تجزیه ژنتیکی عملکرد دانه و صفات وابسته در ذرت با استفاده از تجزیه گرافیکی دای‌آلل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته دکتری، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

2 دانشیار، گروه زراعت و اصلاح نباتات،دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

3 استادیار، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

4 استاد، عضو گروه ژنتیک شورای تحقیقات بین المللی اسپانیا (CSIC)، مادرید، اسپانیا

چکیده

مقدمه: اولین گام در برنامه‌های به‌نژادی، شناخت دقیق و آگاهی کافی از پارامترهای ژنتیکی شامل نوع عمل ژن‌ها و نحوه وراثت‌پذیری صفات مورد مطالعه است. توسعه لاین‌های با عملکرد بالا و شناسایی گروه‌های هتروتیک، از جمله مهم‌ترین اهداف اصلاح کنندگان ذرت محسوب می‌شوند. همچنین، تعیین لاین‌های اینبرد والدینی که هیبریدهای مناسبی ایجاد می‌کنند، بسیار ارزشمند است و می‌تواند مدت زمان برنامه تولید هیبرید در ذرت را کاهش دهد. تجزیه و تحلیل گرافیکی دای‌آلل یکی از روش‌های بیومتریک تجزیه ژنتیکی صفات کمی و چندژنی است که نتایج حاصل از آن می‌تواند جهت بهبود صفات داخل جمعیت‌ها، بین جمعیت‌ها و نیز تولید واریته‌های هیبرید بسیار مفید باشد. هدف از انجام این آزمایش، ارزیابی نحوه کنترل ژنتیکی عملکرد دانه و صفات وابسته به آن در لاین‌های اینبرد ذرت بود. نتایج حاصل از این مطالعه می‌تواند در انتخاب مناسب‌ترین روش به‌نژادی صفات مورد مطالعه و تولید هیبریدهای با عملکرد بالا در منطقه زنجان مفید باشد.
مواد و روش‌ها: ببه‌منظور برآورد نوع عمل ژن، تعداد ژن‌ها، وراثت‌پذیری و دیگر پارامترهای ژنتیکی کنترل کننده عملکرد دانه و صفات وابسته به آن در لاین‌های اینبرد ذرت، از تلاقی‌های دای‌آلل 5×5 استفاده شد. والدها و 20 هیبرید حاصل از تلاقی آن‌ها در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه زنجان در سال 1398 مورد ارزیابی قرار گرفتند. صفات مورد مطالعه شامل ارتفاع بوته، طول بلال، تعداد ردیف دانه، تعداد دانه در ردیف، وزن 300 دانه و عملکرد دانه بودند. برای تجزیه و تحلیل ژنتیکی داده‌ها از روش گرافیکی هیمن استفاده شد.
یافته‌های تحقیق: بررسی پارامترهای ژنتیکی برآورد شده در این تحقیق، تأثیر توأم اثرات افزایشی و غیرافزایشی ژن‌ها را در کنترل صفات مورد مطالعه نشان داد. نتایج تجزیه گرافیکی نیز بیانگر وجود اثر فوق غالبیت ژن‌ها در کنترل صفات بود. آلل‌های افزاینده صفات مورد بررسی از نوع غالب بودند. دامنه تغییرات وراثت‌پذیری عمومی از 54 درصد برای وزن 300 دانه تا 89 درصد برای طول بلال و وراثت‌پذیری خصوصی از 29 درصد برای وزن 300 دانه تا 41 درصد برای تعداد ردیف دانه متغیر بود. اگرچه وراثت‌پذیری عمومی بالایی برای بیش‌تر صفات مورد مطالعه برآورد شد که نشان دهنده نقش بیش‌تر عوامل ژنتیکی و تأثیر نسبتاً کم عوامل محیطی در کنترل تنوع این صفات بود، اما وجود اثر فوق­غالبیت ژن‌ها و وراثت‌پذیری خصوصی کم بیانگر آن است که انتخاب برای این صفات در نسل‌های اولیه موفقیت‌آمیز نخواهد بود. بنابراین در بهبود و اصلاح عملکرد و صفات وابسته به آن در لاین‌های ذرت مورد مطالعه، روش‌های اصلاحی مبتنی بر دورگ‌گیری و انتخاب در نسل‌های پیشرفته می‌تواند مفید باشد. همچنین، استفاده از لاین EP80 که دارای بیش‌ترین تعداد ژن‌های غالب برای کنترل صفات عملکرد و اجزای آن بود، می‌تواند نتایج امیدوار کننده‌ای در بهبود این صفات در برنامه‌های به‌نژادی داشته باشد.
نتیجه‌گیری: در مجموع نتایج حاصل از این آزمایش در مورد نوع عمل ژن‌های کنترل کننده عملکرد دانه و صفات وابسته به آن در لاین‌های ذرت مورد مطالعه نشان دهنده نقش قابل توجه اثر فوق غالبیت ژن‌ها بود. بنابراین، مناسب‌ترین راهکار برای بهره‌برداری از آن و اصلاح جمعیت، به‌دست آوردن ارقام هیبرید است که امکان بهره‌برداری از هتروزیس را در والدین مورد بررسی فراهم می‌کند. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Genetic Analysis of Grain Yield and Related Traits in Maize (Zea mays L.) Using Graphical Diallel Analysis

