بخشی از مقاله
چکیده:
گندم یکی از مهمترین گیاهان زراعی در جهان بوده و به عنوان اساسی ترین محصول استراتژیک کشور محسوب می شود. یکی از عمده ترین عوامل محدود کننده تولید این محصول، تنش خشکی می باشد. اجتناب ناپذیر است که در شرایط محدود کننده راهکارهایی بایستی اتخاذ شود تا امنیت غذایی فراهم گردد. راهکار اصلاحی کارآمدي که اخراًی مد نظر قرار گرفته است، استفاده از ابزارهاي ژنتیکی نظیر استفاده از نشانگرهاي مولکولی، تعیین مکانهاي صفات کمی در شرایط تنش - پاسخ به تنش - ، انتخاب از طریق نشانگرها است.
هدف این مطالعه پیدا کردن QTLهاي مرتبط با صفات زراعی و بعضی از صفات فیزیولوژیکی در محیط هاي تحت تنش آبی و شرایط بدون تنش بود. دو QTL اصلی براي صفات رسیدگی روي کروموزم 2BS و 2DS شناسایی شدند، که به ترتیب مرتبط با Ppd-B1 و Ppd-D1 بودند. یک ناحیه بر روي کروموزم 7A شناسایی شد که QTL مربوط به عملکرد دانه، تعداد دانه در متر مربع، تعداد دانه در سنبله و باروري گلچه تحت شرایط تنش نشان می داد. براي داده هاي عملکرد درشرایط نرمال تنها دو QTL بزرگ اثر بر روي کروموزم 3B شناسایی شدند که در شرایط تحت تنش خشکی شناسایی نشدند. این مطالعه نشان می دهد که ناحیه شناسایی شده براي عملکرد و اجزاء عملکرد بر روي بازوي بلند کروموزم 7A، QTL پاسخ به خشکی است که خیلی نزدیک اما مجزاي از QTL براي زمان گلدهی است. این مجموعه QTL بر روي کروموزم 7A می تواند به عنوان هدف خوبی براي کلون کردن ناحیه اي و جداسازي ژن استفاده شود.
مقدمه:
گندم یکی از مهمترین گیاهان زراعی است، که در سطح وسیعتري در جهان کشت می شود، و بیش از %27 کل محصول غلات را فراهم می کند. گندم غذاي اصلی در کشورهاي درحال توسعه است که تقرباًی %35 از جمعیت جهان در این کشورها قرار دارند .[4] در ایران هم گندم به عنوان اساسی ترین محصول استراتژیک و هم به لحاظ سهم بالاي آن در الگوي تغذیه خانوار و تامین بخش عظیم کالري و پروتئین مورد نیاز جمعیت رو به تزاید کشور همواره مورد توجه خاص قرار دارد. از طرفی، خشکی یا کمبود آب به عنوان یک واقعیت اجتناب ناپذیر یکی از مهمترین عوامل محدود کننده تولید عملکرد در گیاهان زراعی در جهان است. تغییرات اقلیمی و افزایش خشکسالی از یک طرف، افزایش تقاضا براي غذا با رشد فزاینده جمعیت از طرف دیگر توجه بهنژادگران را به تولید گیاهان زراعی با سازگاري بهتر و عملکرد نسبی بیشتر در شرایط خشکسالی متمرکز کرده است.
با ابداع نشانگرهاي مولکولی، بهنژادگران قادر به تجزیه صفات کمی به اجزاء ژنتیکی شده، و تعیین مکانهاي صفات کمی - QTL - متعدد مرتبط با مقاومت به خشکی در گندم از طریق نشانگرهاي مولکولی میسر شده است
در تعیین و تجزیه نقشه QTL، دو نوع داده مورد نیاز است: اطلاعات ژنتیکی - داده هاي ژنوتیپی حاصل از نشانگرهاي مولکولی - و ارزشهاي فنوتیپی صفات مورد ارزیابی. بنابراین، در تجزیه صحیح و موثر QTL، علاوه بر داشتن داده هاي ژنوتیپی سالم، روشهاي فنوتیپی دقیق براي بدست آوردن داده هاي فنوتیپی نیز خیلی مهم هستند. بمنظور بدست آوردن داده هاي فنوتیپی براي تجزیه QTL ، یک طرح آزمایشی مناسب با تکرارهاي کافی بایستی اجرا شود تا سودمندي ژنتیکی در جمعیت در حال تفکیک را افزایش دهد .
علاوه بر آن روش آماري مناسب براي تجزیه داده هاي بدست آمده از آزمایشات نیز بایستی مد نظر قرار گیرد بعلاوه، اتخاذ پروتکل مطلوب براي ارزیابی صفات مختلف جهت بدست آوردن داده هاي فنوتیپی خوب - قابل اعتماد - نیز مهم است .
بطور کلی، تعیین QTL موفق بستگی به کیفیت داده هاي فنوتیپی، وراثت پذیري صفت، طبیعت ژنتیکی آن - غالب، مغلوب یا افزایشی بودن صفت - و تعداد ژنهایی که بر آن اثر گذارند و همچنین اندازه جمعیت دارد. هدف این مطالعه پیدا کردن QTLهاي صفات زراعی و فیزیولوژیکی مرتبط با تحمل به خشکی یا به عبارتی محصولدهی تحت شرایط خشکی در جمعیت هاپلوئید مضاعف بدست آمده از تلاقی RAC875/Kukri است.
