Mapping of quantitative genes controlling Na+ and K+ content in Rice under salinity

Document Type : Research Paper

Authors

1 Plant Breeding, Genetics and Biotechnology Division – International Rice Research Institute, (IRRI), LosBanos-Laguna, Philippines

2 Dep. of Agronomy and Plant Breeding, College of Agriculture ,Isfahan Universityof Technology

3 Dep. of Agronomy and Plant Breeding, College of Agriculture ,Isfahan University of Technology

4 Associate professor of plant production department, Gonbad kavus University

5 Dep. of Agronomy and Plant Breeding ,College of Agriculture, Isfahan Universityof Technology

6 Dep. of Agronomy and Plant Breeding, College of Agriculture, Shahed University, Tehran

7 Rice Research Institute of Iran- Mazandaran Branch- Amol

Abstract

To identify the QTLs responsible for salinity tolerance in tolerant line (FL478), 2350 BC3F4 lines derived from IR29×FL478 were used at IRRI during 2005-2007. Significant differences among back cross families were found for salinity tolerance scoring, sodium and potassium concentration and their ratio. The results showed that the low ratio for Na+/K+ in FL478 is mainly through lower amount of Na+ uptake rather than high amount of K+.  Selective Genotyping with 500 extreme individuals indicated that the highest and lowest number of QTLs for Na+ and K+, respectively. The result of QTL mapping by SSR markers using 500 extremes individuals showed the highest and lowest number of QTLs for Na+ and K+ respectively. Composite interval mapping analysis revealed that in addition to chromosome 1, there are major QTLs on chromosomes 6, 8, 10 and 12 for salinity tolerance at seedling stage in rice. In the Saltol region, one QTL was found for Na+ concentration while for the other traits the QTLs were found in the upper part of Saltol region.  Major QTLs responsible for salinity tolerance scoring were located on chromosomes 1, 3 and 6. For Na+ concentration and Na+/K+ ratio, chromosomes 1, 3, 6, 10 and 12 contained the major QTLs which mainly originated tolerant parent. The epistatic effects were not found for any of detected major QTLs. Based on the present results, breeding methods for QTLs pyramiding using marker-assisted selection could be very useful for the development of new varieties with a high level of salt tolerance by targeting several major QTLs for salt-tolerance using FL478.
 

Keywords


مکان­یابی ژن­های کمی کنترل­کننده  میزان سدیم و پتاسیم در برنج تحت تنش شوری

قاسم محمّدی­نژاد*1، راکش کومار سینگ2، احمد ارزانی3، عبدالمجید رضایی3، حسین صبوری4، محمد مهدی مجیدی3، محمدحسین فتوکیان5، علی مومنی6، وگلن گریگوریو2

1 بخش زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان

2 مرکز تحقیقات بین المللی برنج (IRRI لوسبانیوس، فیلیپین

3 بخش زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی  دانشگاه صنعتی اصفهان

4 بخش زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی  مجتمع آموزش عالی گنبدکاووس

5 بخش زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی  دانشگاه شاهد، تهران

6 مرکز تحقیقات برنج ایران، رشت 

چکیده

این بررسی با هدف نقشه­یابی QTL های کنترل­کننده تحمل به شوری با استفاده از لاین بسیار متحمل FL478 در موسسه تحقیقات بین المللی برنجIRRI ، در سال­های1384 تا 1386 اجرا گردید. ارزیابی فنوتیپی 2350 لاین BC3F4 حاصل از تلاقی ژنوتیپ­های IR29 ×FL478، در مرحله گیاهچه  در شرایط کنترل شده برای صفات امتیاز تحمل به شوری ژنوتیپ­ها، میزان انباشت سدیم و پتاسیم در برگ چهارم و نسبت آنها، بر وجود تفاوت معنی­دار بین فامیل­های تلاقی برگشتی دلالت داشت. نتایج نشان داد که پایین بودن  نسبت +Na+/Kدر لاین FL478، عمدتاً از طریق جذب کمتر سدیم رخ می­دهد. نتایج مکان یابیQTL  ها با  ژنوتیپ­یابی انتخابی 500 تک بوته کرانه­ای با استفاده از نشانگرهای ریزماهواره، بیانگر وجود بیشترین و کمترین تعداد QTL به ترتیب، برای غلظت­های Na+ و K+بود. مکان­یابی فاصله­ای مرکب نشان داد که علاوه بر کروموزوم 1، کروموزم­های 6، 8  و 10 دارای QTL های مهم و تأثیرگذار بر تحمل به شوری در مرحله گیاهچه می­باشند. برای غلظت سدیم در برگ چهارم  یک QTL در ناحیه Saltol مکان­یابی شد، در حالی­که برای امتیاز تحمل به شوری، غلظت پتاسیم و نسبت سدیم به پتاسیم QTL تأثیرگذاری در ناحیه فوقانی Saltol شناسائی شد. برای امتیاز تحمل به شوری، مکان­های ژنی بزرگ­اثری روی کروموزوم های 1، 3 و 6 مکان­یابی شدند. برای غلظت سدیم و نسبت سدیم به پتاسیم، کروموزوم­های 1، 6، 10 و 12 دارای QTL های بزرگ­اثر بودند که منشاء اکثر آن­ها FL478  بود. همچنین، هیچ­گونه اپیستازی معنی­داری نیز بینQTL ها دیده نشد. بنابراین، در اصلاح به کمک نشانگر و با استفاده از لاین FL478 به عنوان یکی از متحمل­ترین لاین­های اصلاحی، لازم است هرم­سازی QTL ها و ادغام همزمان چند QTLبزرگ اثر به  ارقام مدنظر قرار گیرد.

کلمات کلیدی: برنج، تحمل به شوری،  ژنوتیپ­ متحمل ، نسبت سدیم به پتاسیم،FL478 ، QTL، نشانگر ملکولی، مکان یابی ژن.


