بخشی از مقاله
چکیده
تنش گرما به ویژه به دلیل پدیده گرم شدن جهانی در دهه هاي اخیر به یکی از عوامل مهم کاهش عملکرد گندم در مناطق گرم و خشک تبدیل شده است به طوریکه یکی از اولویت هاي پژوهشی بهنژادگران به شمار می رود. بهنژادگران براي گزینش و ایجاد ارقام مقاوم همواره در پی شناخت ژن هاي کنترل کننده تحمل گرما و نشانگرهاي ملکولی پیوسته با آنها هستند. از آنجا که طول پدانکل در مطالعات مختلف به عنوان یکی از معیارهاي تحمل گرما معرفی شده بود، به منظور نقشه یابی کیو.تی.ال. هاي کنترل کننده این صفت، 143 رگه درون زاد نوترکیب حاصل از تلاقی کاز و مانتنا به مدت یکسال در شرایط طبیعی کرج و دو سال در شرایط طبیعی و تنش گرمایی بوشهر مورد ارزیابی قرار قرار گرفتند. نقشه پیوستگی جمعیت با استفاده از 234 نشانگر SSR و 267 نشانگر AFLP ترسیم گردید که 20 کروموزوم گندم را پوشش می داد.
بر اساس روش نقشه یابی بازه اي مرکب 14 کیو.تی.ال براي طول پدانکل شامل 9 عدد اختصاصی شرایط نرمال، 4 عدد اختصاصی شرایط تنش و یک عدد در هردو شرایط نرمال و تنش روي کروموزوم هاي 1D، 2A، 2B، 2D، 3B ؛ 4B، 4D و 5B تشخیص داده شد. بر اساس طول پدانکل، چهار عدد از کیو.تی.ال. ها بصورت اختصاصی در شرایط تنش گرما در مجاورت نشانگرهايgwm148 و gwm429 روي کروموزوم 2B، نشانگر هاي gwm494a و gdm125 روي کروموزوم 4D و نشانگرهاي gwm408 و gwm554 روي کروموزوم 5B مکانیابی شد که می توانند براي گزینش و غربال ژنوتیپها بمنظور تحمل تنش گرما مورد استفاده قرار گیرند.
واژه هاي کلیدي: گندم، QTL، تنش گرما، طول پدانکل، نشانگر
مقدمه
تنش گرما یکی از تهدیدهاي جدي براي تولیدات زراعی در سطح دنیا است - - 1 و پیش بینی می شود در هر دهه متوسط دماي کره زمین . /3 درجه سانتیگراد افزایش یابد و در سال2100 سه درجه سانتیگراد گرمتر از وضعیت حاضر شود. این افزایش دما منجر به تغییر توزیع جغرافیایی و فصل رشد گیاهان زراعی خواهد شد - . - 10گندم به عنوان مهمترین غله جهان در بسیاري از سیستمهاي کشت گرمسیري در تناوب با گیاهان زراعی دیگر مورد کشت و کار قرار می گیرد و همواره تنش گرما باعث کاهش معنی دار عملکرد کمی و کیفی گندم می شود. براساس رایزنی و همفکري انجام شده توسط سازمان تحقیقات کشاورزي جهانی در نواحی مهم گندم خیز جهان، تنش گرما به عنوان اولویت برتر تحقیقاتی تعیین شده است - . - 7
خسارت شدید تنش گرما را می توان از طریق اصلاح تحمل تنش در گیاهان کاهش داد. براي دستیابی به این هدف، درك کامل اساس ژنتیکی و ملکولی واکنش گیاه به تنش حرارتی و تحمل گرما، کاربرد رهیافتهاي ژنومیکس، پروتئومیکس و ترانسکریپتومیکس اجتناب ناپذیر است - . - 10 با توجه به ضرورتی که در خصوص درك اساس ملکولی تحمل گرما وجود دارد اطلاعات موجود درباره نقش ژنهاي خاص در کنترل تحمل گرما بسیار اندك بوده و می توان گفت اصلاح براي تحمل گرما هنوز در مرحله طفولیت خود بوده و نیازمند توجه و بررسی بیش از پیش است - . - 10 اولین مطالعه که در زمینه تجزیه کیو.تی.ال. براي تحمل گرما در گندم گزارش شده است مربوط به تحقیق یانگ و همکاران - - 11 در سال 2002 می باشد که بر اساس تجزیه واریانس تک عاملی، دو نشانگر SSR را که با QTL هاي تحمل گرما پیوستگی داشتند شناسایی نمودند.
