شناسایی نشانگرهای مولکولی پیوسته با ژن های کنترلکننده عملکرد دانه، طول و عرض برگ پرچم و برگ دوم در گندم نان در شرایط دیم و آبیاری تکمیلی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه به‌نژادی و بیوتکنولوژی گیاهی، دانشکده کشاورزی دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

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

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

4 دانشیار پژوهش، بخش غلات، موسسه تحقیقات دیم کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، مراغه، ایران

چکیده

کم­آبی مهم­ترین تنش غیرزیستی است که رشد و عملکرد گندم را در بیشتر نقاط جهان محدود می­کند. برای شناسایی ژن­های کنترل کننده عملکرد دانه و طول و عرض برگ پرچم و برگ دوم در گندم نان، 121 لاین اینبرد نوترکیب نسل F8 حاصل از تلاقی رقم متحمل به خشکی آذر2 و رقم پرمحصول 87Zhong 291 در شرایط دیم و آبیاری تکمیلی مورد ارزیابی قرار گرفتند. بر اساس توزیع فنوتیپی، تفکیک متجاوز برای کلیه صفات مورد مطالعه مشاهده شد. نقشه ژنتیکی مشتمل بر 37 نشانگر SSR، 16 نشانگر ISSR و 32 نشانگر AFLP در مجموع 1157 سانتی­مورگان از ژنوم گندم را با متوسط فاصله 26/17 سانتی­مورگان بین دو نشانگر مجاور پوشش داد. بر اساس مکان­یابی فاصله­ای مرکب، تعداد 59 QTL تحت شرایط دیم و آبیاری تکمیلی برای صفات مورد مطالعه مکان­یابی شدند. برای طول برگ پرچم، چهار و یک QTL به­ترتیب تحت شرایط دیم و آبیاری تکمیلی شناسایی گردید. علاوه بر این، هفت، هشت و نه QTL به­ترتیب برای عرض برگ پرچم و طول و عرض برگ دوم تحت شرایط دیم مورد شناسایی قرار گرفتند. برای عملکرد دانه نیز 20 و 10 QTL به­ترتیب تحت شرایط آبیاری تکمیلی و دیم مکان­یابی شدند. QTL شناسایی شده بین دو نشانگر ISSR25_2-CFA2257 برای عملکرد دانه تحت شرایط آبیاری تکمیلی با تبیین 46/40 درصد از واریانس فتوتیپی عملکرد دانه، به­عنوان QTL بزرگ ­اثر معرفی گردید. بیشتر QTLهای شناسایی شده دارای اثر افزایشی مثبت بودند که نشان­دهنده توارث الل موثر دراین جایگاه­ها از آذر2 به نتاج می­باشد. هشت جایگاه برای 29 QTL مربوط به صفات مختلف نیز مشترک بودند که نشان دهنده پیوستگی ژنی یا اثر پلیوتروپیک می­باشد. با توجه به اهمیت ناحیه مربوط به حدفاصل نشانگرهای ISSR25_2-CFA2257 در کنترل عملکرد دانه، با اشباع این ناحیه ژنومی با نشانگرهای بیشتر می­توان از آن­ها در برنامه گزینش به کمک نشانگر استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Identification of molecular markers linked to the genes controlling width and length flag and scond leaves and grain yield in bread wheat under rainfed and supplementary irrigation conditions

نویسندگان [English]

  • Yousef Mohammadi 1
  • Seyyed Abolghasem Mohammadi 2
  • Mohammad Moghaddam 3
  • Mozaffar Rostaei 4
2 Prof., Dept. of Plant Breeding and Biotechnology, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Iran
3 Prof., Dept. of Plant Breeding and Biotechnology, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Iran
4 Research Assoc. Prof., Dept. of Cereals, Dryland Agricultural Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Maragheh, Iran
چکیده [English]