مقدمه

برنج غذای اصلی بیش از نیمی‎ از مردم دنیا را تشکیل می‎دهد و از نظر سطح زیر کشت پس از گندم، در رتبه دوم قرار دارد و حدود 153 میلیون هکتار از زمین­های دنیا زیر کشت برنج است. این محصول غذای اصلی 90% از مردم جنوب و جنوب شرق آسیا می باشد (Tanji, 1990). برنج پس از گندم، غذای اصلی مردم ایران است و در سطحی معادل 600 هزار هکتار زراعت می‎شود. میانگین عملکرد برنج در ایران 4 تا 5 تن در هکتار است (آمارنامه وزارت کشاورزی). شوری خاک یکی از عوامل محدود کننده توسعه کشاورزی است، به طوری که از کل 165 میلیون هکتار مساحت کشور، در حدود 5/23 میلیون هکتار معادل 2/14 درصد کل مساحت کشور به درجات متفاوت با مسائل شوری، سدیمی)قلیایی­بودن( و ماندابی روبرو است (Pazira, 1986). گرچه شوری مشکل جدی تولید محصول در استان­های گیلان و مازندران که بیش از 80 درصد شالیزار‎های کشور در آن­ها قرار دارد نیست، ولی مشکل آینده در این استان­ها به ویژه در زمین های نزدیک دریای خزر و نیز مشکل فعلی در شالیزارهای جنوب کشور به ویژه در استان خوزستان است (Fotokian, 2005). علاوه بر این، یکی از موانع توسعه کشت برنج در مناطق دیگر به شرط وجود آب، چالش شوری است. به­طور کلی، برنج را جزو گیاهان حساس و نیمه حساس به شوری طبقه­بندی می­کنند. تحمل به شوری در گیاهان صفت پیچیده و برآیند تعدادی مسیر فیزیولوژیک و صفت مختلف است که هر کدام به ‌نوبه خود به شدت تحت تأثیر محیط قرار می­گیرند. واکنش برنج به شوری در مراحل مختلف رشد متغیر است. همچنین به دلیل عدم وجود تنوع ژنتیکی کافی و از طرفی نبود روش­های گزینش کارآ، با وجود تلاش­های زیادی که برای افزایش تحمل به شوری در برنج صورت گرفته است، اصلاح این صفت با روش‌های متداول با مشکل روبرو بوده و موفقیّت ها حاصل در این زمینه چندان چشمگیر نبوده است. روش­های مولکولی با نشانمند کردن ژن‎ها و گزینش به کمک نشانگر، برنامه‎های اصلاحی را سرعت بخشیده است (Flowers and Yeo, 1995). شناسایی نشانگرهای مولکولی کاملاً پیوسته با ژن مورد نظر و مکان‎یابی آن، یک هدف مهم در اصلاح برنج است که به این روش می­توان بر پیچیدگی­های روش­های اصلاحی متداول غلبه کرد. یک مکان کروموزومی بزرگ­اثر که در تنظیم جذب سدیم، جذب پتاسیم و نسبت سدیم به پتاسیم و تحمل به شوری در مرحله گیاهچه در برنج مؤثر است، توسط Gregorio در سال 1997 در نسل 8F حاصل از تلاقی Pokkali×IR29 شناسائی شد. این ناحیه در کروموزوم یک با استفاده از جمعیت لاین­های اینبرد نوترکیب و با استفاده از نشانگرهای ریزماهواره (SSR[1] و [2](SSLP تحت نام Saltol شناسائی شد (Gregorio, 1997). در پژوهش گریگوریو یکی از لاین­های اینبرد نوترکیب حاصل از تلاقیPokkali×IR29 ، لاین IR66946-3R-178-1-1 بود که FL478 نامیده می­شود و تحمل بالاتری از والد متحمل)  (Pokkaliداشت و هم­اکنون به­عنوان والد متحمل )شاهد( در آزمایش‌های ارزیابی شوری در برنج به کار می رود (Gregorio, 1997). این پژوهش در راستای دستیابی به اهداف زیر انجام شد. ارزیابی فنوتیپی و ژنوتیپی و نقشه­یابی جوامع حاصل از لاین FL478  جهت درک بهتر مکانیسم تحمل، شناسائی دقیق­تر نقش Saltol در ایجاد تحمل، بررسی سایر مکان­های ژنی مؤثر در تحمل به شوری و آثار متقابل ژنی و سرانجام فراهم نمودن مسیر دقیق­تر انتخاب به کمک نشانگر و یا هرم سازی ژنی با هدف گرد هم آوردن مکان­های ژنی مرتبط با مکانیسم­های مختلف تحمل به شوری بود.

مواد و روش­ها

در این پژوهش، 2350 لاین تصادفی از بین 10000 لاین F4 BC3 حاصل از تلاقی دو لاین برنج ایندیکا  IR29 و FL478  مورد ارزیابی فنوتیپی قرار گرفتند. لاین IR29، از لاین­های اصلاحی پرمحصول  موسسه تحقیقات بین­المللی برنج می‌باشد، ولی حساسیت بسیار بالایی به شوری در مراحل گیاهچه و زایشی دارد و به عنوان شاهد حساس به شوری در مطالعات اصلاحی استفاده می شود. لاین  FL478که نام کامل آن  IR66946-3R-178-1-1 می‌باشد، از تلاقی Pokkali×IR29 به دست آمده است و تحمل بیشتری نسبت به والد متحمل خود (Pokkali) به شوری دارد و به عنوان والد استاندارد تحمل به شوری، استفاده می شود (Gregorio, 1997).

این آزمایش در مؤسسه تحقیقات بین‌المللی برنج (IRRI) در فیلیپین از فروردین تا خرداد 1385 به روش گریگوریو و همکاران  (Gregorio et al., 1997) در شرایط کنترل شده (اتاقک رشد) اجرا شد. بذور قبل از استفاده در آزمایش‌های شوری، به مدت یک هفته در دمای 50 درجه سانتی­گراد قرارگرفتند تا خواب احتمالی در بذر شکسته شود. سپس بذور در دستگاه جوانه زنی در دمای 35 درجه سانتی­گراد جوانه­دار شدند. بذور جوانه­زده در درون حفره­های ایجاد شده در یونولیت[3] که یک شبکه نایلونی در زیرآن قرار گرفته بود،  کشت شدند. محیط کشت به مدت 2 روز آب مقطر و‌ سپس محلول غذایی یوشیدا[4] بود که با افزودن کلرید سدیم هدایت الکتریکی آن به 12 دسی ­زیمنس ­بر متر (EC=12dSm-1) رسید. اسیدیته محلول غذایی به طور روزانه  تنظیم و با استفاده از NaOH و HCl درpH  برابر با 2/5 ثابت نگه داشته شد.

پس از 14 روز تیمار شوری، ابتدا با ارزیابی ظاهری وضعیت ساقه و ریشه گیاهچه‌ها، امتیاز ژنوتیپی برای تحمل به شوری بر اساس روش تغییریافته Gregorio و همکاران  (1997) برای هر بوته تعیین شد و سپس غلظت سدیم و پتاسیم (برحسب میلی­مولار در گرم برگ) و نسبت آنها در برگ چهارم به روش فلیم­فتومتری (شعله سنجی) تعیین گردید.

برای مطالعه چند­­شکلی در والدین براساس بانک اطلاعاتی توالی­یابی بین­المللی ژنوم برنج  و با تأکید بر کاربرد بیشترین نشانگر برای ناحیه Saltol در کروموزوم یک  و همچنین براساس نقشه­های ژنتیکی موجود، تعداد 1125 نشانگر ریزماهواره طوری گزینش شدند که تمام ژنوم را پوشش دهند. پس از انجام واکنش زنجیره ای پلیمراز، برای هر کدام از نشانگرها الکتروفورز انجام شد و پس از وضوح نوارها در ژل­های رنگ­آمیزی شده با اتیدیوم بروماید، تعداد 312 نشانگر چندشکل تعیین شد.

ژنوتیپ­یابی 100 تک بوته کرانه بالا و100 تک بوته کرانه پایین در جمعیت BC3F4 با استفاده از 312 نشانگر چند شکل انجام شد. تعداد 107 نشانگر، چند شکلی معنی­داری مرتبط با صفات اندازه گیری شده در بین نتاج BC3F4 نشان دادند. سپس ژنوتیپ­یابی 150 تک بوته از  کرانه­ی بالا و 150 تک بوته از کرانه­ی پایین توده مورد مطالعه با 107 نشانگر مورد استفاده قرار گرفت.

نقشه­یابی فاصله­ای (IM[5]) و نقشه­یابی فاصله­ای مرکب ([6]CIM)، براساس مدل کامل Xu, 2000)) برای داده­های فنوتیپی 2350 تک بوته و  داده­های ژنوتیپی 500 تک بوته صورت گرفت. پیمایش برای QTL با استفاده از نرم­­افزارهای QTL Cartographer و QGene در سطح احتمال 1  درصد انجام شد.