از آنجا که در این پژوهش از روش تجزیه تک عاملی استفاده شده و نقشه لینکاژي تهیه نشده است لذا جایگاه دقیق کیو.تی.ال. ها تعیین نگردیده است - . - 11 تحقیق بعمل آمده توسط محمدي و همکاران - - 3 در سال 2008 به منظور نقشه یابی کیو.تی.ال. هاي کنترل کننده تحمل گرما در شرایط گلخانه بیانگر وجود QTL هاي با ضرایب تبیین بزرگ براي تحمل به گرما روي بعضی از کروموزومها از جمله 5B می باشد. نقش انتقال مجدد ذخایر فتوسنتزي از ساقه خصوصا در شرایط تنش گرما یا خشکی در دوره پر شدن دانه از اهمیت ویژه اي برخوردار بوده و می تواند باعث جلوگیري نسبی از کاهش عملکرد تحت شرایط تنش شود - - 5 لذا اطلاعات درخصوص کیو.تی.ال. هاي کنترل کننده طول پدانکل می تواند بهنژادگران را در جهت اصلاح گندم براي تحمل گرما یاري دهد. از طرفی اغلب مطالعات انجام شده براي ارزیابی تحمل گرما در شرایط مزرعه نبوده است از اینرو تحقیق حاضر با هدف مکان یابی کیو.تی.ال. هاي کنترل کننده طول پدانکل به عنوان معیاري براي تحمل گرما در گندم و شناسایی نشانگرهاي پیوسته با این صفت و تحمل گرما در شرایط طبیعی مزرعه طراحی و اجراء گردید.
مواد و روش ها
تعداد 143 رگه درون زاد نوترکیب F9 حاصل از تلاقی کاز و مانتنا به همراه دو والد به مدت دو سال در شرایط نرمال و تنش در منطقه بسیار گرم بوشهر و یکسال در شرایط طبیعی کرج کشت شدند. کاشت بوشهر در دو تاریخ طبیعی - 15 آبان - و تنش - 15 بهمن - در چهار خط 2/5متري با فاصله بوته 2سانتیمتر در دو تکرار به نحوي انجام شد که دوره پر شدن تاریخ کاشت دوم به دماي بسیار بالاتر از دماي مطلوب رشد و نمو گندم برخورد نماید. ارتفاع و طول پدانکل لاین هاي مورد کشت به عنوان صفاتی که می توانند تحت شرایط تنش مورد تاثیر قرار گیرند تحت هر دو شرایط طبیعی و تنش اندازه گیري شد.استخراج DNA با استفاده از ترکیبی از روشهاي ارائه شده در قالب کیت استخراج DNA بیونیرURL: - 1 - 9 - - www.bioneer..com انجام و با استفاده از ژل آگارز تعیین کیفیت شد.
جهت تهیه نقشه پیوستگی، پس از ارزیابی ژنوتیپی جمعیت مورد نظر، مجموعا با 501 مکان ژنی چندشکل شامل 267 لوکوس AFLP - با حرف - AFو 234 مکان ریزماهواره با استفاده از نرم افزار JoinMap version 3.0اقدام به تهیه نقشه ژنتیکی شد. نقشه مورد نظر با در لحاظ نمودن حداقل LOD=4 ، حداکثر 45درصد نوترکیبی با استفاده از تابع کوزامبی تهیه گردید. مکان یابی کیو.تی.ال. به وسیله برنامه Windows QTL cartographer 2.5 و بر اساس مکان یابی فاصله اي مرکب2 با استفاده از مدل 6 برنامه و اندازه پنجره 10 سانتی مورگان انجام شد. مکانیابی نواحی ژنومی از طریق رگرسیون گام به گام رو به جلو و عقب، سطح معنی دار P>0.01 ، 1000 مرتبه آزمون تبدیل جایگشت3 و حداقل فاصله پویش 2 سانتی مورگان انجام و اثر هر کدام از کیو.تی.ال. ها و واریانس فنوتیپی توجیه شده توسط آنها مورد محاسبه قرار گرفت.
