نوع مقاله : مقاله مروری
نویسندگان
1
محقق پسادکتری، گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
2
دانشجوی دکتری، گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
3
استاد، گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
4
استاد، گروه تولید و ژنتیک گیاهی دانشکده علوم کشاورزی دانشگاه گیلان، رشت، ایران
5
دانشیار، گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
6
دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، انستیتو علوم اعصاب تولوز، تولوز، فرانسه
7
دانشیار، گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه مراغه، مراغه، ایران
8
استادیار، گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، مجتمع آموزش عالی سراوان، سراوان، ایران
چکیده
مقدمه: برهمکنش ژنوتیپ × محیط (GEI; Genotype Environment Interaction) به‌طور قابل توجهی بر عملکرد انواع مختلف ژنوتیپ‌ها در شرایط محیطی مختلف تأثیر می‌گذارد و چالش‌هایی برای محققان کشاورزی که بر بهبود ارقام زراعی متمرکز هستند، ایجاد می‌کند. انتخاب و معرفی ژنوتیپ‌ها به‌عنوان یکی از مراحل کلیدی در برنامه‌های بهنژادی، به‌دلیل تأثیرات ناشی از تنش‌های زیستی و غیرزیستی، پیچیده و زمان‌بر است. ژنوتیپ مطلوب باید هم عملکرد بالایی داشته باشد و هم در شرایط مختلف پایدار باقی بماند. این یک مفهوم پویا از پایداری است و به شناسایی ژنوتیپ‌های مناسب کمک می‌کند، اما هیچ‌یک از روش‌های موجود به‌تنهایی نمی‌تواند تمامی ابعاد عملکرد را در محیط‌های مختلف توضیح دهند. بنابراین، برای انتخاب مؤثر ژنوتیپ‌های برتر و درک برهمکنش ژنوتیپ × محیط، ضروری است که داده‌های چندگانه در آزمایش‌های چندمحیطی (METs; Multi-Environment Trials) از جنبه‌های مختلف پایداری عملکرد مورد بررسی قرار گیرند. در این راستا، روش‌های مختلفی برای تجزیه پایداری ژنوتیپ‌ها ارائه شده است که می‌توان آن‌ها را به دو گروه عمده، شامل روش‌های ناپارامتری و پارامتری (تک‌متغیره و چندمتغیره) تقسیم کرد. در این مطالعه، روش‌های ناپارامتری و پارامتری تک‌متغیره با تأکید بر غلات مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفته است.
مواد و روش‌ها: روش‌های آماری متعددی برای انتخاب ژنوتیپ‌های پایدار با دقت بالا ارائه شده‌اند که به دو گروه عمده شاخص‌های پایداری پارامتری و ناپارامتری تقسیم می‌شوند. این مقاله به تحلیل و مقایسه کارایی این دو نوع سنجش پرداخته و روش‌های مختلف تحلیل پایداری را به‌طور جامع بررسی می‌کند.
یافته‌های تحقیق: این مقاله به توضیح مفاهیم بنیادی GEI، علل ایجاد آن و اهمیت آن و نحوه ارزیابی پایداری و عملکرد ژنوتیپ‌ها در METها پرداخته است. نتایج نشان می‌دهند که روش‌های تحلیل پایداری، شامل روش‌های پارامتری مبتنی بر تحلیل رگرسیون و تحلیل واریانس و روش‌های ناپارامتری هر کدام دارای مزایا و معایب خاص خود هستند. همچنین، یافته‌ها نشان می‌دهد که روش‌های پارامتری در تحلیل برهمکنش ژنوتیپ × محیط کارایی بیشتری دارند، در حالی که روش‌های ناپارامتری برای تجزیه و تحلیل برهمکنش‌های غیرمتقاطع مناسب‌ترند. اندازه نمونه و هدف به‌نژادگر از عوامل کلیدی در انتخاب روش‌ها هستند. برای نمونه‌های کوچک، روش‌های پارامتری برتری دارند، اما با افزایش اندازه نمونه، کارایی هر دو روش تقریباً برابر می‌شود. ترکیب این دو نوع شاخص می‌تواند به محققان در انتخاب ژنوتیپ‌های برتر و پایدار کمک کند.