 

نتایج و بحث

نتایج ارزیابی فنوتیپی

برای تمام صفات مورد بررسی اختلاف بسیار معنی­داری بین فامیل­ها مشاهده شد )جدول 1). همچنین، تفاوت بین والدین از نظر همه صفات به­ جز غلظت پتاسیم معنی­دار بود (جدول 2). بنابراین، تفرق بین نتاج برای غلظت پتاسیم ممکن است ناشی از پدیده تفکیک متجاوز[7] باشد. به نظر می­رسد مکانیسم تحمل به شوری در لاین FL478 بیشتر مربوط به جذب کمتر Na+ و نه جذب بیشتر پتاسیم باشد. البته این امکان هم وجود دارد که پتاسیم در سایر بخش­های گیاه نظیر غلاف برگ زیاد بوده باشد
(Mitsuya et al., 2002)، ولی در این مطالعه غلظت پتاسیم فقط در برگ چهارم اندازه­گیری شد. میزان سدیم جذب ­شده و نسبت Na+/K+ همبستگی بسیار معنی­داری با امتیاز تحمل ژنوتیپ­ها به شوری در مرحله گیاهچه نشان دادند، در حالی که غلظت پتاسیم ارتباط معنی داری با غلظت سدیم و امتیاز تحمل به شوری نشان نداد ( جدول 3).

با توجه به این نتایج و همچنین وجود گزارش های متعدد نظیر (Mohammadi-Nejad et al. , 2008; Mohammadi-Nejad et al., 2010) در زمینه اهمیت نسبت سدیم به پتاسیم در تحمل به شوری، کاربرد این معیار در ارزیابی تحمل به­شوری مورد تاکید قرار گرفت. در این مطالعه رابطه خطی معنی­داری بین میانگین­های امتیاز تحمل به شوری و نسبت سدیم به پتاسیم به صورت Y= 2.747X مشاهده شد، که Y و X به ترتیب  امتیاز تحمل به شوری و نسبت سدیم به پتاسیم می­باشند.

نقشه پیوستگی و مکان­یابیQTL ها

نقشه پیوستگی تهیه شده براساس اطلاعات 107 نشانگر ریزماهواره روی 500 تک بوته از جمعیت BC3F4، نشان داد که نشانگرهای گزینش­شده همه 12 کروموزوم برنج را پوشش دادند. این پوشش برابر با 68/1403 سانتی­مورگان با میانگین فاصله 12/13 سانتی مورگان بین دو نشانگر مجاور بود. این نشانگرها که از بین 312 نشانگر چندشکل بین دو والد و براساس اطلاعات ژنتیکی گزینش شده­اند، تراکم متفاوتی برای کروموزوم­های مختلف داشتند، به ­طوری که کروموزوم­های 9 و 11 کمترین تعداد نشانگر را داشتند. بیشترین میانگین طول گروه پیوستگی، مربوط به کروموزوم 8 و برابر با 6/21 سانتی مورگان بود و کمترین آن به کروموزوم 1 و با طول 95/6 سانتی­مورگان بود (شکل 1).

 

 

 

 


جدول 1- تجزیه واریانس صفات مختلف تحت شرایط شوری.

صفت

Trait

میانگین مربعات بین فامیل ها

Mean of Squares among families

میانگین مربعات درون فامیل ها

Mean of Squares within families

امتیاز تحمل به شوری

Standard Evaluation Score

77.98**

5.74

غلظت سدیم

Na+ Concentration

65.16**

17.45

غلظت پتاسیم

K+ Concentration

1.77**

0.31

نسبت سدیم به پتاسیم

Na+/K+ Ratio

85.78**

18.84

** معنی دار در سطح احتمال 1درصد می باشد و درجه آزادی فامیل 53 می­باشد.

** Highly significant (P<0.01), degree of freedom  is 53.

Table 1- Analysis of variance for the studied traits under salt treatment.

 

جدول 2- مقایسه میانگین‌های صفات مختلف در والدین تلاقی برگشتی IR29  و FL478 و میانگین جامعه.

نسبت سدیم به پتاسیم

Na+/K+ Ratio

غلظت  پتاسیم mM/g

K+ Concentration

 

غلظت سدیم  mM/g

Na+ Concentration

امتیار تحمل به شوری

Standard Evaluation Score

والدین جامعه

Population parents

0.72

1.29

0.9

1.43

FL478

8.1

1.1

8.24

8.56

IR29

4.51

0.99

4.138

4.82

میانگین جامعه Population  Mean

Table 2- Mean comparison of different traits for the Parent of Back cross, IR29 and FL478 as well as population mean.

 

جدول 3- همبستگی فنوتیپی بین صفات مورد مطالعه در فامیل­های تلاقی برگشتی.

صفت

 

Trait

امتیاز تحمل به شوری

Standard Evaluation Score

غلظت

سدیم

Na+ Concentration

غلظت

پتاسیم

K+ Concentration

نسبت

سدیم به پتاسیم

Na+/K+ Ratio

امتیاز تحمل به شوری

Standard Evaluation score

1

**-0.687

ns0.267

**-0.364

غلظت سدیم

Na+ Concentration

 

1

0.158ns

**0.836

غلظت پتاسیم

K+ Concentration

 

 

1

-0.275*

نسبت سدیم به پتاسیم

Na+/K+ Ratio

 

 

 

1

  **,*معنی­دار در سطوح احتمال 5 و 1درصد.

  • ** : significant and highly significant ( P<0.05 and P<0.01), respectively.

Table3 – Phenotypic correlation among studied traits in Backcross families.

 

 

 

 

شکل 1- نقشه پیوستگی 107 نشانگر با استفاده از اطلاعات ژنوتیپی 500 فرد نسبتاً ایزوژن 4BC3F حاصل از تلاقی IR29× FL478.

Figure 1- Linkage map of 107 Markers using 500 NIL, (BC3F4) derived from IR29×FL478.


 

جدول 4-  نشانگرهای پیوسته با QTL های کنترل کننده صفات مختلف تحت تنش شوری به روش تجزیه تک نشانگری.

صفت

Trait

نشانگر

Marker

کروموزوم

Chromosome

*B0

B1

LRT

سطح

معنی داری

Probability Level

 

 

 

امتیاز تحمل به شوری

Standard evaluation Score

RM1

1

4.93

-0.396

6.25

**0.007

RM243

1

4.97

0.8

8.15

**0.005

RM8094

1

4.92

-1.4

20.15

****0.000

RM157A

3

5.23

-0.51

5.84

**0.009

RM203

3

4.28

-1.02

19.86

****0.000

RM570

3

4.95

-0.76

7.46

**0.007

RM186

3

5.02

-0.42

8.96

**0.003

RM571

3

4.71

-0.69

19.37

**0.001

RM508

6

5.06

-0.37

7.37

**0.006

RM170

6

4.89

-0.76

10.82

**0.001

RM589

6

4.91

-0.17

7.69

**0.006

RM549

6

4.89

-0.96

12.96

****0.000

RM7193

6

4.73

-1.2

15.89

****0.000

RM346

7

5.04

0.82

11.46

****0.000

RM18

7

5.07

0.68

9.68

**0.001

RM6369

8

5.03

-0.41

8.74

**0.001

RM223

8

4.93

-0.72

6.42

**0.009

RM458

8

5.33

-0.42

9.49

**0.003

RM264

8

5.19

-0.53

5.89

**0.007

RM7003

12

4.94

-0.48

9.69

**0.001

RM27877

12

4.89

0.49

10.65

**0.001

RM27993

12

4.35

-0.42

6.43

**0.009

RM163

12

4.4

-0.61

6.49

**0.005

 

 

غلظت سدیم در برگ چهارم

Sodium Content in 4th leaf

 

RM3412

1

5.0

0.64

12.24

**0.001

RM10752

1

5.05

1.13

24.34

****0.000

RM10701

1

4.97

-0.22

76.7

**0.006

RM493

1

5

-1.03

13.24

****0.000

RM11570

1

4.93

-0.96

17.33

****0.000

RM543

1

4.76

-086

7.48

**0.007

RM157A

3

4.8

-0.13

6.61

**0.009

RM203

3

4.86

-0.85

8.46

**0.005

 

Table 4- Correlated markers with QTLs controlling different traits under salt stress by Single marker analysis.