نویسندگان [English]

  • zahra erfani moghadam 1
  • reza fotovat 2
  • Ehsan Mohseni Fard 3
  • Victor Rodriguez 4
1 Graduate PhD, Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture, University of Zanjan, Zanjan city, Iran
2 Associate Professor, Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture, University of Zanjan , Zanjan, Iran
3 Assistant Professor, Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture, University of Zanjan, Zanjan, Iran
4 Professor, Member of the Genetics Group of the International Research Council of Spain (CSIC), Madrid, Spain
چکیده [English]

Introduction
The first step in breeding programs is accurate identification and sufficient knowledge of genetic parameters, including the type of gene action and the heritability of the studied trait. Development of high yielding lines and the identification of heterotic groups are the most important objectives of corn breeders. Also, determining the inbred lines of parents that create suitable hybrids is very valuable and can reduce the duration of the hybrid production program in corn. Graphic diallele analysis is one of the biometric methods of genetic analysis of quantitative and multigenic traits, the results of which can be very useful for improving traits within and between populations as well as producing hybrid varieties. The objective of this experiment was to investigate the genetic control of grain yield and related traits in maize inbred lines. The results of this study can be useful in selecting the most appropriate breeding method for the studied traits and producing high yielding maize hybrids in Zanjan region, Iran.
Materials and methods
To estimate the type of gene action, the number of genes, heritability and other genetic parameters controlling grain yield and its related traits in maize inbred lines, a 5×5 diallel crosses design was used. The parents and 20 hybrids derived from their crosses were evaluated in a randomized complete block design with three replications in the research field of Zanjan University, Zanjan province, Iran, in 2019. The studied traits were including plant height, ear length, number of grain rows in ear, number of grains per row, 300-grain weight, and grain yield. The genetic analysis of the data was done according to Hayman (1954) graphical approach.
Research findings
Estimating the genetic parameters showed both additive and non-additive gene effects in controlling the studied traits in this research. The results of graphical analysis also indicated the existence of over-dominance gene effects in controlling grain yield and its related traits. The alleles increasing the studied traits were of dominant type. Broad-sense heritability varied from 54% for 300-grain weight to 89% for ear length, and narrow-sense heritability ranged from 29% for 300-grain weight to 41% for number of grain rows per ear. Although high general heritability was estimated for most of the studied traits, which indicates the greater role of genetic factors and the relatively less influence of environmental factors in controlling the diversity of these traits, the existence of over-dominance effect of genes and low narrow-sense heritability indicates that the selection of these traits in the early generations will not be successful. Therefore, the breeding methods based on hybridization and selection in advanced generations can be useful in improving and breeding the grain yield and its related traits in the studied maize inbred lines. Also, the use of EP80 inbred line which had the most number of dominant genes for controlling yield and its components may have promising results in improving these traits in breeding programs.
Conclusion
In total, the results of the current study regarding the type of gene action controlling grain yield and its components in the studied maize inbred lines showed the important role of the over-dominance effects of genes. Therefore, the most appropriate strategy for exploiting these genes and improving the population is to obtain hybrid varieties that provide the possibility of exploiting heterosis in the investigated parents. is to use the heterosis phenomenon and produce hybrid varieties.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Gene action
  • Genetic parameters
  • Hayman's approach
  • Over-dominance

