نوع مقاله : مقاله مروری
نویسندگان
1
استادیار پژوهش، مرکز ملی تحقیقات شوری، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، یزد، ایران
2
دانشیار، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران
3
استاد، گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران
4
دانشیار پژوهش، مرکز ملی تحقیقات شوری، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، یزد، ایران
10.22124/cr.2026.32537.1886
چکیده
مقدمه:
شوری، بهعنوان یکی از مهمترین عوامل محدودکننده رشد و تولید محصولات زراعی استراتژیک مانند گندم، برنج و ذرت، امنیت غذایی جهانی را بهخطر انداخته است. با توجه به هزینهبر و زمانبر بودن اصلاح فیزیکی خاکهای شور، توسعه رقمهای متحمل از طریق بهنژادی، موثرترین و اقتصادیترین راهکار برای مقابله با این چالش محسوب میشود. در این راستا، درک سازوکارهای مولکولی و ژنتیکی تحمل به شوری برای تولید ژنوتیپهای جدید و متحمل به شوری ضروری است. هدف از مطالعه حاضر، مرور پیشرفتهای اخیر در درک سازوکارهای تحمل به شوری و بهرهگیری از فناوریهای نوین بهنژادی برای شتاببخشی به توسعه رقمهای متحمل به شوری در گیاهان زراعی بهویژه غلات بوده است. در این مطالعه بهطور اختصاصی، کاربرد نظاممند زیستفناوریهای نوین از جمله ادغام ابزارهای اومیکس، نقشهیابی ژنومی، انتخاب بهکمک نشانگر و ویرایش ژنوم بهمنظور انتقال مؤثر ژنها و QTLهای شناسایی شده به ژنوتیپهای برتر و تسریع برنامههای بهنژادی تشریح شده است.
یافتههای تحقیق: گزینش بهکمک نشانگرهای مولکولی، روشی کارآمد در بهنژادی است که بهجای در نظر گرفتن فقط فنوتیپ، امکان انتخاب ژنوتیپهای برتر را با استفاده از الگوهای نواربندی DNA در مراحل اولیه رشد موجود زنده فراهم میکند. این روش با کاهش تأثیرپذیری از محیط، دقت و سرعت برنامههای بهنژادی را افزایش داده و دوره بهنژادی را که در روشهای کلاسیک ممکن است در حدود هشت تا ده سال طول بکشد، بهطور چشمگیری کاهش میدهد. کاربرد موفق گزینش بهکمک نشانگر در انتقال QTLهایی نظیر Saltol برای افزایش تحمل به شوری در برنج اثبات شده است. همچنین، نقش مؤثر این روش در محصولاتی مانند گندم و ذرت در غلبه بر تنشهای غیرزیستی از جمله تنش شوری نشان داده است. با اینحال، این روش برای صفات کمی پیچیده که توسط ژنها یا QTLهای با اثرات کوچک کنترل میشوند، کارآیی محدودتری دارد. امروزه، رویکردهای پیشرفتهتری مانند گزینش ژنومی (Genomic Selection) و ویرایش ژنوم مبتنی بر CRISPR/Cas9 همراه با فنوتیپسازی با توان عملیاتی بالا (High-throughput phenotyping)، بهعنوان راهکارهای مکمل برای افزایش دقت و سرعت برنامههای بهنژادی بهمنظور ایجاد رقمهای متحمل به تنشهای محیطی نظیر شوری بهکار گرفته میشوند.
نتیجهگیری: ابزارهای نوین بهنژادی گیاهی مانند انتخاب بهکمک نشانگر، مطالعات ارتباطی در سطح ژنوم و بهویژه فناوریهای اُمیکس (ترانسکریپتومیکس، پروتئومیکس و متابولومیکس) و ویرایش ژنوم، انقلابی در فرآیند شناسایی و انتقال ژنهای مطلوب به گیاهان زراعی ایجاد کردهاند. این فناوریها امکان هرمی کردن ژنها (Pyramiding Genes) و انتقال همزمان چندین ژن تحمل به شوری را با دقت و سرعت بالا فراهم میسازند.
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
Physiological and molecular mechanisms of salinity tolerance in cereals: II. Advanced breeding methods and future perspectives
نویسندگان [English]
-
Ahmad Majidimehr
1
-
Reza Amiri-Fahliani
2
-
Bahram Heidari
3
-
Gholamhassan Ranjbar
4
1
Research Assistant Professor, National Salinity Research Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Yazd, Iran.
2
Associate Professor, Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture, Yasouj University, Yasouj, Iran
3
Professor, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Shiraz University, Shiraz, Iran
4
Research Associate Professor, National Salinity Research Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Yazd, Iran
چکیده [English]
Introduction
Salinity, as one of the most significant limiting factors for the growth and production of strategic crops such as wheat, rice, and maize, poses a serious threat to global food security. Given the high cost and time-consuming nature of physical remediation of saline soils, developing tolerant varieties through breeding programs is the most effective and economical approach to addressing this challenge. In this regard, understanding the molecular and genetic mechanisms of salt tolerance is essential for generating new, salt-tolerant genotypes. The aim of the present study is to review recent advances in understanding salt tolerance mechanisms and to explore the application of modern breeding technologies aimed at accelerating the development of salt-tolerant varieties in crop plants, particularly cereals. Specifically, this study systematically describes the application of novel biotechnologies including the integration of omics tools, genomic mapping, marker-assisted selection, and genome editing to efficiently transfer identified genes and QTLs into elite genotypes and to expedite breeding programs.
Research findings
Marker-assisted selection (MAS) is an efficient breeding method that, instead of relying solely on phenotype, enables the selection of superior genotypes using DNA banding patterns at early stages of organism development. By reducing environmental influence, this approach enhances the accuracy and speed of breeding programs and significantly shortens the breeding cycle, which in classical methods may take approximately eight to ten years. The successful application of MAS has been demonstrated in transferring QTLs such as Saltol to improve salt tolerance in rice. Furthermore, the effective role of this method has been shown in crops such as wheat and maize for overcoming abiotic stresses, including salinity. However, MAS has limited efficiency for complex quantitative traits controlled by genes or QTLs with small effects. Today, more advanced approaches such as genomic selection (GS), CRISPR/Cas9-based genome editing, and high-throughput phenotyping are being employed as complementary strategies to enhance the precision and speed of breeding programs aimed at developing varieties tolerant to environmental stresses such as salinity.
Conclusion
Modern plant breeding tools such as marker-assisted selection, genome-wide association studies (GWAS), and particularly omics technologies (transcriptomics, proteomics, and metabolomics) as well as genome editing have revolutionized the process of identifying and transferring desirable genes into crop plants. These technologies enable gene pyramiding and the simultaneous transfer of multiple salt-tolerance genes with high precision and speed.
کلیدواژهها [English]
-
CRISPR
-
Genome editing
-
High-throughput phenotyping
-
Marker-assisted selection
-
Metabolomics
-
Transcriptome
)