ادامه جدول 4-  نشانگرهای پیوسته با QTL های کنترل کننده صفات مختلف تحت تنش شوری با روش تجزیه تک نشانگری.

 

صفت

Trait

نشانگر

Marker

کروموزوم

Chromosome

*B0

*B1

LRT

سطح معنی‌داری

Probability Level

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

غلظت سدیم در برگ چهارم

Sodium Content in 4th leaf

 

RM570

3

5.07

-0.47

7.4

**0.007

 

RM186

3

4.66

-0.11

10.47

**0.001

 

RM571

3

4.99

-0.50

6.91

**0.009

 

RM508

6

4.89

0.49

8.15

**0.005

 

RM170

6

5.04

0.34

9.48

**0.001

 

RM170

6

5.02

-0.74

7.2

**0.005

 

RM589

6

4.91

-0.83

8.75

**0.001

 

RM549

6

4.89

-1.11

15.15

****0.000

 

RM7193

6

5.19

-0.99

14.28

****0.000

 

RM6369

8

5.13

-0.87

8.46

**0.001

 

RM223

8

5.02

-0.215

7.67

**0.009

 

RM458

8

4.97

-0.41

7.66

**0.007

 

RM264

8

5.22

-0.61

9.24

**0.001

 

RM25271

10

5.2

-0.93

6.01

****0.000

 

RM271

10

4.66

-0.87

9.04

****0.000

 

RM258

10

4.63

-0.76

8.98

**0.001

 

RM25022

10

5.23

-0.41

6.05

**0.007

 

RM7003

12

5.01

-0.33

9.21

**0.006

 

RM27877

12

5.18

0.49

7.32

**0.003

 

RM27993

12

5.17

0.76

12.59

**0.001

 

RM27877

12

4.88

-0.81

19.60

****0.000

 

 

 

 

 

 

غلظت پتاسیم در برگ چهارم

Pottasium Content in 4th leaf

 

RM1

1

1.07

0.08

7.77

**0.006

 

RM243

1

1.08

0.07

7.09

**0.008

 

RM6349

3

1.05

0.08

6.72

**0.002

 

RM14298

3

0.98

0.11

6.02

**0.006

 

RM508

6

1.11

0.01

7.77

**0.007

 

RM170

6

1.06

0.03

8.62

**0.005

 

RM549

6

1.09

-0.12

14.78

****0.000

 

RM7193

6

1.13

0.04

10.43

**0.001

 

RM6369

8

0.94

0.11

7.95

**0.006

 

RMRM223

8

1.05

0.09

9.49

**0.003

 

RM27993

12

1.09

-0.11

7.01

**0.002

 

RM163

12

1.03

-0.06

4.79

*0.01

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

نسبت سدیم به پتاسیم

Na+/K+ ratio in 4th leaf

RM243

1

5.3

-0.82

7.09

**0.001

RM8094

1

5.17

-1.09

7.55

****0.000

RM508

6

5.84

-0.39

7.76

**0.006

RM170

6

6.19

-0.46

7.29

**0.005

RM589

6

6.38

-0.49

7.38

**0.007

RM7193

6

5.44

-0.28

7.20

**0.008

RM346

7

5.69

-0.32

8.01

**0.007

RM18

7

5.53

-0.17

9.74

**0.005

RM458

8

5.47

-1.17

13.49

****0.000

RM264

8

5.65

-0.92

6.12

**0.009

RM6369

8

5.53

-1.12

10.41

****0.000

RM223

8

4.74

-0.72

7.51

**0.007

RM25022

10

4.7

-0.38

9.28

**0.003

RM25181

10

5.57

-0.2

10.04

**0.001

RM25271

10

5.14

-0.33

8.25

**0.005

RM271

10

5.29

-0.43

9.58

**0.001

RM6100

10

5.63

-0.69

10.54

**0.007

RM333

10

5.18

-0.86

9.72

**0.001

RM7003

12

5.02

-0.65

5.90

**0.009

RM27877

12

5.63

-0.71

7.43

0.005**

                 

Cont. Table 4- Correlated markers with QTLs controlling different traits under salt stress by single marker analysis.

 

با توجه به این ­که میانگین فاصله بین نشانگرها 12/13 سانتی­مورگان بود، می­توان این نقشه را برای مکان­یابی QTL ها به کار برد. نقشه پیوستگی حاضر با فواصل نشانگری ارائه شده توسط پروژه توالی ­یابی ژنوم برنج، مطابقت خوبی نشان داد (IRGSP, 2005).

نتایج تجزیه تک نشانگری: برای امتیاز تحمل به شوری در مرحله گیاهچگی، 23 نشانگر پیوستگی بسیارمعنی­داری با QTL ها داشتند (جدول 4). از نشانگرهای مستقر در ناحیه Saltol، تنها RM8094 به­ طور بسیار معنی­داری با QTL پیوستگی داشت. نشانگرهای RM3412 و RM493، پیوستگی معنی­داری با QTL نشان ندادند. به جز ناحیه Saltol، کروموزوم­های 3، 6 و 12 بیشترین QTL بسیار معنی­دار را برای این صفت داشتند. برای غلظت پتاسیم در برگ چهارم، نشانگرهای فوقانی Saltol شامل RM243 و RM1 و نشانگرهای RM6349 و RM14298 روی کروموزوم 3 و همچنین 4 نشانگر روی کروموزوم 6 و دو نشانگر روی کروموزوم­های 8 و 12 پیوستگی بالائی باQTL ها نشان دادند و جزو نشانگرهای معنی­دار و بسیار معنی­دار به ­شمار آمدند. حضور مکان­های نشانگری پیوسته با QTL برای این صفت در حالی ­که والدین اختلاف معنی­داری نداشتند، ناشی از تفکیک متجاوز در نتاج است. برای غلظت سدیم در برگ چهارم، بیشترین تعداد QTL یافت شد به  طوری ­که تعداد 29 نشانگر روی کروموزوم­های 1، 3، 6، 8، 10 و 12 با QTL ها پیوستگی داشتند. تعداد 20 نشانگر پیوسته­ با QTL های نسبت سدیم و پتاسیم مکان­یابی شدند که روی کروموزوم­های 1، 6، 7، 8،10 و 12 قرار داشتند. نشانگر RM8094 که از مهم­ترین نشانگرهای پیوسته به Saltol می­باشد، پیوستگی بسیار معنی­داری با QTL نسبت سدیم به پتاسیم در ناحیه Saltol داشت. بدین ترتیب با تجزیه تک­ نشانگری دیدگاه کلی از نحوه کنترل ژنتیکی صفات به دست آمد.