مراجع

Ahmadi, K., Ebadzadeh, H. R., Abd-Shah, H., Kazimian, A. and Rafiei, M. 2018. Agricultural statistics of crop years 2016-17. Volume one: Crop production. Ministry of Jehad-e-Agriculture, Planning and Economics Affairs, Information and Communication Technology Center, Tehran, Iran. (In Persian).##Aslam, M., Sohail, Q., Maqbool, M. A., Zaman, Q. U. and Bano, S. 2015. Combining ability analysis and genetic inheritance of salt tolerance indicators in maize (Zea mays) following diallel mating design. International journal of agriculture and biology. 17(3): 523‒530.##Begum, S., Alam, S., Omy, S., Amiruzzaman, M. and Rohman, M. 2018. Inheritance and combing ability in maize using a 7x7 diallel cross. Journal of Plant Breeding and Crop Science. 10(9): 239-248.##Betran, F., Ribaut, J., Beck, D. and De Leon, D. G. 2003. Genetic diversity, specific combining ability, and heterosis in tropical maize under stress and nonstress environments. Crop science. 43(3): 797-806.##Bordallo, Patricia do N., M. G. Pereira and A. T. Amaral Junior. 2005. Diallel analysis of sweet and regular corn genotypes for agronomic characters and total protein content. Horticultura Brasileira. 23(1): 123-127.##Chakravarti, I. M., Laha, R. G. and Roy, G. 1967. Handbook of Methods of Applied Statistics Techniques of computation, descriptive methods, and statistical inference. Volume 1. John Wiley and Sons. 392-394.##Choukan, R., Abtahi H. and Majidi Hervan. E. 2007. Genetic analysis of different traits in maize using diallel cross analysis. Iranian Journal of Crop Sciences. 8 (4): 343-356. (In Persian with English Abstract).##Chokan, R., Mostafavi, K., Taeb, M., Behimta, M. R. and Majidi Hervan, A. 2017. Evaluation of genetic potential of Iranian corn lines using  of griffing and Amy model diallel method. Journal of plant production science. 6(2): 13-24. (In Persian with English Abstract).##Debnath, S. C., Sarker, K. K. and Singh, D. 1989. Combining ability estimates in maize (Zea mays L.). Journal of Agriculture Researches. 9(1): 37-42.##Dehghanpour, Z. 2014. Diallel analysis of grain yield, number of kernel rows per ear and number of kernels per row in early maturity maize hybrids. Iranian Journal of Crop Sciences.15(4): 355-366. (In Persian with English Abstract).##Derera, J., Tongoona, P., Vivek, B. S. and Laing, M. D. 2008. Gene action controlling grain yield and secondary traits in southern African maize hybrids under drought and non-drought environments. Euphytica. 162, 411-422.##Dorri, P., Khavari Khorasani ,S., Vali Zadeh, M. and Taheri, P. 2015. Investigation the heritability and gene effects on yield and some agronomic traits of maize (Zea mays L.). Journal of Plant Genetic Research. 1(2): 33-42.##Hallauer, A. R., Carena, M. J. and Miranda Filho, J. d. 2010. Quantitative genetics in maize breeding.  P. 6: Springer Science and Business Media.##Hayman, B. I. 1954. The analysis of variance of diallel tables. Biometrics. 10(2): 235-244.##Hayman, B. I. 1958. The theory and analysis of diallel crosses. II. Genetics. 43(1): 63-85.##Hussain, M., Shah, K. N., Ghafoor, A., Kiani, T. T. and Mahmood, T. 2014. Genetic analysis for grain yield and various morfological traits in corn (Zea mays L) under normal and water stress environmets. The Journal of Animal and Plant Sciences. 24(4): 1230-1240.##Irshad-ul-Haq, M., Ajmal, S. U., Munir, M. and Gulfaraz, M. 2010. Gene action studies of different quantitative traits in maize. Pakistan Journal of Botany. 42(2): 1021-1030.##Jinks, J. L. 1954. The analysis of continuous variation in a diallel cross of Nicotiana rustica varieties. Genetics. 39(6): 767-788.##Jinks, J. L. and Hayman, B. I. 1953. The analysis of diallele crosses. Maize Genetics Cooperation Newsletter. 27: 48—54.##Karim, A. N. M. S., Ahmed, S., Akhi, A. H., Amiruzzaman, M. and Karim, A. N. M. A. 2018. Diallel analysis and estimation of heterosis in single cross maize hybrids. Journal of Bioscience and Agriculture Research. 18(2): 1512-1520.##Khodarahmpour, Z. 2011. Genetic control of different traits in maize inbred lines (Zea mays L.) using graphical analysis. African Journal of Agricultural Research 6: 1661-1666.##Lay, P., Razdan, A. 2017. Genetic analysis of grain yield and its components of maize (Zea mays L.) inbred lines. International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences. 