شناسایی مکان های ژنی مرتبط با مقاومت گیاهچه ای به بیماری لکه قهوه ای معمولی جو با استفاده از روش تجزیه ارتباطی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژی، دانشکده تولید گیاهی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

2 دانشیار، گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژی، دانشکده تولید گیاهی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

3 استادیار پژوهش، بخش تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی خراسان رضوی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، مشهد، ایران

4 استادیار، گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژی، دانشکده تولید گیاهی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

5 استادیار پژوهش، بخش تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان گلستان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، گرگان، ایران

10.22124/c.2019.13707.1502

چکیده

بیماری لکه قهوه­ای معمولی با عامل قارچی Cochliobolus sativus یکی از بیماری­های مهم برگی جو است. به­منظور شناسایی مکان‌های ژنی مرتبط با مقاومت گیاهچه­ای به این بیماری در یک جمعیت جو بهاره دو ردیفه اروپایی شامل  142 رقم تجاری، از داده­های ژنوتیپی ۴۰۷ نشانگر AFLP و SSR و داده­های فنوتیپی حاصل از واکنش این ارقام نسبت به چهار جدایه عامل بیماری لکه قهوه­ای معمولی جو (جدایه­های Csh-1 و Csh-16 از جو و Cst-42 و Cst-151 از گندم) استفاده شد. این جدایه­ها از استان­های مازندران، گلستان و خراسان رضوی جمع­آوری شدند. نتایج نشان داد که بیش­تر ارقام مورد مطالعه در مرحله گیاهچه­ای نسبت به جدایه­های Csh-16 و Cst-42 مقاوم بودند، اما بیش­ترین تعداد واکنش حساسیت نسبت به جدایه­های Csh-1 و Cst-151 مشاهده شد. بررسی ساختار جمعیت، لاین­های مورد مطالعه را به دو زیرجمعیت احتمالی (K=2) تقسیم کرد. تجزیه ارتباطی با استفاده از مدل خطی عمومی (GLM) به­ترتیب شش و دوازده مکان ژنی و با استفاده از مدل خطی مخلوط (MLM) به­ترتیب سه و چهار مکان ژنی مرتبط­ با مقاومت به جدایه­های حاصل از برگ جو و گندم در سطح احتمال یک درصد (P≤0.01) شناسایی شد. این مکان­های ژنی روی کروموزوم­های 2H، 3H، 5H، 6H و 7H نقشه­یابی شدند. تمامی مکان­های ژنی شناسایی شده اختصاصی هر جدایه بودند و فقط نشانگر Bmag0225-161 با مقاومت به دو جدایه Cst-151 و Csh-1 مرتبط بود. نشانگرهای شناسایی شده پس از تأیید و اعتبارسنجی می­توانند در برنامه­های به­نژادی برای تولید ارقام مقاوم به بیماری مورد استفاده قرار گیرند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Identification of gene loci associated with seedling resistance to common spot blotch disease of barley using association analysis method

نویسندگان [English]

  • Mohammad Amin Mazinani 1
  • Saeid Navabpour 2
  • Reza Aghnoum 3
  • Khalil Zynalinezhad 4
  • Mohammad Ali Dehghan 5
1 Ph. D. Student, Dept. of Plant Breeding and Biotechnology, Faculty of Plant Production, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
2 Assoc. Prof., Dept. of Plant Breeding and Biotechnology, Faculty of Plant Production, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
3 Research Assist. Prof., Dept. of Seed and Plant Improvement Research, Khorasan Razavi Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Mashhad, Iran
4 Assist. Prof., Dept. of Plant Breeding and Biotechnology, Faculty of Plant Production, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
5 Research Assist. Prof., Dept. of Seed and Plant Improvement Research, Golestan Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Gorgan, Iran
چکیده [English]

