مروری بر روش‌های تجزیه پایداری در به‌نژادی گیاهی با تاکید بر غلات II: کاوشی در تکنیک‌های چندمتغیره و چشم‌اندازهای آینده

نوع مقاله : مقاله مروری

نویسندگان

1 گروه تولید و ژنتیک گیاهی دانشکده کشاورزی دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

2 دانشگاه ارومیه

3 گروه تولید و ژنتیک گیاهی دانشکده علوم کشاورزی دانشگاه گیلان، رشت، ایران

4 انستیتو علوم اعصاب تولوز، فرانسه.

5 گروه تولید و ژنتیک گیاهی دانشکده کشاورزی دانشگاه مراغه، مراغه، ایران

6 گروه تولید و ژنتیک گیاهی دانشکده کشاورزی مجتمع آموزش عالی سراوان، سراوان، ایران.

چکیده

چکیده

مقدمه: در عرصه به‌نژادی غلات، درک برهمکنش ژنوتیپ-محیط (GEI) و پایداری صفات مختلف، به عنوان کلید موفقیت در تولید محصولات کشاورزی با کیفیت شناخته می‌شود. برهمکنش‌ GE انتخاب بهینه ژنوتیپ‌ها برای محیط‌های هدف را پیچیده می‌کند و این موضوع نیاز به استفاده از روش‌های آماری مناسب برای تجزیه و تحلیل و شناسایی ژنوتیپ‌های پایدار و با عملکرد بالا را ضروری می‌نماید. روش‌های چندمتغیره ابزاری قدرتمند برای تحلیل داده‌های پیچیده GEI هستند.

مواد و روش‌ها: در این مقاله، روش‌های آماری چندمتغیره از قبیل تجزیه خوشه‌ای (CA)، تجزیه به مؤلفه‌های اصلی (PCA)، تجزیه به مختصات اصلی (PCOA)، تحلیل عاملی (FA) و همچنین، مدل‌های AMMI، GGE و SHMM که در تحلیل داده‌های آزمایش‌های چندمحیطی (MET) استفاده می‌شوند مرور شده است. در ادامه کاربرد تحلیل ارتباط در گستره ژنوم (GWAS) و پیش‌بینی ژنومی (GP) در تجزیه ژنتیک پایداری و همچنین نرم‌افزارهای مورد استفاده برای محاسبه روش‌های مختلف چندمتغیره معرفی شده‌اند.

یافته‌ها: بر اساس بررسی‌ها، مدل AMMI با ترکیب تحلیل واریانس و تجزیه به مؤلفه‌های اصلی، توانایی بالایی در ارزیابی اثرات اصلی و برهمکنش‌ها دارد. نمودار GGE به طور مؤثری اثرات اصلی ژنوتیپ و برهمکنش آن با محیط را نمایش می‌دهد. تجزیه QTL و بررسی برهمکنش QTL با محیط (QEI) در داده‌های MET منجر به شناسایی نشانگرهای پیوسته با پایداری می‌شود.

نتیجه‌گیری: این مقاله به‌طور جامع و کاربردی به معرفی و بررسی روش‌های چندمتغیره در تحلیل GEI با هدف درک بهتر تعاملات GE و شناسایی ژنوتیپ‌های با سازگاری گسترده و عملکرد پایدار پرداخته است. بر اساس بررسی‌های جامع مشخص شد که به‌نژادگران بهتر است تمامی آماره‌های پایداری اعم از تک متغیره و چند متغیره را در تجزیه داده‌های MET نظر قرار دهند تا بتوانند تصمیمات بهتری در انتخاب ژنوتیپ‌ها اتخاذ نمایند. پیشرفت‌های اخیر در فناوری‌های ژنومیک، از جمله توالی‌یابی کل ژنوم و GWAS می‌تواند به درک پیچیدگی‌های GE و ژنتیک پایداری کمک شایانی نماید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

A review of stability analysis methods in plant breeding with an emphasis on cereals II: An Exploring of Multivariate Techniques and Future Prospects

نویسندگان [English]

  • Nishtman Abdi 1
  • Mona Bordbar 1
  • Reza Darvishzadeh 2
  • Babak Rabiei 3
  • Hadi Alipour 1
  • Somaieh Soufimaleky 4
  • Hamid Hatami Maleki 5
  • Mitra Jabbari 6
1 Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia, Iran.
2 Urmia University
3 Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan, Rasht, Iran
4 Institut des Sciences du Cerveau de Toulouse, France.
5 Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, University of Maragheh, Maragheh, Iran.
6 Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Higher Education Complex of Saravan, Saravan, Iran.
چکیده [English]

Abstract

Introduction: In the field of cereal breeding, understanding the genotype-environment interaction (GEI) and the stability of various traits is recognized as the key to successfully producing high-quality agricultural products. The GEI complicates the optimal selection of genotypes for target environments, making it essential to use appropriate statistical methods for analyzing and identifying stable and high-performing genotypes. Multivariate methods are powerful tools for analyzing complex GEI data.

Materials and Methods: In this article, multivariate statistical methods such as cluster analysis (CA), principal component analysis (PCA), principal coordinates analysis (PCOA), factor analysis (FA), as well as AMMI, GGE, and SHMM models used in the analysis of multi-environment trial (MET) data are reviewed. In the following, the application of genome-wide association studies (GWAS) and genomic prediction (GP) in the genetic analysis of stability, as well as the softwares used for calculating various multivariate stability methods, are introduced.

Findings: Based on the studies, the AMMI model, which combines analysis of variance and principal component analysis, has a high capability in evaluating main effects and interactions. The GGE plot effectively displays the main effects of genotype and its interaction with the environment. QTL analysis and the study of QTL-environment interaction (QEI) in MET data lead to the identification of stable linked markers.

Conclusion: This article comprehensively and practically introduces and examines multivariate methods in GEI analysis with the aim of better understanding GE interactions and identifying genotypes with broad adaptability and stable performance. Based on comprehensive studies, it has been determined that breeders should consider all stability statistics, both univariate and multivariate, in the analysis of MET data in order to make better decisions in selecting genotypes. Recent advancements in genomic technologies, including whole genome sequencing and GWAS, can significantly aid in understanding the complexities of GE and genetic of stability.

کلیدواژه‌ها [English]

  • AMMI model
  • Genotype-environment interaction (GEI)
  • GGE biplot
  • GWAS
  • Stability analysis