Drought is the most important abiotic stress affecting growth and production of wheat worldwide. To identify genes controlling grain yield, length and width of flag and second leaves in bread wheat, 121 recombinant inbred lines derived from a cross between drought tolerant Azar2 and high yielding 87Zhong 291 varieties were evaluated under rainfed and supplementary irrigation. Transgressive segregation was observed for all of the studied traits as revealed by phenotypic distribution of the traits. Genetic map consisted of 37 SSR, 16 and 32 AFLP markers covered 1157 cM of wheat genome with an average distance of 17.26 cM between two adjacent markers. Based on composite interval mapping, 59 QTLs were identified for the studied traits under rainfed and supplementary irrigation. For flag leaf length, 4 and 1 QTLs were identified under rainfed and supplementary irrigation, respectively. In addition, 7, 8 and 9 QTLS were mapped for width of flag leaf, length and width of second leaf under rainfed condition, respectively. For grain yield, 20 and 10 QTLs were mapped in the supplementary irrigation and rainfed conditions, respectively. In this study, 8 QTLs were common for the traits under study which could be due to genetic linkage or plieotropy. Considering the importance of genomic region between ISSR25_2-CFA2257 markers in controlling grain yield, with saturation of this region with more markers, their could be used in marker assisted selection program.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Composite interval mapping
  • QTL analysis
  • Water deficit stress
Bayoumi, T. Y., Manal, H. E. and Metwali, E. M. 2008. Application of physiological and biochemical indices as a screening technique for drought tolerance in wheat genotypes. African Journal of Biotechnology 14: 2341-2352.##Boshar, M. K., Haque, E., Das, R .K. and Miah, N. M. 1991. Relationship of flag leaf area to yield, filled grain per panicle length in upland rice varieties. Journal of Rice Researches Newsleter 16: 2-12.##Calhoun, D. S., Miranda, A., Gebeyehu, G., Rajram, S. and van Ginkel, M. 1994. Choosing evaluation environments to increase wheat grain yield under drought conditions. Crop Science 34: 673-678.##CIMMYT. 2005. Laboratory protocols: CIMMYT Applied Molecular Genetics Laboratory. 3rd ed. CIMMYT, Mexico, D. F.##CollaKu, A. and Harrison, S. A. 2002. Losses in wheat due to water logging. Crop Science 42: 444-450.##Dashti, H., Yazdi-Samadi, B., Ghannadha, M., Naghavi, M. R. and Quarri, S. 2007. QTL analysis for drought resistance in wheat using doubled haploid lines. International Journal of Agriculture and Biology 9: 98-101.##Dhanda, S. S., Sethi, G. S. and Behi, R. K. 2004. Indices of drought tolerance in wheat genotypes at early stages of plant growth. Journal of Agronomy and Crop Science 190: 6-12.##Diab, A. A., Fahmy, A. H., Hassan, O. S., Nachit, M. M. and Momtaz, O. A. 2007. Identification of chromosomal region and genetic contribution of gene controlling yield and other agronomic traits in durum wheat grown under different Egyptian environmental conditions. World Journal of Agricultural Sciences 3: 401-422.##FAO. 2013. FAOSTAT. http://faostat.fao.org.##Gupta, P. K., Balyan, H. S., Kulwal, P. L., Kumar, N., Kumar, A., Mir, R. R., Mohan, A. and Kumar, J. 2007. QTL analysis for some quantitative traits in bread wheat. Journal of Zhejiang University of Science B (Biomedicine and Biotechnology) 8: 807-814.##Hai, L., Guo, H., Wagner, C., Xiao, S. and Friedt, W. 2008. Genomic regions for yield and yield parameters in Chinese winter wheat (Triticum aestivum L.) genotypes tested under varying environments correspond to QTL in widely different wheat materials. Plant Science 175: 226-232.##Hsu, P. and Walton, P. D. 1970. The inheritance of morphological and agronomic characters in spring wheat. Euphytica 19: 54-60.##Kordenaeej, A., Nasrollah Nejad, A. A., Shojaeian, A. A. and Lelley, T. 2008. Mapping QTLs for yield and yield components under drought stress in bread wheat. In: Appels, R., Eastwood, R., Lagudah, E., Langridge, P., Mackay, M. and McIntyre, L. (Eds.). The 11th International Wheat Genetics Symposium, Sydney University Press. pp: 342-415.