Spot blotch caused by the fungal pathogen Cochliobolus sativus and is an important leaf disease of barley. To identify gene loci associated with seedling resistance to spot blotch in a population consisting of 142 modern European two-row spring barley cultivars, the genotypic data from 407 AFLP and SSR markers and phenotypic data derived from responses of barley cultivars to four isolates of spot blotch (Csh-1 and Csh-16 isolates from barley and Cst-42 and Cst-151 isolates from wheat) were used. These isolates were collected from Mazandaran, Golestan and Khorasan-e-Razavi provinces. The results showed that most of the studied cultivars at seedling stage were resistant to Csh-16 and Cst-42 isolates, but the highest number of susceptibility reactions to Csh-1 and Cst-151 isolates were observed. Population structure analysis subdivided the studied cultivars into two subpopulations (K=2). Association analysis using general linear model (GLM), six and twelve markers and using mixed linear model (MLM), three and four markers associated with resistance to isolates separated from barley and wheat leaves was identified, respectively, that were significantly to (P≤0.01). These QTLs were mapped on chromosomes 2H, 3H, 5H, 6H and 7H. All of the reported QTLs were specific for each isolate and only Bmag0225-161 marker was common between two isolates Csh-1 and Cst-151. The Identified markers can be used in breeding programs to develop disease resistant cultivars after validation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • AFLP
  • Association mapping
  • Cochliobolus sativus
  • SSR
Aghnoum, R., Bvindi, C., Menet, G., D’hoop, B., Maciel, J. L. N. and Niks, R. E. 2019. Host/nonhost status and genetics of resistance in barley against three pathotypes of Magnaporthe blast fungi. Euphytica 215:116.##Arney, D.C. 1951. Inheritance of resistance to spot blotch in barley seedling. Journal of Phytopathology 41:691-698.##Bilgic, H., Steffenson, B.J. and Hayes, P.M. 2005. Comprehensive genetic analyses reveal differential expression of spot blotch resistance in four populations of barley. Theoretical and Applied Genetics 111: 1238-1250.##Bovill, J., Lehmensiek, A., Sutherland, M.W., Platz, G.J., Usher, T., Franckowiak, J. and Mace, E. 2010. Mapping spot blotch resistance genes in four barley populations. Molecular Breeding 26(4):653-666.##Buntjer, J.B., Sorensen, A.P. and Peleman, J.D. 2005. Haplotype diversity: The link between statistical  and biological association. Trends in Plant Science 10:466-471.##Ershad, J. 2009. Fungi of Iran. (3rd Ed.). Iranian Research Institute of Plant Protection. Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO). (In Persian).##Evanno, G., Regnaut, S. and Goudet, J. 2005. Detecting the number of clusters of individuals using the software STRUCTURE: A simulation study. Molecular Ecology 14: 2611-2620.##Fetch, T.G. and Steffenson, B.J. 1994. Identification of Cochliobolus sativus isolates expressing differential virulence on 2-row barley genotypes from North-Dakota. Canadian Journal of Plant Pathology 16:202-206.##Fetch, T.G. and Steffenson, B.J. 1999. Rating scales for assessing infection responses of barley infected with Cochliobolus sativus. Plant Disease 83:213-217.##Griffee, F. 1925. Correlated inheritance of botanical characters in barley and the manner of reaction to Helminthosporium sativum. Journal of Agricultural Research 30:915-933.##Hittalmani, S., Huang, N., Courtois, B., Venuprasad, R., Shashidhar, H.E., Zhuang, J.Y., Zheng, K.L., Liu, G.F., Wang, G.C., Sidhu, J.S., Srivantaneeyakul, S., Singh, V.P., Bagali, P.G., Prasanna, H. C., McLaren, G. and Khush, G.S. 2003. Identification of QTL for growth and grain yield-related traits in rice across nine locations of Asia. Theoretical and Applied Genetics
107: 679-690.##Kraakman, A.T.W., Martínez, F., Mussiraliev, B., Eeuwijk, F.A.V. and Niks, R.E. 2006. Linkage disequilibrium mapping of morphological, resistance and other agronomically relevant traits in modern spring barley cultivars. Molecular Breeding17:41-58.##Kraakman, A.T.W., Niks, P.E., Van den Berg, P.M.M.M., Stam, P. and Van Eeuwijk, F.A. 2004. Linkage disequilibrium mapping of yield and yield stability in modern spring barley cultivars. Genetics Society of America 168: 435-446.##Lander, E.S. and Botstein, D. 1986. Strategies for studying heterogeneous genetic traits in humans by using a linkage map of restriction fragment length polymorphisms. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 83:7353-7357.##Leng, Y., Zhao, M., Wang, R., Steffenson, B.J., Brueggeman, R.S. and Zhong, Sh. 2018. The gene conferring susceptibility to spot blotch caused by Cochliobolus sativus is located at the Mlalocus in barley cultivar Bowman. Theoretical and Applied Genetics 131(7):1531-1539.##Nelson, P.E., Toussoun, T.A. and Marassas, W.F.O. 1983.Fusarium species: An illustrated manual for identification. Pennsylvania State University Press, University Park, New York.##Roy, J.K., Bandopadhyay, R., Rustgi, S., Balyan, H.S.  and Gupta, P.K. 2006. Association analysis of agronomically important traits using SSR, SAMPL and AFLP markers in bread wheat. Current Science 90: 5-10.##Roy, J.K. Smith, K.P., Muehlbauer, G.J., Chao, S., Close, T.J. and Steffenson, B.J. 2010. Association mapping of spot blotch resistance in wild barley. Molecular Breeding 26: 243-256.##Sharma, R.C., Duveiller, E. and Jacquemin, J.M. 2007. Microsatellite markers associated with spot blotch resistance in spring wheat. Journal of Phytopathology 155: 316-319.##Steffenson B. J., Hayes, P. M. and Kleinhofs, A. 1996. Genetic of seedling and adult plant resistance to net blotch (Pyrenophora teres f. teres) and spot blotch (Cochliobolus sativus) in barley. Theoretical and Applied Genetics92 (7): 552-558.##Thornsberry, J.M., Goodman, M.M., Doebley, J., Kresovich, S., Nielsen, D. and Buckler, E.S. 2001. Dwarf8 polymorphisms associate with variation in flowering time. Nature Genetics 28: 286-289.##Wang, R., Leng, Y., Shaukat Ali, S., Wang, M. and Zhong, Sh. 2017. Genome-wide association mapping of spot blotch resistance to three different pathotypes of Cochliobolus sativus in the USDA barley core collection. Molecular Breeding 37:44.##Wilcoxon, R. D., Rasmusson, D. C. and Miles, M. R. 1990.Development of barley resistance to spot blotch abd genetic of resistance. Plant Disease 74 (3): 207-210.