Neumann, K., Kobiljski, B., Denčić, S., Varshney, R. and Börner, A. 2011. Genome‒wide association mapping: A case study in bread wheat (Triticum aestivum L.). Molecular Breeding 27: 37-58.
Qaseem, M.F., Qureshi, R., Muqaddasi, Q.H., Shaheen, H., Kousar, R. and Roder, M.S. 2018. Genome-wide association mapping in bread wheat subjected to independent and combined high temperature and drought stress. PLoS ONE 13 (6): 1-22.
Quraishi, U.M., Murat, F., Abrouk, M., Pont, C., Confolent, C., Oury, F.X., Ward, J., Boros, D., Gebruers, K., Delcour, J.A., Courtin, Ch.M., Bedo, Z., Saulnier, L., Guillon, F., Balzergue, S., Shewry, P.R., Feuillet, C., Charmet, G. and Salse, J. 2011. Combined meta-genomics analyses unravel candidate genes for the grain dietary fiber content in bread wheat (Triticum aestivum L.). Functional and Integrative Genomics 11: 71-83.
Rabbi, S.M.H., Kumar, A., Naraghi, S.M., Simsek, S., Sapkota, S., Sonlaki, Sh., Alamri, M.S., Elias, E.M., Kianian, Sh., Missaoui, A. and Mergoum, M. 2021. Genome-wide association mapping for yield and related traits under drought stressed and non-stressed environments in wheat. Frontiers in Genetics 12: 1-13.
Rawson, H.M., Richards, R.A. and Munns, R. 1988. An examination of selection criteria for salt tolerance in wheat, barley and triticale genotypes. Australian Journal of Agricultural Research 39: 759-772.
Safdar, L., Bin, A., Ndleeb, T., Latif, S., Umer, M.J., Tang, M., Li, X., Liu, Sh. and Quraishi, U.M. 2020. Genome-wide association study and QTL meta-analysis identified novel genomic loci controlling potassium use efficiency and agronomic traits in bread wheat. Frontiers in Plant Science 11: 1-14.
Senapati, N., Stratonovitch, P., Paul, M.J. and Semenov, M.A. 2019. Drought tolerance during reproductive development is important for increasing wheat yield potential under climate change in Europe. Journal of Experimental Botany 70: 2549-2560.
Sonmezoglu, O. and Terzi, B. 2018. Characterization of some bread wheat genotypes using molecular markers for drought tolerance. Journal of Plant Physiology and Molecular Biology 24 (1): 159-166. Spataro, G., Tiranti, B., Arcaleni, P., Bellucci, E., Attene, G., Papa, R., Spagnoletti, Z.P. and Negri, V. 2011. Genetic diversity and structure of a worldwide collection of Phaseolus coccineus L. Theoretical Application of Genetic 122: 1281-1291.
Sukumaran, S. and Yu, J. 2014. Association mapping of genetic resources: Achievements and future perspectives. In: Tubersoa, R., Garner, A. and Frison, E. (Eds). Genomics of plant genetic resources. pp: 207-235.
Sukumaran, S., Reynolds, M.P. and Sansaloni, C. 2018. Genome-wide association analysis identify QTL hotspots for yield and component traits in durum wheat grown under yield potential, drought, and heat stress environments. Frontiers in Plant Science 9: 1-16.
Terry, G.B., Baeziger, P.S. and Morris. R. 1992. Chromosomal location of wheat quantitative trait loci affecting agronomic performance of seven traits using reciprocal chromosome substitutions. Crop Science 32: 621-627.
Tuberosa, R., Salvi, S., Sanguineti, M.C., Landi, P., Maccaferri, M. and Conti. S. 2002. Mapping QTLs regulating morpho-physiological traits and yield in drought stressed maize: Case studies, shortcomings and perspectives. Annals of Botany 89 (7): 941-963.
Varshney, R.K., Chabane, K., Hendre, P.S., Aggarwal, R.K. and Graner, A. 2007. Comparative assessment of EST-SSR, EST-SNP and AFLP markers for evaluation of genetic diversity and conservation of genetic resources using wild, cultivated and elite barleys. Plant Science 173: 638-649. Wang, S., Wong, D., Forrest, K., Allen, A., Chao, S. and Huang, B.E. 2014. Characterization of poly ploid wheat genomic diversity using a high density 90000 single nucleotide polymorphism array. Plant Biotechnology Journal 12: 787-796.
Zadocs, J.C., Changh, T.T. and Konzak, C.F. 1974. A decimal code for the growth stages of cereals. Weed Research 14: 415-421.
Zare-Kohan, M., Babaeian Jelodar, N., Aghnoum, R., Tabatabaee, S.A. and Kazemi Tabar, S.K. 2018. Association mapping of some phonological traits in barley under salt stress. Journal of Crop Breeding 10 (26): 12-21. (In Persian with English Abstract).
Zhu, C., Gore, M., Buckler, E.S. and Yu, J. 2008. Status and prospects of association mapping in plants. The Plant Genome 1 (1): 5-20. | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 624 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 281 |