نتایج و بحث
نتایج حاصله گویاي واکنش متنوع جمعیت و والدین در هر دو شرایط طبیعی و تنش است که این نتیجه از ملزومات مطالعات مکان یابی است. تفکیک متجاوز در خصوص این دو صفت مشاهده گردید که بیانگر دخالت آللهاي هر دو والد و ترکیب آنها در جهت مقادیر بالا و پایین تر از والدین می باشد. نقشه پیوستگی حاصل با طولی معادل 1060/118 سانتی مورگان شامل 39 گروه پیوستگی بود که هر کدام از آنها حداقل قسمتی از 20 کروموزوم گندم را پوشش می داد. حداقل LOD براي معرفی کیو.تی.ال.ها معادل 2 در نظر گرفته شد و موارد بین 2 و 3 به عنوان QTL فرعی و موارد بالاتر از 3 به عنوان اصلی - بزرگ اثر یا پر اثر - در نظر گرفته شد.
نتایج حاصله بصورت خلاصه در جدول یک نشان داده شده است. در این پژوهش براي طول پدانکل 14 کیو.تی.ال. تشخیص داده شد. از این تعداد، 9 عدد اختصاصا در شرایط طبیعی بوده که سه عدد از آنها پراثر و اختصاصی شرایط طبیعی کرج و به ترتیب حدود 15، 20 و 23 درصد از تنوع فنوتیپی طول پدانکل در شرایط طبیعی را توجیه نموده که هر سه مورد نیز از والد مانتنا به ارث می رسند. چهار کیو.تی.ال نیز به طور اختصاصی در شرایط تنش گرما روي کروموزوم هاي 2B، 4D و 5B تشخیص داده شدند که همگی نیز از والد کاز - متحمل - به ارث می رسند. سو و همکاران - - 8 نیز وجود کیو.تی.ال. موثر بر افزایش ماده خشک دانه پس از گل شکفتگی روي کروموزوم 5B را گزارش نموده اند.
دو عدد از کیو.تی.ال.هاي اختصاصی شرایط تنش در این تحقیق که روي کروموزوم هاي 2B و 4D قرار دارند پر اثر بوده و به ترتیب حداکثر 12 و 13 درصد از تنوع این صفت در شرایط تنش را توجیه می نمایند . نشانگرهاي مجاور این دو کیو.تی.ال. به ترتیب شامل gwm148، gwm232a، gwm494a و ژن پاکوتاهی Rht-D1 می باشد. آخرین کیو.تی.ال. کنترل کننده طول پدانکل در این پژوهش در هر دو شرایط طبیعی کرج و تنش بوشهر به صورت پر اثر با حداکثر 13درصد توجیه تنوع فنوتیپی در مجاورت ژن پاکوتاهی Rht-D1 روي کروموزوم 4D تشخیص داده شد.
نقش ناحیه کروموزومی محتوي ژن پاکوتاهی روي کرومزوم 4D و ژنوم D در افزایش عملکرد خصوصا در شرایط تنش، قبلا توسط محمدي و همکاران - - 4 نیز مورد تاکید قرار گرفته بود. گزارش مدرسی و همکاران - - 2 نیز همبستگی بالا و مثبت بین عملکرد و طول پدانکل در هر دو شرایط تنش و طبیعی را بیان نموده است. وجود کیو.تی.ال. کنترل کننده طول پدانکل روي کروموزوم هاي 2B، 2D و 3B و مجاورت کیو.تی.ال. کنترل کننده طول پدانکل با ژن پاکوتاهی توسط ربتزك و همکاران - 6 - نیز مورد بحث قرار گرفته است. هم مکانی کیو.تی.ال. هاي کنترل کننده طول پدانکل با ارتفاع گیاه نیز یکی از موضوعات جالب توجه این پژوهش می باشد.
مهمترین کیو .تی.ال. هاي بزرگ اثر که در هر دو شرایط طبیعی بوشهر و کرج و تنش بوشهر بروز نموده اند روي کروموزوم هاي - 4Bتوارث از والد مانتنا و در مجاورت نشانگرهاي Rht-B1 و - gwm935a و 4D - توارث از والد کاز و در مجاورت نشانگر هاي Rht-D1 و - gwm494a مکان یابی شد که به ترتیب حداکثر 36 و 42 درصد تنوع فنوتیپی ارتفاع در شرایط طبیعی و 33 و 37 درصد تنوع فنوتیپی ارتفاع در شرایط تنش را توجیه می نمایند. عموما در برنامه هاي اصلاحی گندم نیز از ژن هاي پاکوتاهی روي کروموزوم هاي 4B و 4D براي کاهش ارتفاع از طریق کاهش حساسیت بافتهاي رویشی و زایشی نسبت به جیبرلین داخلی و افزایش عملکرد دانه استفاده کرده اند - . - 6 بنظر می رسد نتایج حاصله میتواند در جهت بهنژادي با کمک نشانگر مورد استفاده قرار گیرد.