نتیجه‌گیری: این مقاله به بررسی و مقایسه کارایی سنجش‌های ناپارامتری و پارامتری در ارزیابی پایداری و عملکرد در METها پرداخته است. استفاده از روش‌های متنوع تحلیل، به محققان و به‌نژادگران این امکان را می‌دهد که ژنوتیپ‌های امیدبخش را بر اساس عملکرد و پایداری انتخاب کنند و در نهایت به ارتقای پایداری تولید محصول و امنیت غذایی کمک کنند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
A review of stability analysis methods in plant breeding with an emphasis on cereals, I: Non-parametric and univariate parametric approaches
نویسندگان [English]
-
Nishtman Abdi
1
-
Mona Bordbar
2
-
Reza Darvishzadeh
3
-
Babak Rabiei
4
-
Hadi Alipour
5
-
Somaieh Soufimaleky
6
-
Hamid Hatami Maleki
7
-
Mitra Jabbari
8
1
Post-Doctoral Researcher, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia, Iran
2
Ph. D. Student, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia, Iran
3
Professor, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia, Iran
4
Professor, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan, Rasht, Iran
5
Associate Professor, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia, Iran
6
M. Sc. Graduate, Institut des Sciences du Cerveau de Toulouse, Toulouse, France
7
Associate Professor, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, University of Maragheh, Maragheh, Iran
8
Assistant Professor, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Higher Education Complex of Saravan, Saravan, Iran
چکیده [English]
Introduction
Genotype × environment interaction (GEI) significantly affects the performance of various genotypes under different environmental conditions, posing challenges for agricultural researchers focused on improving crop varieties. The selection and introduction of genotypes, as a key stage in breeding programs, is complex and time-consuming due to the impacts of biotic and abiotic stresses. An ideal genotype should not only have high yield but also remain stable across varying conditions. This dynamic concept of stability aids in identifying suitable genotypes; however, none of the existing methods can explain all dimensions of performance across different environments on their own. Therefore, for the effective selection of superior genotypes and understanding the genotype-environment interaction, it is essential to analyze multiple datasets from multi-environment trials (METs) from various aspects of performance stability. In this regard, various methods have been proposed for analyzing the stability of genotypes, which can be divided into two main groups, including non-parametric and parametric (univariate and multivariate) methods. In this study, non-parametric and univariate parametric methods have been evaluated and compared with an emphasis on cereals.
Materials and methods
Several statistical methods have been proposed for selecting stable genotypes with high accuracy, which can be divided into two main groups: parametric and non-parametric stability indices. This paper analyzes and compares the effectiveness of these two types of assessments and comprehensively reviews various stability analysis methods.
Research findings
This paper explains the fundamental concepts of GEI, its causes, its importance, and how to evaluate the stability and performance of genotypes in METs. The results indicate that stability analysis methods, including parametric methods based on regression analysis and analysis of variance as well as non-parametric methods, each have their specific advantages and disadvantages. Furthermore, the findings show that parametric methods are more effective in analyzing genotype × environment interactions, while non-parametric methods are more suitable for analyzing non-crossing interactions. Sample size and the breeder's objective are key factors in method selection. In small sample conditions, parametric methods have an advantage; however, as sample size increases, the effectiveness of both methods becomes nearly equal. Combining these two types of indices can assist researchers in selecting superior and stable genotypes.
Conclusion
This paper examines and compares the effectiveness of non-parametric and parametric assessments in evaluating stability and performance in METs. Utilizing diverse analytical methods enables researchers and breeders to select promising genotypes based on performance and stability, ultimately contributing to enhanced production sustainability and food security.
کلیدواژه‌ها [English]
-
Genotype-environment interaction (GEI)
-
Multi-environment trials
-
Performance stability
-
Regression-based indices
-
Variance analysis-based indices
)