مکان­یابی فاصله ای مرکب: در مجموع، 25 مکان شناسایی شدند که کنترل 4 صفت مورد بررسی را بر عهده داشتند. اکثر QTL های شناسائی­شده در کنترل چند صفت دخالت داشتند. چهارده QTL برای امتیازتحمل به شوری ، 6 عدد برای غلظت پتاسیم، 16 عدد برای غلظت سدیم و 12 عدد برای نسبت سدیم به پتاسیم شناسائی شدند (جدول 5). اثر پلیوتروپی QTL ها یکی از دلایل مشاهده همبستگی­های معنی­دار بین صفات است. با در نظر گرفتن موقعیت QTL های بزرگ ­اثری که عمدتاً برای چند صفت در یک مکان دیده شدند، می­توان چنین عنوان کرد که علاوه بر ناحیهSaltol  روی کروموزوم 1، روی کروموزوم­های 3، 6، 8، 10 و 12 نیز مکان­های تأثیرگذار بر تحمل به شوری در مرحله گیاهچه در FL478 وجود دارد، که سبب تحمل بسیار بالا در این لاین متحمل می­گردند. بیشترین تعداد QTL های بزرگ ­اثر برای K+/Na+ (4 عدد)، سپس غلظت Na+ و امتیاز تحمل به شوری (3 عدد) و سرانجام کمترین آن برای غلظت پتاسیم (2عدد) مشاهده شد که روی کروموزوم­های 1، 3 ، 6 ،10 و 12 قرار داشتند. امتیاز تحمل به شوری در مرحله گیاهچه چهارده QTL برای این صفت روی کروموزوم­های 1، 3، 6، 7، 8 و 12 مکان­یابی شدند، که از بین آن­ها qscor3a بیشترین LOD و بیشترین ضریب تبیین (%20) را داشت (شکل2).

 

 

 

 

 جدول5-  QTL های شناسایی شده برای صفات مرتبط با تحمل به شوری به روش مکان­یابی فاصله‌ای مرکب.

صفت

Trait

QTL

کروموزوم

Chromosome

نشانگرهای مجاور

Flanking Markers

موقعیت

Position

LR

اثر افزایشی

Additive effect

درصد واریانس

Variance Percentage

 

 

 

 

 

امتیاز تحمل به شوری

Standard evaluation Score

qscor1a

1

RM1-RM243

24

34

2.84

3

 

qscor1b

1

RM243-RM8094

41

54

-3.18

15

 

qscor3a

3

RM157-RM203

90

75

-7.66

20

 

qscore3b

3

RM570-RM186

227

48

-2.68

4

 

qscore3c

3

RM186-RM571

256

59

-4.25

7

 

qscore6a

6

RM508-RM170

5

52

-3.42

8

 

qscore6b

6

RM170-RM589

13

51

-1.97

6

 

qscore6c

6

RM549-RM7193

99

86

-6.52

12

 

qscore7

7

RM346-RM18

120

55

-2.35

5

 

qscore8a

8

RM6369-RM223

60

58

-3.2

5

 

qscore8b

8

RM458-RM264

123

43

-2.76

5

 

qscore12a

12

RM7003-RM27877

27

62

-4.26

6

 

qscore12b

12

RM27877-M27993

58

31

-1.17

3

 

qscore12c

12

RM27993-RM163

74

43

-3.27

7

 

 

 

 

 

 

 

غلظت سدیم در برگ چهارم

Sodium Content in 4th leaf

 

qNa1a

1

RM3412-RM10752

71

34

1.40

15

qNa1b

1

RM10701-RM493

90

23

-0.86

9

qNa1c

1

RM11570-RM543

99

22

-1.7

9

qNa3a

3

RM157-RM203

90

17

-0.84

4

qNa3b

3

RM570-RM186

225

15

1.12

7

qNa3c

3

RM186-RM571

258

15

-0.75

3

qNa6a

6

RM508-RM170

5

17

-0.64

5

qNa6b

6

RM549-RM7193

12

16

-0.12

7

qNa6c

6

RM508-RM170

105

23

-1.7

13

qNa8a

8

RM6369-RM223

60

23

-0.02

6

qNa8b

8

RM458-RM264

125

20

-1.05

7

qNa10a

10

RM25271-RM271

15

17

-1.58

14

qNa10b

10

RM271-RM258

53

15

-1.40

5

qNa12a

12

RM7003-RM27877

27

17

-0.78

4

qNa12b

12

RM27877-RM27993

43

24

0.20

3

qNa12c

12

RM7003-RM27877

61

16

-1.31

15

                     

Table 5- Identified QTLs for traits attributed to salinity tolerance by Composite Interval Mapping.


ادامه جدول5- ­QTL های شناسایی شده برای صفات مرتبط به تحمل به شوری به روش مکان­یابی فاصله‌ای مرکب.

 

غلظت پتاسیم در برگ چهارم

Potassium Content in 4th leaf

qK1

1

RM1-RM243

24

15

0.46

6

qK3

3

RM6349-RM14298

15

15.2

0.65

7

qK6a

6

RM508-RM170

5

19

0.12

5

qK6b

6

RM549-RM7193

39

17

-0.82

15

qK8

8

RM6369-RM223

26

28

1.20

16

qK2

12

RM27993-RM163

74

11.5

-0.42

10

 

 

 

نسبت سدیم به پتاسیم

Na+/K+ ratio in 4th leaf

qNaK1a

1

RM243-RM8094

46

40

-2.3

15

qNaK1b

1

RM3412-RM10752

70

64

-0.85

5

qNaK1c

1

RM11570-RM543

110

30

-0.42

4

qNaK6a

6

RM508-RM170

5

37

-1.87

5

qNaK6b

6

RM170-RM589

12

36

-1.20

3

qNaK6c

6

RM549-RM7193

105

34

-0.70

14

qNaK7

7

RM346-RM18

120

28

-1.21

4

qNaK8a

8

RM458-RM264

42

45

-1.7

5

qNaK8b

8

RM6369-RM223

125

21

-2.44

3

qNaK10a

10

RM25022-RM25181

5

31

-1.7

2

qNaK10b

10

RM25181-RM25271

15

40

-2.33

5

qNaK10c

10

RM25271-RM271

46

43

-1.2

16

qNaK10d

10

RM6100-RM333

76

34

-0.75

3

qNaK12

12

RM7003-RM27877

43

46

1.31

17

Cont. Table 5- Identified QTLs for traits attributed to salinity tolerance by Composite Interval Mapping.

 

شکل 2- QTL های مکان­یابی شده برای امتیاز تحمل به شوری در  مرحله گیاهچه.

Figure 2- Identified QTLs for Standard Evaluation scoring at seedling stage.

 

 

1b qscor در ناحیه فوقانی Saltol روی کروموزوم 1 با ضریب تبیین %15 نیز به عنوان QTL بزرگ­اثر شناخته شد. میزان LOD بالا برای صفات می­تواند ناشی از انحراف تفکیکی باشد که به ­علت ژنوتیپ­یابی انتخابی و استفاده از افراد کرانه ای در ژنوتیپ­­ یابی اعمال شده است و با وجود این­که از­ کل داده­های فنوتیپی استفاده شد، اما هنوز وجود اریبی امکان­پذیر است. برای این صفت، اثر افزایشی بین 84/2+ تا 66/7-  متغیر بود. منشاء qsco1a  والد دوره­ای و منشاء سایر QTL ها والد دهنده بود.