6(7): 1366-1372.##Makumbi, D., Alvarado, G., Crossa, J. and Burgueno, J. 2018. SASHAYDIALL: A SAS program for Hayman's diallel analysis. Crop science. 58(4): 1605-1615.##Moosavi, S. S., Ghanbari, F., Abdollahi, M. R., Kiani, A. R. and Mosavat, S. A. 2018. Evaluation of heritability and genetic parameters of grain yield and important agronomic traits in maize (Zea mays L.) lines using generations mean analysis method. Iranian Journal of Crop Sciences. 20(2): 93-107. (In Persian with English Abstract).##Moradi, M. and Choukan, R. 2017. Graphical Analysis for Grain Yield Related Traits in Maize (Zea mays L.) using Diallel Crosses under Normal and Water Stress Conditions. Journal of Crop Breeding. 9(22): 149-157. (In Persian with English Abstract).##Moradi, M. and Majidi Hervan, E. 2016. Genetic analysis for grain yield of maize and its related physiological traits using diallel crosses under normal and drought stress. Breeding of Agronomic and Horticultural Crop. 4(1): 153-165. (In Persian with English Abstract).##Mosavat, S. A., Mazahery-Laghab, H., Soltanloo, H. and Choukan, R. 2019. Estimated combining ability and gene action in selected maize (Zea mays L.) lines. Iranian Journal of Crop Sciences. 21(1): 1-15. (In Persian with English abstract).##Mostafavi, K., Choukan, R., Bihamta, M. R., Majidi Heravan, E. and Taeb, M. 2008. Genetic Control of Different Traits in Corn Lines (Zea mays L.) Using Graphical Analysis. Seed and Plant. 24(1): 117-128. (In Persian with English abstract).##Mostafavi, K., Choukan, R., Taeb, M. ., Majidi Heravan, E. and Bihamta, M. R. 2010. Genetic study of yield and related traits in corn (Zea mays L) using graphical diallel analysis. Journal of Agriculture and Plant Breeding. 6(3): 19-26. (In Persian with English abstract).##Radha, R. K .2014. Diallel analysis for different horticultural traits in bitter gourd (Momordica charantia L.) using Hayman’s numerical and graphical approach. Tropical Plant Research. 1(2):60-64.##Rahimi, M. 2019. Genetic analysis of grain yield and its components of maize in lines and F2 progenies using diallel analysis by Hayman’s graphical approach. Cereal Research. 9(2): 169-177. (In Persian with English abstract).##Rameeh, V., Rezaie, A. M. and Arzani, A. 2000. Estimation of genetic parameters for yield and its components in inbred lines of corn by the method of in diallele crosses. Sciences and techniques of agricultural and natural resources. 4(2): 95-103. (In Persian with English abstract).##Rohman, M. M., Omy, S. H., Begum, S., Rahman, M. A., Hossain, M. G., Hoque, M. M. and Amiruzzaman, M. 2019. Genetic action and potence ratio of maize in an 8×8 diallel cross growing under saline condition. Journal of Plant Breeding and crop science. 11(1): 17-25.##SAS Institute Inc. 2013. SAS/IML® 13.1 User’s Guide. Cary, NC: SAS Institute Inc.##Shahrokhi, M., Khorasani, S. K. and Ebrahimi, A. 2011. Generation mean analysis for yield and yield components in maize (Zea mays L.). Journal of Plant Physiology and Breeding. 1(2): 59-72. (In Persian with English abstract).##Valizadeh, M. and Moghadam, M. 2001. Experimental designs in agriculture 1. Parivar Publications. Tabriz.##Viana, J. M. S., Cruz, C. D. and Cardoso, A. A. 1999. Theory and analysis of partial diallel crosses. Genetics and Molecular Biology. 22: 591-599.##Zamani Farsi, M., Rahimi, M., Abdoli Nesab, M. and Baghizadeh, A. 2019. Graphical estimation of the genetic control of grain yield and its components in S7 corn lines under normal and water deficit conditions. Environmental stresses in crop sciences. 12(4): 1049-1061. (In Persian with English abstract).##Zare, M., Choukan, R., Bihamta, M. R. and Majidi Hervan. E. 2010. Estimate of genetic parameters and general and specific combining abilities in maize using a diallel design. Iranian Journal of Crop Sciences. 12 (3) 318-332. (In Persian with English Abstract).##Zare, M., Choukan, R., Bihamta, M. R., Majidi Heravan, E. and Kamelmanesh. M. M. 2011. Gene action for some agronomic traits in maize (Zea mays L.). Journal of Crop Breeding. 1(2): 133-141. (In Persian with English Abstract).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار