مکان یابی qtl های تحمل به تنش خشکی و گرمای انتهایی در لاین های خالص نوترکیب گندم نان
چکیده
این مطالعه به منظور ارزیابی عملکرد دانه و برخی صفات زراعی و فیزیولوژیکی گندم و همچنین مکان یابی ژن های های کنترل کننده این صفات انجام گرفت. در این مطالعه تعداد 167 لاین خالص نوترکیب (ril) به همراه والدین آنها (serim82 و babax ) در قالب طرح آلفا-لاتیس با دو تکرار در محیط های آبیاری، تنش گرما، خشکی و تنش های توام گرما و خشکی در ایستگاه تحقیقات کشاورزی داراب در سال زراعی 90-1389 و 91-1390 مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج تجزیه واریانس با استفاده از روش حداکثر درستنمایی (reml) نشان داد که اثرات تنش مرکب خشکی و گرمای انتهایی بر صفات بسیار بیشتر از اثر هر یک از این تنش ها به طور جداگانه می باشد. وزن دانه حساسیت بیشتری نسبت به تنش خشکی داشت در حالی که حساسیت تعداد دانه در تنش گرمای انتهایی بیشتر بود. لاین های خالص نوترکیب برای تمام صفات تفکیک متجاوز نشان دادند. تمام صفات به شدت تحت تاثیر اثرات متقابل ژنوتیپ × محیط (gei) بودند که نشان دهنده کنترل ژنتیکی پیچیده و مستقل این صفات تحت تنش خشکی، گرما و تنش مرکب بود. در تمام محیط ها همبستگی عملکرد دانه با وزن هزار دانه، تعداد دانه در سنبله و تعداد دانه در متر مربع بالا و مثبت بود، در حالیکه روز تا سنبله دهی، روز تا رسیدگی و دمای کانوپی در هر دو مرحله رشد رویشی و پر شدن دانه همبستگی منفی با عملکرد دانه نشان دادند. روز تا سنبله دهی، دمای کانوپی در مرحله پر شدن دانه، وزن هزار دانه و تعداد دانه در متر مربع مهم ترین صفات سازگار به تنش خشکی و گرمای انتهایی بودند. به طور خاص، دمای کانوپی در مرحله پر شدن دانه می تواند به عنوان یک معیار سریع و موثر برای غربالگری تعداد زیادی ژنوتیپ در محیط های تحت تاثیر تنش گرما و خشکی استفاده شود. تعداد 131 نشانگر ssr، 212 نشانگرaflp و 145 نشانگر dart که قبلا توسط مک اینتایر و همکاران (2010) برای تهیه نقشه ژنتیکی جمعیت serim82/babax استفاده شده بود به همراه یک نشانگرest-ssr و یک نشانگر ssr که در این مطالعه بین والدین چند شکلی نشان داده بودند جهت تشکیل نقشه ژنتیکی مورد استفاده قرار گرفتند. این نشانگرها در 29 گروه پیوستگی (lg) منتسب به 20 کروموزوم گندم توزیع شدند. هیچ نشانگری به کروموزوم d3 اختصاص نیافت. تجزیه و تحلیل qtl با روش مکان یابی فاصله ای مرکب (cim) نشان داد که qtl های مهم کنترل کننده صفات، بر روی کروموزوم های b1، d-a1، b2، a4، b4، a5، b5، d-a6 و d-b7 قرار داشتند. مهمترین نواحی ژنومی کنترل کننده صفات روز تا سنبله دهی، وزن هزار دانه و عملکرد روی گروه های پیوستگی b1، d-a1، a4 و d-b7 قرار داشتند. یک qtl بزرگ اثر بر روی گروه پیوستگی d-b7 در فاصله نشانگری acc/cat-10 - cfd0014 برای بیشتر صفات وجود داشت که درصد بالایی از تنوع را توجیه کرد. در فاصله نشانگری 1d-barc0062 - 1d-gdm0111 و در ناحیه یک ژن زودرسی (earliness per se gene) یک qtl بزرگ اثر برای صفت روز تا سنبله دهی یافت شد که می توان از آن برای همسانه سازی موضعی (positional cloning) همانند آنچه در ژن های حساسیت به طول روز (pdp) و بهاره سازی (vrn) انجام گرفته است، استفاده کرد. بیشترین تعداد qtl های هم-مکان روی کروموزوم b1 یافت شدند. هم-مکانی qtlهای کنترل کننده صفات روز تا سنبله دهی، روز تا رسیدگی، وزن هزار دانه و عملکرد دانه احتمالا نشان دهنده وجود یک خوشه ژنی برای کنترل این صفات در نزدیکی نشانگر 7d-acc/cat-10 می باشد. qtl های تنش اختصاصی بزرگ اثر در این مطالعه، که در دو و یا هر سه محیط مشترک هستند، می توانند در اصلاح برای محیط های تحت تاثیر هر دو تنش گرما و خشکی مفید باشند. تجزیه و تحلیل qtl با روش دو مکانی نشان داد که اثرات اپیستازی و همچنین اثرات متقابل محیطqtl× بر بسیاری از صفات کمی مورد مطالعه تاثیر گذار هستند. در مجموع 72 qtl اصلی با اثرات افزایشی (m-qtl) و 35 qtl با اثرات اپیستازی (e-qtl) برای تمام صفات (به جز دمای کانوپی در مرحله پر شدن دانه) وجود داشت.m-qtl های کنترل کننده صفات بین یک تا 3/43 درصد از تنوع فنوتیپی صفات را توجیه کردند. از 72 m-qtl، 20 مورد دارای اثرات متقابل با محیط بودند. به طور کلی، اهمیت اثرات اپیستازی کمتر از اثرات افزایشی بود. بالاترین اثر e-qtl ها در کنترل روز تا سنبله دهی (8/11 درصد) مشاهده شد. مقایسه تجزیه و تحلیل qtl با دو روش تک مکانی و دو مکانی نشان داد که 68 درصد از m-qtl ها در روش دو مکانی، در روش تک مکانی cim در همان مکان و یا در فواصل نشانگری مشترک نیز وجود دارند. نتایج تجزیه و تحلیل qtl با هر دو روش نشان داد که نشانگر 7d-acc/cat-10 می تواند یک کاندید برای انتخاب به کمک نشانگر (mas) جهت انتخاب لاین های زودرس با وزن هزار دانه و عملکرد بالا باشد. حضور جابجایی کروموزومی 1bl/1rs سبب کاهش تعداد دانه در سنبله، تعداد دانه در متر مربع و عملکرد گردید. در حالی که وزن هزار دانه، spad، تعداد سنبلچه در سنبله و تراکم سنبلچه در سنبله در حضور این جابجایی افرایش یافتند. بر اساس نتایج این تحقیق جابجایی کروموزومی 1bl/1rsنمی تواند یک منبع مناسب از تنوع ژنتیکی برای افزایش عملکرد دانه در محیط های تحت تاثیر تنش گرما و خشکی باشد.
اساتید راهنما و مشاور
بهرام حیدری، حسن پاک نیت، cimmyt-iran@cgiar.org جلال کمالی، هومن راضی، علی دادخدایی