وجود یک QTL مرتبط با امتیاز تحمل به شوری در فاصله 9/9 سانتی­مورگان از ابتدای کروموزوم 7  گزارش شد(Gong et al., 1999)، در حالی­که در مطالعه  حاضر یک QTL برای این صفت روی کروموزوم 7 در فاصله 120 سانتی مورگان از ابتدای کروموزوم دیده شد که منشاء آن والد دهنده است. همچنین در پژوهشی دیگر یکQTL  مرتبط با امتیاز تحمل به شوری بر روی کروموزوم 8 در فاصله 3/6 سانتی­مورگان از ابتدای کروموزوم و در نزدیکی RM223 گزارش گردید (Lang et al., 2001). در این پژوهش، دو QTL برای این صفت با مقادیر LOD به ترتیب برابر با 5/12 و 34/9 در موقعیت­های 60 و 123 سانتی­مورگان از ابتدای کروموزوم 8 شناسائی شدند که منشاء هر دو والد دهنده بود.

برای درصد بقاء گیاهچه­ها، 3 عدد QTL روی کروموزوم­های 1، 6 و 7 گزارش شده است که به­ترتیب 18، 17 و 9/13 درصد از تغییرات این صفت را توجیه کردند (Lin et al., 2004). در این مطالعه دو QTL در موقعیت­های 24 و 41 سانتی مورگان روی کروموزوم 1 و تعداد سه QTL روی کروموزوم 6 در موقعیت­های 5، 13 و 99 سانتی­مورگان از ابتدای کروموزوم شناسائی شدند. وجود یک QTL برای بنیه گیاه در مرحله گیاهچه در تنش شوری نیز توسط Flowers and Yeo  (1995) روی کروموزوم 6 و با ضریب تبیین 8/15 گزارش شده است. وجود دو QTL بزرگ اثر برای تحمل به شوری روی کروموزوم­های 1 و 7 توسط Gong و همکاران (1999) گزارش شده است. تفاوت در محل دقیق این QTL ها در مطالعات مختلف، ناشی از وجود جوامع مختلف برای نقشه یابی، نشانگرهای متفاوت و تفاوت در فنوتیپ یابی است.

غلظت پتاسیم در برگ چهارم

شش مکان QTL روی کروموزوم­های 1، 3، 6، 8 و 12 یافت شدند که از این بین qK6b و qK8 به عنوان QTL های بزرگ­اثر شناسائی شدند (شکل3). منشاء qK6b، والد دوره­ای و منشاء qK8، والد دهنده است. میزان اثر افزایشیQTL ها برای این صفت بین 82/0 تا 2/1 برآورد گردید. Gregorio (1997) QTL های کنترل­کننده غلظت پتاسیم را روی کروموزوم­های 1، 4 و 12 شناسائی نمود. در نتیجه QTL مستقر روی کروموزوم 1 در فاصله 7/14 سانتی­مورگان از ابتدای کروموزوم با ضریب تبیین 2/80 درصد و LOD برابر با 23/17 قرار داشت و QTL مستقر روی کروموزوم 4 در ابتدای بازوی کوتاه کروموزوم قرار داشت. یک QTL نیز در فاصله 21/2 سانتی­مورگان از ابتدای کروموزوم 12 با LOD برابر با 26/3 و ضریب تبیین 2/21 گزارش شد. در این پژوهش در فاصله 24 سانتی مورگان از ابتدای کروموزوم 1، یکQTL  با ضریب تبیین 6 درصد و QTL دیگری روی کروموزوم 12 در فاصله 74 سانتی­مورگان از ابتدای کروموزوم با ضریب تبیین 5/11 درصد شناسائی شدند. یکی از دلایل عدم انطباق این نتایج از لحاظ موقعیت کروموزومی با نتایج گریگوریو استفاده از نشانگرها و جمعیت مختلف می­باشد (Gregorio, 1997).

 

 

 

شکل3- QTL های مکان­یابی شده  برای غلظت پتاسیم در برگ چهارم.

Figure 3- Identified QTLs for Potassium Content in 4th leaf.

 

 

در مطالعه Flowers and Yeo (1995) دوQTL  برای غلظت پتاسیم روی کروموزوم­های 6 و 9 مشاهده شد، ولی مکان دقیق آن را گزارش ننمودند. در پژوهش حاضر نیز دو QTL روی کروموزوم 6 در فواصل 5 و 39 سانتی­مورگان از ابتدای کروموزوم شناسائی شدند که به­ترتیب 5 و 15 درصد از تغییرات را توجیه کردند. Koyama   (2001)،  QTL هائی برای این صفت روی کروموزوم 1 در فاصله 74 سانتی­مورگان، کروموزم 4 در فاصله 9/24 و کروموزوم 6 در فواصل 30 و 96 سانتی­مورگان گزارش کرد. Ammar  (2004)، QTL کنترل­کننده این صفت را روی کروموزوم 1 در فاصله 1 سانتی­مورگان از بالای کروموزوم با ضریب تبیین 5/7 درصد مکان­یابی نمود. وی همچنین سه QTL روی کروموزوم 4 در فواصل01/6، 99/10 و 99/14 سانتی­مورگان شناسائی­کرد. Lin و همکاران (2004)، نیز یک QTL برای غلظت پتاسیم روی کروموزوم 1 با ضریب تبیین 1/4 درصد شناسائی کردند.

غلظت سدیم برگ چهارم

          بیشترین تعدادQTL برای غلظت سدیم، در برگ چهارم یافت شد، به­طوری­که 16 عدد QTL روی کروموزوم­های 1، 3، 6، 8،10 و 12 کنترل این صفت را برعهده داشتند (شکل 4).

 

 

شکل4- QTL های مکان­یابی شده برای غلظت سدیم در برگ چهارم.

Figure 4- Identified QTLs for Sodium Content in 4th leaf.

 

 ضمن این­که از این بین کروموزوم­های 10، 6 و 12 بیشترین توجیه تغییرات فنوتیپی را برای این صفت داشتند. qNa1a در ناحیه Saltol ، qNa12c، qNa10a و qNa6c به ترتیب 15، 15، 14 و 13% تغییرات غلظت سدیم را تبیین نموده و با توجه به میزان LOD بالا به­عنوان QTL های بزرگ­اثر شناخته شدند. دو QTL در ناحیه Saltol یافت شدند که منشاء qNa1a، والد دوره­ای و منشاء دومی والد دهنده بود، همچنین QTL مستقر روی بازوی مقابل Saltol در کروموزوم یک از والد دهنده بود. منشاء سایر QTL ها به­جز qNa12b، والد دهنده و میزان اثر افزایشی آن­ها بین 7/1- تا 14/1 + متغیر بود.

تعداد شانزده QTL برای کنترل غلظت یون­های سدیم و پتاسیم در گیاهچه­های برنج با استفاده از نشانگرهای AFLP و جمعیت اینبرد لاین­های نوترکیب حاصل از تلاقی دو لاین والدی متفاوت از نظر انتقال سدیم، گزارش گردید (Flowers and Teo, 1995). این پژوهشگران دوازده QTL روی بازوی کوتاه کروموزوم 6 و چهارQTL  کاملا واضح برای جذب سدیم بالا روی کروموزوم­های 1 و 2 گزارش کردند. Lin (2004) برای غلظت سدیم اندام هوایی دو QTL روی کروموزوم 1 در فواصل 1/36 و 99/30 سانتی­مورگان از ابتدای کروموزوم شناسائی کردند. Koyama  و همکاران (2001) نیز دو QTL برای غلظت سدیم روی کروموزوم 1 در فواصل 56 و 74 سانتی­مورگان با ضرایب تبیین 6/10 و 9/8 درصد مکان­یابی نمودند. در مطالعه حاضر سه QTL در فواصل 71، 90 و 99 سانتی مورگان از ابتدای کروموزوم 1 تشخیص داده شدند که qNa1b در ناحیه Saltol قرار دارد. برای غلظت سدیم اندام هوایی Lin و همکاران (2004) نیز یک QTL با ضریب تبیین 1/16 درصد روی کروموزوم 7 گزارش­کردند، در حالی­که در مطالعه حاضر چنین مکانی برای کنترل این صفت روی کروموزوم 7 مشاهده نشد. Gregorio (1997)، دو QTL روی کروموزوم 3 در فواصل 1/4 و 6/0 سانتی­مورگان از ابتدای کروموزوم با ضرایب تبیین 16 و 1/17 درصد گزارش کرد، در حالی­که در مطالعه حاضر سه QTL در فواصل 90، 225 و 258 سانتی­مورگان از ابتدای کروموزوم 3 برای غلظت سدیم شناسائی شدند. در این پژوهش دوQTL   برای غلظت سدیم برگ در فواصل 15 و 53 سانتی­مورگان از ابتدای کروموزوم10 با ضرایب تبیین 14 و 5 درصد شناسائی شدند.

