تنوع آللی ژن های زیرواحدهای گلوتنین با وزن مولکولی پایین در گندم‌های پاییزه بومی ایران

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد، گروه به نژادی و بیوتکنولوژی گیاهی، دانشکده کشاورزی دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 استاد، گروه به‌نژادی و بیوتکنولوژی گیاهی، دانشکده کشاورزی دانشگاه تبریز، تبریز، ایران; قطب علمی اصلاح مولکولی غلات، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

3 استادیار، گروه به نژادی و بیوتکنولوژی گیاهی، دانشکده کشاورزی دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

4 استاد، گروه به نژادی و بیوتکنولوژی گیاهی، دانشکده کشاورزی دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

در این مطالعه، تنوع آللی ژن‌های زیرواحدهای گلوتنین با وزن مولکولی پایین در 193 گندم‌ بومی پاییزه ایرانی و رقم Thatcher با استفاده از آغازگرهای اختصاصی بررسی شد. بر اساس جفت آغازگر Glu3A.2، هشت قطعه با اندازه 358-315 جفت باز تکثیر شد، به طوری که آلل 342 جفت بازی با 2/37 درصد بیشترین و آلل 315 جفت بازی با 6/0 درصد کمترین فراوانی را به خود اختصاص دادند. جفت آغازگر Glu3A.3 نیز پنج قطعه در محدوده 754-638 جفت باز تکثیر کرد که در بین آنها، آلل­های 700 و 742 جفت بازی به ترتیب با 1/92 درصد و 6/0 درصد بیشترین و کمترین فراوانی را داشتند. دو قطعه به طول 440 و 421 جفت باز به ترتیب با فراوانی 6/74 و 4/25 درصد با استفاده از جفت آغازگر Glu3B.2 تکثیر شد. جفت آغازگر Glu3D.2 سه قطعه با اندازه 571، 558 و 382 جفت باز به ترتیب با فراوانی 7/1، 1/88 و 2/10 درصد تکثیر کرد. شش آلل تکثیر شده توسط جفت آغازگر Glu3D.3 نیز دارای اندازه­ای در محدوده 589 تا 611 جفت باز و فراوانی بین 9/27-2/1 درصد بودند. با استفاده از جفت آغازگر Glu3D.4، فقط یک قطعه با اندازه 700 جفت باز تکثیر شد. متوسط محتوای اطلاعات چندشکلی (PIC) برای تمامی آغازگرهای مطالعه شده، 24/0 به­دست آمد که در بین آنها، آغازگرهای Glu3A.2 و Glu3D.3 با میزان 75/0 بیشترین و آغازگر Glu3A.3 با میزان 15/0 کمترین محتوای اطلاعات چندشکلی را نشان دادند. تنوع ژنی یا هتروزیگوسیتی مورد انتظار نیز از 15/0 تا 78/0 با میانگین 26/0 متغیر بود. تجزیه خوشه­ای با استفاده از الگوریتم Neighbor-Joining ارقام گندم پاییزه را به دو گروه تفکیک کرد. تجزیه واریانس مولکولی با تفکیک ارقام مورد مطالعه بر اساس شرایط اقلیمی به پنج منطقه شامل سرد، کوهستانی، معتدل، گرم و خشک، نشان دهنده سهم بیشتر واریانس درون گروهی (94 درصد) در مقایسه با واریانس بین گروهی (6 درصد) در تبیین واریانس مولکولی کل بود. نتایج این تحقیق نشان داد که توده‌های بومی گندم ایران ذخایر ژنتیکی متنوع و ارزشمندی از نظر ژن‌های کنترل‌کننده صفات مرتبط با کیفیت نانوایی هستند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Allelic diversity of low-molecular-weight glutenin subunit genes in Iranian winter wheat landrace

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Shariat 1
  • Seyyed Abolghasem Mohammadi 2
  • Majid Norouzi 3
  • Mostafa Valizadeh 4
1 Former M. Sc. Student, Dept. of Plant Breeding and Biotechnology, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Iran
2 Prof., Dept. of Plant Breeding and Biotechnology, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Iran; Center of Excellence in Cereal Molecular Breeding, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Iran
3 Assist. Prof., Dept. of Plant Breeding and Biotechnology, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Iran
4 Prof., Dept. of Plant Breeding and Biotechnology, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده [English]