مواد و روشها
جمعیت هاپلوئید مضاعف با 368 لاین حاصل از تلاقی RAC875/Kukri براي تجزیه QTL مورد استفاده قرار گرفت RAC875 .[7] یک لاین اصلاحی است که داراي پایداري عملکرد نسبی در محیطهاي با کمبود آب بوده و واکنش محافظه کارانه اي به تنش خشکی دوره اي در طول فصل دارد، در حالیکه Kukri یک رقم زراعی با کیفیت مطلوب بوده و نامتحمل به شرایط تنش خشکی است .[8] براي بدست آوردن داده هاي فنوتیپی در جمعیت، پنج آزمایش در پنج مکان مختلف در طی دو سال اجرا شد.
در سال 2006 سه آزمایش در ایالت استرالیاي جنوبی در سه مکان مختلف، و در سال 2007 دو آزمایش در مرکز سیمیت، در اوبرگون مکزیک اجرا شدند. آزمایشات در استرالیاي جنوبی در غالب طرح ردیف و ستونی با دو تکرار در کرتهاي به اندازه 1.3×5 m با 6 ردیف اجرا شدند. هر آزمایش در شکل یک مستطیل با 69 ردیف و 12 ستون پیاده شد. براي تصحیح تغییرات در سطح مزرعه جهت حذف یا به حداقل رساندن تغییرات فضایی - خطا هاي قابل کنترل - ، روش تجزیه آماري فضایی توسط Gilmour و همکاران [6] استفاده شد. براي هر آزمایش در هر مکان تجزیه مدل ترکیبی خطی با استفاده از روش ریمل - REML1 - در نرم افزار GenStat نسخه 6.1 اجرا شد
تجزیه QTL به روش مکان یابی فاصله اي ترکیبی براساس مدل مخلوط - MCIM2 - با استفاده از نرم افزار QTLNetwork ورژن 2.0 انجام شد .[13] جهت تخمین آستانه معنی دار در شناسایی QTLهاي اصلی براي هرصفت، جایگشهاي 1000تایی با خطاي نوع I آزمایشی در سطح احتمال %5 تعیین شد .[2] تجزیه QTL براي صفات مرتبط با رسیدگی، صفات مربوط به عملکرد و اجزاء عملکرد، بعضی از صفات مورفو-فیزیولوژیکی نظیر ارتفاع گیاه، ارتفاع پدانکل، طول برگ پرچمی، طول خوشه، واکسی بودن سطح برگ، و محتوي کلروفیل در پنج محیط مختلف انجام شد
نتایج
QTLهاي زمان گلدهی بر روي کروموزمهاي 1A، 2B، 2D، 3D، 5B و7B در تمام مکانها پیدا شدند، و بر روي کروموزم 7A در چهار مکان شناسایی گردیدند. مهمترین آنها بر روي کروموزمهاي 2B و 2D واقع شدند که به ترتیب به نامهاي QEet.aww-2BS و QEet.aww-2DS نامگذاري شدند. این دو QTL، بیشترین LOD را در تمام مکانها نشان دادندکه دامنه اي از 14.1 تا 35.1 بوده و بطور متوسط %21.6 تا %16.8 تنوعات فنوتیپی را بترتیب توجیح کردند. این دو QTL به احتمال زیاد به ترتیب مربوط به ژنهاي عدم حساسیت به فتوپریود Ppd-B1 و Ppd-D1a می باشند هک قبلاً کمان یابی شده اند
بطور کلی، QTL 30 با اثرات افزایشی اصلی مرتبط با عملکرد دانه - YLD - بر 9 کروموزم در 5 محیط پیدا شدند. 21 QTL در بیش از یک محیط مکان یابی شدند. QTLهاي مربوط به عملکرد بر روي 1A، 2B، 2D، 3B، 3D، 5B و 7A به عنوان QTLهاي اصلی شناسایی شدند. تقرباًی تمام QTLهاي شناسایی شده در شرایط تنش خشکی با QTL هاي مربوط به زمان گلدهی هم مکان بودند.
در این مطالعه، اکثر داده ها با تنوع در زمان گلدهی اختلاط داشتند. بنابراین، جهت تصحیح ارتباط بین زمان گلدهی و صفات زراعی دیگر، بخصوص عملکرد دانه، رهیافتهاي متعددي اتخاذ شد. یکی از این رهیافتها محاسبه شاخص واکنش به خشکی - DRI3 - ، جهت حذف اثرات تنوع فنولوژي و پتانسیل عملکرد بود .[1] با مکان یابی داده هاي DRI، تنها یک QTL مهم بر روي کروموزم 7A با LOD بزرگتر از 2.3 در چهار مکان تنش خشکی شناسایی شد که به نام QDri.aww-7A نامگذاري شد. نتایج حاصل از تجزیه QTL در شکل - 1 - ارائه شده است. این نتایج نشان داد که QTL براي عملکرد در شرایط تنش خشکی در این ناحیه ممکن است متفاوت از QTL مربوط به زمان گلدهی بوده، و می تواند به عنوان ناحیه واکنش عملکرد تحت شرایط خشک معرفی شود.
شکل .1 مکان تخمینی تمام QTLهاي شناسایی شده براي داده هاي تصحیح شده روي کروموزم 7A را نشان می دهد. QTLها براي ارتفاع گیاه - Ht - ، طول پدانکل - Pdl - ، طول خوشه - El - ، و طول برگ پرچمی - Fl - به رنگ آبی نشان داده شده اند. QTLها براي عملکرد دانه - Yld - و اجزاء عملکرد به رنگ سیاه و صفات فیزیولوژیکی نظیر واکسی بودن برگ - W - ، محتوي کلروفیل - Spad - و مویی بودن - pa - به رنگ سبز نشان داده شده اند. مکانهاي با خط زیر QTLهاي مربوط به شاخص هاي تعریف شده است.