##Kosambi, D.D. 1943. The estimation of map distances from recombination values. Annals Eugenics 12: 172-175.##Li, S., Jia, J., Wei, X., Zhang, X., Li, L., Chen, H., Fan, Y., Sun, H., Zhao, X., Lei, T., Xu, Y., Jiang, F., Wang, H. and Li, Z. 2007. A intervarietal genetic map and QTL analysis for yield traits in wheat. Molecular Breeding 20: 167-178.##Lonc, W., Kadlubiec, W. and Strugala, J. 1993. Genetic determination of agronomy characters in F2 hybrids of winter wheat. Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej we Wroclawiu Rolnictwo 223: 229-247. (With English Abstract).##Manly, K. F. and Olson, J. M. 1999. Overview of QTL mapping software and introduction to Map Manager QT. Mammalian Genome 10: 327-334.##McCartney, C. A., Somers, D. J., Humphreys, D. G., Lukow, O., Ames, N., Noll, J., Cloutier, S. and McCallum, B. D. 2005. Mapping quantitative trait loci controlling agronomic traits in the spring wheat cross RL4452 × AC Domain. Genome 48: 870-883.##Mohammadi, H., Emami, M. K. and Rezai, A. 2007. Estimation of genetic parameters for wheat grain yield and its components using diallel crosses. Journal of Water and Soil Science 40: 157-165. (In Persian with English Abstract).##Quarrie, S.A., Steed, A., Calestani, C., Semikhodskii, A., Lebreton, C., Chinoy, C., Steele, N., Pljevljakusić, D., Waterman, E., Weyen, J., Schondelmaier, J., Habash, D. Z., Farmer, P., Saker, L., Clarkson, D. T., Abugalieva, A., Yessimbekova, M., Turuspekov, Y., Abugalieva, S., Tuberosa, R., Sanguineti, M. C., Hollington, P. A., Aragués, R., Royo, A. and Dodig, D. 2005. A high-density genetic map of hexaploid wheat (Triticum aestivum L.) from the cross Chinese Spring ×SQ1 and its use to compare QTLs for grain yield across a range of environments. Theoretical and Applied Genetics 110: 865-880.##Roostaei, M., Sadeghzadeh, D., Hasanpour, M., Amiri, A., Haghparast, A., Hesami, A., Soleymani, K., Banisadr, N., Pashapour, H., Azimzadeh, S. M., Torabi, M., Ghaffari, A., Abedi-Asl, G. and Nadermahmoodi, K. 1999. The introduction of new varieties of wheat, Azar 2. Journal of Seed and Plant Improvement 16: 263-266. (In Persian with English Abstract).##Roostaei, M. 2008. Genetic analysis of drought tolerance in wheat using morpho-physiological traits and molecular markers. Ph.D. Dissertation, Islamic Azad University, Science and Research Unit, Tehran, Iran. (In Persian).##Saghai-Maroof, M. A., Soliman, K. M., Jorgensen, R. A. and Allard, R. W. 1984. Ribosomal DNA spacer-length polymorphisms in barley: Mendelian inheritance, chromosomal location, and population dynamics. Proceedings of the National Academy of Sciences USA 81: 8014-8018.##Saleem, U., Khaliq, I., Mahmood, T. and Rafique, M. 2006. Phenotypic and genotypic correlation coefficients between yield and yield components in wheat. Journal of Agricultural Research 44: 1-6.##Thorne, G. N. 1965. Photosynthesis of ears and flag leaves of wheat and barley. Annals of Botany 29: 317-320.##Vasil, I. K. 2007. Molecular genetic improvement of cereals: Transgenic wheat. Plant Cell Reports 26: 1133-1154.##Verma, V., Foulkes, M. J., Worland, A. J., Sylvester-Bradley, R., Caligari, P. D. S. and Snape, J. W. 2004. Mapping quantitative trait loci for flag leaf senescence as a yield determinant in winter wheat under optimal and drought-stressed environments. Euphytica 135: 255-263.##Wang, S., Basten, C. J. and Zeng, Z. B. 2005. Windows QTL Cartographer 2.5. Raleigh Department of Statistics, North Carolina State University, USA.##Watson, D. J. 1952. The physiological basis of variation in yield. Advances in Agronomy 4: 101-145.##Zhang, L. Y., Liu, D. C., Guo, X. L., Yang, W. L., Sun, J. Z., Wang, D. and Zhang, A. 2009. Distribution in genome of quantitative trait loci (QTL) for yield and yield-related traits in common wheat (Triticum aestivum L.). Theoretical and Applied Genetics 119: 43-52.