In the present study, allelic diversity of low-molecular-weight glutenin genes was analyzed in 193 Iranian winter wheat landraces and Thatcher cultivar. Using Glu3A.2 primer pair, eight fragments with size of 315-358 bp were amplified so the fragment of 342 bp with 37.2% and the fragment of 315 bp with 0.6% showed maximum and minimum frequency, respectively. Based on Glu3A.3 primer pair, five fragments with range of 638-754 bp were amplified which the fragment of 700 bp and 742 bp with 92.1% and 0.6% showed maximum and minimum frequency, respectively. Two fragments 440 bp with frequency of 74.6% and 421 bp with frequency of 25.4% were amplified using Glu3B.2 primer pair. Glu3D.2 primer pair amplified three fragments with size of 571, 558 and 382 bp and frequency of 1.7%, 88.1% and 10.2%, respectively. Six fragments with ranging from 589 to 611 bp with frequency of 1.2-27.9% were produced using Glu3D.3 primer pair. Glu3D.4 primer pair amplified only one fragment of 700 bp in the Iranian winter wheat landraces. The PIC value ranged from 0.15 to 0.75 with an average of 0.24 and the gene diversity or expected heterozygosity varied from 0.15 to 0.78 with an average value of 0.26. Cluster analysis based on molecular data using No. of difference distance coefficient and Neighbor-Joining algorithm assigned the Iranian winter wheat varieties into two groups. Analysis of molecular variance (AMOVA) based on climatic conditions (five climatic conditions cold, mountainous,temperate, warm and dry) revealed higher within group variation (94%) compared to between group. The result of this study showed that Iranian wheat landraces could be used as valuable genetic resources in breeding programs to improve bread making quality of wheat.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Analysis of molecular variance
  • Landrace
  • Specific primers
  • Storage protein
Amini, M., Ahmadi, J., Naghavi, M. and Hosseini, R. 2012. Allelic diversity of low-molecular-weight glutenin subunit genes in tetraploid genotypes of Iranian wheat using specific markers. Proceeding of 12th Iranian Genetics Congress. May 22-24, Shahid Beheshti University, Iran.
pp: 1-5. (In Persian).#Arzani, A. 2001. Breeding field crops. Esfahan University Publications. (In Persian).#Cassidy, B. G., Dvorak, J. and Anderson, O. D. 1998. The wheat low molecular weight glutenin genes: Characterization of six new genes and progress in understanding gene family structure. Theoretical and Applied Genetics 96: 743-750.#Cornish, G. B., Bekes, F., Allen, H. M. and Martin, D. J. 2001. Flour-proteins linked to quality traits in an Australian doubled haploid wheat population. Australian Journal of Agricultural Research 52: 1339-1348.#Excoffier, L., Smouse, P. and Quattro, J. M. 1992. Analysis of molecular variance inferred from metric distances among DNA haplotypes: Application to human mitochondrial DNA restriction data. Genetics 131: 479-491.#Gale, K. R. 2005. Diagnostic DNA markers for quality traits in wheat. Journal of Cereal Science 41: 181-192.#Ghavebazu, F., Asgharizakaria, R. and Jahanbakhsh, S. 2011. The study of diversity glutenin subunits in Agilops triuncialis using SDS-PAGE. Proceeding of 1th National Conference on economic resolutions in the field of Agriculture and natural resources. December 15-16, Ghom, Iran. (In Persian).#Gupta, R. B. 1989. Low-molecular-weight subunits of glutenin in wheat and related species: Their characterization genetics and relation to bread-making quality. Ph. D. Dissertation, University of Adelaide, Australia.#Gupta, R. B. and Shephard, K. W. 1990. Two-step one-dimensional SDS-PAGE analysis of LMW subunits of glutelin: 2. Genetic control of the subunits in species related to wheat. Theoretical and Applied Genetics 80: 183-187.#Harberd, N. P., Bartels, D. and Thompson, R. D. 1985. Analysis of the gliadin multigene loci in bread wheat using nullisomic-tetrasomic lines. Molecular and General Genetics 198: 234-242.#Hoseinian Khoshru, H., Bihamta, M. R., Hassani, M. and Omidi, M. 2010. Allelic variation of low-molecular-weight glutenin subunits genes in commercial genotypes Iranian bread wheat using specific markers. Iranian Journal of Field Crop Science 41: 345-354. (In Persian with English Abstract).#Li, W., Gao, Z., Wei, Y. M., Pu, Z. E., Chen, G. Y., Liu, Y. X., Chen, H. P., Lan, X. J. and Zheng, Y. L. 2012. Genetic variations of m-type LMW-GS genes and their associations with dough quality in Triticum turgidum ssp. turgidum landraces from China. African Journal of Agricultural Research 7: 2025-2033.#Long, H., Wei, Y. M., Yan, Z. H., Baum, B., Nevo, E. and Zheng, Y. L. 2005. Classification of wheat low-molecular-weight glutenin subunit genes and its chromosome assignment by developing LMW-GS group-specific primers. Theoretical and Applied Genetics 111: 1251-1259.#Liu,K. and Muse, S. V. 2005. PowerMarker: Integrated analysis environment for genetic marker data. Bioinformatics 21: 2128-2129.#Long, H., Huang, Z., Wei, Y. M., Yan, Z. H., Ma, Z. C. and Zheng, Y. L. 2008. Length variation of i-type low-molecular-weight glutenin subunit genes in diploid wheats. Russian Journal of Genetics 44: 429-435.#Ma, W., Appels, R., Bekes, F., Larroque, O., Morell, M. K. and Gale, K. R. 2005. Genetic characterisation of dough rheological properties in a wheat doubled haploid population: Additive genetic effects and epistatic interactions. Theoretical and Applied Genetics 111: 410-422.#Nei, M. 1973. Analysis of gene diversity in subdivided populations. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 70: 3321-3323.#Peakall, R. and Smouse, P. E. 2006. GENALEX 6.4. Genetic analysis in excel: Population genetic software for teaching and research. Molecular Ecology Notes 6: 288-295.#Payne, P. I., Corfield, K. G. and Blackman, J. A. 1981. Correlation between the inheritance of certain high-molecular-weight subunit of glutenin and bread-making quality in progenies of six crosses of bread wheat. Journal of the Science of Food and Agriculture 32: 51-60.#Saghai Maroof, M. A., Solaiman, K., Tprgensen, R. A. and Allard, R. W. 1984. Ribosomal DNA spacer-length polymorphism in barely: Mendelian inheritance, chromosomal location and population dynamics. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 81: 8014-8018.#Tamura, K., Dudley, J., Nei, M. and Kumar, S. 2011. MEGA 5: Molecular evolutionary genetics analysis (MEGA) software, version 5.0. Molecular Biology and Evolution 24: 1596-1599.#Tanaka, H., Toyoda, S. and Tsujimoto, H. 2005. Diversity of low-molecular-weight glutenin subunit genes in Asian common wheat (Triticum aestivum L.). Breeding Science 55: 349-354.#Tanhaiyan, A., Shahriari, F., Marashi, S. H. and Dehghan, E. 2009. Study of allelic variation at Glu-B3 locus of the Iranian bread wheat cultivars by using ALP molecular marker. Iranian Journal of Field Crop Research 7: 367-374. (In Persian with English Abstract).#Wang, L., Zhao, X., He, Z. and Xia, X. 2008. Characterization of low-molecular-weight glutenin subunit genes at Glu-B3 and Glu-D3 loci and development of functional markers in common wheat. Proceedings of the 11th International Wheat Genetics Symposium. Sydney University, Australia.#Zhao, X. L., Ma, W., Gale, K. R., Lei, Z. S., He, Z. H., Sun, Q. X. and Xia, X. C. 2007. Identification of SNPs and development of functional markers for LMW-GS genes at Glu-D3 and Glu-B3 loci in bread wheat (Triticum aestivum L.). Molecular Breeding 20: 223-231.