 

نسبت سدیم به پتاسیم

دوازده مکان ژنی برای نسبت سدیم به پتاسیم روی کروموزوم­های 1، 6، 7، 8، 10 و 12 شناسائی شدند که qNaK1 با ضریب تبیین 15% ، qNaK10c با ضریب %16، qNaK3c با ضریب %14 و qNaK12 با ضریب %17 برای توجیه تغییرات این صفت به عنوان QTL بزرگ­اثر شناخته شدند ( شکل 5).

 

 

 

شکل 5- QTL های مکان­یابی شده در برخی کروموزوم­ها برای نسبت سدیم به پتاسیم.

Figure 5- Identified QTLs for Na+/K+ ratio content in 4th leaf.

 

 

مقدار اثر افزایشی برای این صفت بین 44/2- تا 2/0+ متغیر بود. منشاء همه QTL های بزرگ ­اثر به استثنای qNaK12، والد دهنده بود. مکان qNaK1 در ناحیه فوقانی Saltol قرار دارد و منشاء آن FL478 است. برای نسبت سدیم به پتاسیم QTL های بزرگ ­اثری روی کروموزوم­ 1 (Saltol) و کروموزوم های 10 و 12 به­ترتیب در فواصل 6/65 سانتی­مورگان و 2/21 سانتی­­مورگان از ابتدای کروموزوم توسط Gregorio (1997) شناسائی شد. در این پژوهش سه QTL روی کروموزوم یک در فواصل 46، 70 و 110 سانتی­مورگان از ابتدای کروموزوم مشاهده شدند که qNaK1b با نتیجه Gregorio (1997) مطابقت داشت. همچنین در پژوهش حاضر کروموزوم 10 حاوی چهار QTL برای نسبت سدیم به پتاسیم در فواصل 5، 15، 46 و 76 سانتی­مورگان از ابتدای این کروموزوم بود. در نهایت با استفاده MIM[8]، اپیستازی معنی داری بین QTL های مورد بررسی مشاهده نگردید که بیانگر استقلال آللی QTL های شناسائی شده می باشد و توجیه کننده بیان مستقل ژن های یاد شده در القاء تحمل به شوری می­باشد. برای نسبت سدیم به پتاسیم Lang  و همکاران (2001) یکQTL  در فاصله 3/12 سانتی مورگان از ابتدای کروموزوم 12 با ضریب تبیین 8/8 درصد شناسائی کردند، ولی در پژوهش حاضر QTL مستقر در این کروموزوم برای این صفت در فاصله 43 سانتی­مورگان از ابتدای کروموزوم قرار داشت و 17 درصد از تغییرات آن را توجیه کرد. همچنین این پژوهشگران، یک QTL برای این صفت در فاصله 33 سانتی­مورگان از ابتدای کروموزوم 1 با ضریب تبیین 14/9 درصد وQTL  دیگری در فاصله 7/37 سانتی مورگان از ابتدای کروموزوم 7 گزارش نمودند. یک QTL برای این صفت توسط Koyama  و همکاران (2001) در فاصله 74 سانتی­مورگان از ابتدای کروموزوم 1 شناسائی نمودند که 1/9 درصد از تغییرات آن را توجیه کرد. در این پژوهش یک QTL در فاصله 70 سانتی­مورگان از ابتدای کروموزوم 1 با LOD برابر با 8/15 شناسائی شد که منشاء آن والد دهنده است. به دلیل کاربرد مواد ژنتیکی متفاوت و نقشه­های پیوستگی مختلف نتایج پژوهش های مختلف تطابق دقیقی با هم نشان نمی­دهند. براساس این نتایج، مکان­های مختلفی در ژنوم برنج با اثر بالا برای واکنش به شوری در مرحله گیاهچه وجود داشتند. این مسأله تا حدی بر پیچیدگی فرآیند اصلاح به کمک نشانگر تاکید دارد. به نظر می رسد که تحمل بالای FL478، عمدتاً ناشی از QTL هائی غیر از Saltol می­باشد. بنابراین، در روش اصلاح به کمک نشانگر با استفاده از FL478 به عنوان یکی از متحمل­ترین لاین­های اصلاحی والدی، بهتر است هرم سازی ژن­ها مدنظر قرار گیرد.

 

منابع

1-  Ammar MHM (2004) Molecular mapping of salt tolerance in rice. Ph.D. Thesis of Plant Breeding, Indian Agricultural Research Institute,New Delhi,India.

2-  Flowers TJ, Koyama ML, Flowers SA, Sudhaker C, Singh KP, Yeo AR (2000) QTL: their place in engineering tolerance of rice to salinity. Journal of Experimental Botany 51:99-106.

3-  Flowers TJ,YeoAR(1995) Breeding for salinity resistance in crop plants. Australian Journal of Plant Physiology 22:875-884.

4-  Fotokian M (2005) QTL analysis of genes related to salinity tolerance and grain quality in rice. PhD dissertation,TehranUniversity.

5-  Gong JM, He P, Qian QA, Shen LS, Zhu LH, Chen SY (1999) Identification of salt-tolerance QTL in rice.ChinaScience Bullitten 4:68-71.

6-  Gregorio GB (1997) Tagging salinity tolerance genes in rice using Amplified Fragment Length Polymorphism (AFLP). PhD Thesis,UniversityofPhilippines,LosBaños,Philippines.

7-  Gregorio GB, Senadhira D, Mendoza RD (1997) Screening rice for salinity tolerance, IRRI Discussion Paper Series No. 22. International Rice Research Institute,LosBaños,Philippines.

8-  IRGSP (International Rice Genome Sequencing Project) (2005) The map-based sequence of the rice genome. Nature 436:793-800.

9-  Koyama ML, Levesley A, Koebner RMD, Flowers TJ, Yeo AR (2001) Quantitative trait loci for component physiological traits determining salt tolerance in rice. Plant Physiology 125:406-422.

10-  Lang NT, Yanagihara S, and Buu BC ( 2001) QTL analysis of salt tolerance in rice (Oryza sativa L.). SABRAO Journal of Breeding and Genetics 33:11-20.

11-  Lin, HX, Zhu MZ, Yano M, Gao JP, Liang ZW, Su WA, Hu XH, Ren H and Chao DY (2004) QTLs for Na+and K+ uptake of the shoots and roots controlling rice salt tolerance. Theoretical and Applied Genetics 108: 253-260.

12-  Mitsuya, S, Katsuya Y., Kawasaki M., Taniguchi M. and Miyake H. (2002) Relationship between the Distribution  of Na+ and the Damages caused by salinity in the leaves of rice seedling growth under a saline condition,  Plant Production Science, 5: 269-274.

13-  Mohammadi-Nejad G, Arzani A,  Rezaie AM, Singh RK and Gregorio GB 2008 Assessment of rice genotypes for salt tolerance using micro satellite markers associated with the Saltol QTL,  African Journal of Biotechnology. 7:730-736.

14-  Mohammadi-Nejad G, Singh RK, Arzani A, Rezaie AM, Sabouri H, and Gregorio GB (2010) Evaluation of salinity tolerance in rice genotypes. International Journal of Plant Production 4:199-208.

15-  Pazira A (1986) an overview on salinity and sodicity of soils and lands, evaluation methods, improvement and its assessments. national Institute of soil and water.

16-  Szaboles I (1989) Salt-Affected Soils. CRC Press,Florida.

17-  Tanji KK (1990) In: Tanji KK ed., Agricultural Salinity Assessment and Management. Amer. Soc. Civil Engineers, N.Y.

 


Mapping of quantitative genes controlling Na+ and K+ content in Rice under salinity

 

*Ghasem Mmohammadi-Nejad1, Rakesh Kumar Singh2, Ahmad Arzani3 , AbdolMajid Rezaie3, Hossein Sabouri4, Mohammad Mahdi Majidi3,  Mohammad Hossein Fotokian5, Ali Moumeni 6 and Glen B. Gregorio2

 

1-       Dep. of Agronomy and Plant Breeding, Collegeof Agriculture, ShahidBahonarUniversityof Kerman, KermanP.O.Box, 76169-133, Email: Mohammadinejad@mail.uk.ac.ir

2-       Plant Breeding, Genetics and Biotechnology Division – International Rice Research Institute, (IRRI), LosBanos-Laguna-Philippines.

3-       Dep. of Agronomy and Plant Breeding,CollegeofAgriculture,IsfahanUniversityof Technology

4-       Dep. of Agronomy and Plant Breeding,CollegeofAgriculture,GonbadHighEducationCenter

5-       Dep. of Agronomy and Plant Breeding,CollegeofAgriculture, Shahed University- Tehran

6-       Rice Research Institute ofIran,Rasht-Iran

 

 

Abstract

To identify the QTLs responsible for salinity tolerance in tolerant line (FL478), 2350 BC3F4 lines derived from IR29×FL478 were used at IRRI during 2005-2007. Significant differences among back cross families were found for salinity tolerance scoring, sodium and potassium concentration and their ratio. The results showed that the low ratio for Na+/K+ in FL478 is mainly through lower amount of Na+ uptake rather than high amount of K+.  Selective Genotyping with 500 extreme individuals indicated that the highest and lowest number of QTLs for Na+ and K+, respectively. The result of QTL mapping by SSR markers using 500 extremes individuals showed the highest and lowest number of QTLs for Na+ and K+ respectively. Composite interval mapping analysis revealed that in addition to chromosome 1, there are major QTLs on chromosomes 6, 8, 10 and 12 for salinity tolerance at seedling stage in rice. In the Saltol region, one QTL was found for Na+ concentration while for the other traits the QTLs were found in the upper part of Saltol region.  Major QTLs responsible for salinity tolerance scoring were located on chromosomes 1, 3 and 6. For Na+ concentration and Na+/K+ ratio, chromosomes 1, 3, 6, 10 and 12 contained the major QTLs which mainly originated tolerant parent. The epistatic effects were not found for any of detected major QTLs. Based on the present results, breeding methods for QTLs pyramiding using marker-assisted selection could be very useful for the development of new varieties with a high level of salt tolerance by targeting several major QTLs for salt-tolerance using FL478.

 

Key words: FL478, Na+/ K+ ratio, QTL, Rice, Salinity tolerance, Selective genotyping

 

 

 

 

 



* نویسنده مسئول: قاسم محمدی ن‍ژاد               تلفن: 03413202639                   Mohammadinejad@mail.uk.ac.ir : Email

[1] Simple Sequence Repeat

[2] Simple Sequence Length Polymorphism

[3] Styrofoam

[4] Yoshida

[5] Interval Mapping

[6]  Composite Interval Mapping

[7] Transgressive segregation

[8] - Multiple Interval Mapping

* Corresponding author: Ghasem Mmohammadi-Nejad               Email: Mohammadinejad@mail.uk.ac.ir

1-  Ammar MHM (2004) Molecular mapping of salt tolerance in rice. Ph.D. Thesis of Plant Breeding, Indian Agricultural Research Institute,New Delhi,India.
2-  Flowers TJ, Koyama ML, Flowers SA, Sudhaker C, Singh KP, Yeo AR (2000) QTL: their place in engineering tolerance of rice to salinity. Journal of Experimental Botany 51:99-106.
3-  Flowers TJ,YeoAR(1995) Breeding for salinity resistance in crop plants. Australian Journal of Plant Physiology 22:875-884.
4-  Fotokian M (2005) QTL analysis of genes related to salinity tolerance and grain quality in rice. PhD dissertation,TehranUniversity.
5-  Gong JM, He P, Qian QA, Shen LS, Zhu LH, Chen SY (1999) Identification of salt-tolerance QTL in rice.ChinaScience Bullitten 4:68-71.
6-  Gregorio GB (1997) Tagging salinity tolerance genes in rice using Amplified Fragment Length Polymorphism (AFLP). PhD Thesis,UniversityofPhilippines,LosBaños,Philippines.
7-  Gregorio GB, Senadhira D, Mendoza RD (1997) Screening rice for salinity tolerance, IRRI Discussion Paper Series No. 22. International Rice Research Institute,LosBaños,Philippines.
8-  IRGSP (International Rice Genome Sequencing Project) (2005) The map-based sequence of the rice genome. Nature 436:793-800.
9-  Koyama ML, Levesley A, Koebner RMD, Flowers TJ, Yeo AR (2001) Quantitative trait loci for component physiological traits determining salt tolerance in rice. Plant Physiology 125:406-422.
10-  Lang NT, Yanagihara S, and Buu BC ( 2001) QTL analysis of salt tolerance in rice (Oryza sativa L.). SABRAO Journal of Breeding and Genetics 33:11-20.
11-  Lin, HX, Zhu MZ, Yano M, Gao JP, Liang ZW, Su WA, Hu XH, Ren H and Chao DY (2004) QTLs for Na+and K+ uptake of the shoots and roots controlling rice salt tolerance. Theoretical and Applied Genetics 108: 253-260.
12-  Mitsuya, S, Katsuya Y., Kawasaki M., Taniguchi M. and Miyake H. (2002) Relationship between the Distribution  of Na+ and the Damages caused by salinity in the leaves of rice seedling growth under a saline condition,  Plant Production Science, 5: 269-274.
13-  Mohammadi-Nejad G, Arzani A,  Rezaie AM, Singh RK and Gregorio GB 2008 Assessment of rice genotypes for salt tolerance using micro satellite markers associated with the Saltol QTL,  African Journal of Biotechnology. 7:730-736.
14-  Mohammadi-Nejad G, Singh RK, Arzani A, Rezaie AM, Sabouri H, and Gregorio GB (2010) Evaluation of salinity tolerance in rice genotypes. International Journal of Plant Production 4:199-208.
15-  Pazira A (1986) an overview on salinity and sodicity of soils and lands, evaluation methods, improvement and its assessments. national Institute of soil and water.
16-  Szaboles I (1989) Salt-Affected Soils. CRC Press,Florida.
17-  Tanji KK (1990) In: Tanji KK ed., Agricultural Salinity Assessment and Management. Amer. Soc. Civil Engineers, N.Y.