تجزیه ژنتیکی-مولکولی ابعاد دانه برنج در جمعیت لاین‌های نوترکیب تلاقی عنبربو × سپیدرود با استفاده از نشانگرهای SSR و AFLP

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

چکیده

در ایران کیفیت برنج عموماً اهمیت بیشتری نسبت به عملکرد دارد، بنابراین اصلاح ارقام برنج از لحاظ کیفیت جایگاه مهمی را دارا می­باشد. در پژوهش حاضر به منظور بررسی ساختار ژنتیکی و مکان­یابی ژن­های کنترل کننده خصوصیات ظاهری دانه برنج، از 96 لاین اینبرد نوترکیب (نسل هشتم) حاصل از تلاقی ارقام عنبربو × سپیدرود استفاده شد. برای تشکیل نقشه پیوستگی ابتدا تعداد 365 نشانگر ریزماهواره و 35 ترکیب آغازگری AFLP در والدین مورد ارزیابی قرار گرفتند. سپس از 124 نشانگر ریزماهواره و 21 ترکیب آغازگری AFLP که 263 نوار چندشکل و واضح تولید کرده بودند برای تعیین ژنوتیپ کل افراد جمعیت استفاده شد. نقشه ژنتیکی حاصل با تعداد کل 387 نشانگر، 4/1950 سانتی­مورگان از ژنوم برنج را پوشش دادند. مکان­یابی فاصله­ای مرکب بر روی صفات کیفی ظاهری برنج، تعداد 13 QTL برای هشت صفت شناسایی نمود. از این تعداد هشت QTL، بیش از 15 درصد از تغییرات صفات موردنظر را توجیه نمودند. برای وزن تک دانه پخته شده،  دو QTL، طول و عرض برنج سفید، بترتیب سه و یک QTL، شکل دانه خام و پخته شده به ترتیب دو و سه QTL و برای طول و عرض برنج پخته شده بترتیب سه و یک QTL شناسایی شد. با توجه به پایدار بودن جمعیت مکان­یابی مورد استفاده، انتظار می­رود بتوان با اطمینان بیشتری از QTLهای شناسایی شده در برنامه­های انتخاب به کمک نشانگر و مکان­یابی دقیق استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Molecular-genetic analysis of rice grain dimension in recombinant inbreed lines of cross of Anbarbu × Sepidroud

نویسندگان [English]

  • Hossein Sabouri
  • Ahmad Reza Dad Ras
  • Atefeh Sabouri
  • Mahnaz Katouzi
چکیده [English]

Generally in Iran rice quality has more importance relative to yield. Therefore, breeding of rice cultivars for quality has priority. In the present study, in order to investigate genetic structure and QTL mapping of physical properties of rice grain were used 96 recombinant inbred lines (F8) of derived from Anbarbu × Sepidroud cross. To construct of linkage map, was performed parental survey using 365 microsatellite markers and 35 AFLP primer combinations. Then, 124 microsatellite markers and 21 AFLP primer combinations produced 263 clear and polymorph bands were used to determine genotype of whole population. The constructed genetic map using 387 markers covered 1950.4 cM of rice genome. Combined interval mapping on rice quality traits identified 13 QTLs for eight traits of  which eight QTLs explained more than 15 percent of phenotype variance of given characteristics. There were two QTLs for grain weight and cooked grain weight. For grain length and width three and one QTLs were found, respectively. We found two and three QTLs for grain shape and cooked grain shap and three and one QTLs for cooked grain length and width, respectively. Considering of the stability of the mapping population it is expected that identified QTLs may be used with more confidence in marker assisted selection and fine mapping.

کلیدواژه‌ها [English]

  • AFLP
  • Mapping
  • microsatellite
  • rice
  • Quality

اصل مقاله

تجزیه ژنتیکی-مولکولی ابعاد دانه برنج در جمعیت لاین­های نوترکیب تلاقی عنبربو × سپیدرود با استفاده از نشانگرهای SSR و AFLP

حسین صبوری*1، احمدرضا دادرس2، عاطفه صبوری3، مهناز کاتوزی4

1دانشیار گروه تولیدات گیاهی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه گنبد کاووس

2دانشجوی دکتری اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه گیلان

3استادیار گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه گیلان

4کارشناس ارشد زراعت و دانشجوی کارشناسی ارشد اصلاح نباتات دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

تاریخ دریافت: 02/10/1391، تاریخ پذیرش: 07/03/1393

 

چکیده

در ایران کیفیت برنج عموماً اهمیت بیشتری نسبت به عملکرد دارد، بنابراین اصلاح ارقام برنج از لحاظ کیفیت جایگاه مهمی را دارا می­باشد. در پژوهش حاضر به منظور بررسی ساختار ژنتیکی و مکان­یابی ژن­های کنترل کننده خصوصیات ظاهری دانه برنج، از 96 لاین اینبرد نوترکیب (نسل هشتم) حاصل از تلاقی ارقام عنبربو × سپیدرود استفاده شد. برای تشکیل نقشه پیوستگی ابتدا تعداد 365 نشانگر ریزماهواره و 35 ترکیب آغازگری AFLP در والدین مورد ارزیابی قرار گرفتند. سپس از 124 نشانگر ریزماهواره و 21 ترکیب آغازگری AFLP که 263 نوار چندشکل و واضح تولید کرده بودند برای تعیین ژنوتیپ کل افراد جمعیت استفاده شد. نقشه ژنتیکی حاصل با تعداد کل 387 نشانگر، 4/1950 سانتی­مورگان از ژنوم برنج را پوشش دادند. مکان­یابی فاصله­ای مرکب بر روی صفات کیفی ظاهری برنج، تعداد 13 QTL برای هشت صفت شناسایی نمود. از این تعداد هشت QTL، بیش از 15 درصد از تغییرات صفات موردنظر را توجیه نمودند. برای وزن تک دانه پخته شده،  دو QTL، طول و عرض برنج سفید، بترتیب سه و یک QTL، شکل دانه خام و پخته شده به ترتیب دو و سه QTL و برای طول و عرض برنج پخته شده بترتیب سه و یک QTL شناسایی شد. با توجه به پایدار بودن جمعیت مکان­یابی مورد استفاده، انتظار می­رود بتوان با اطمینان بیشتری از QTLهای شناسایی شده در برنامه­های انتخاب به کمک نشانگر و مکان­یابی دقیق استفاده نمود.

کلمات کلیدی: برنج، ریزماهواره، کیفیت، مکان­یابی، AFLP.



مقدمه

در اصلاح ارقام برنج، کیفیت دانه همیشه بعد از عملکرد مورد توجه محققان بوده است. در ایران کیفیت برنج عموماً اهمیت بیشتری نسبت به عملکرد داشته و ذائقه ایرانی برنج­های معطر با طول دانه بلند و عرض دانه کم را ترجیح می­دهد. با گسترش علم ژنتیک مولکولی، امروزه برای اصلاح صفات پیچیده­ایی مانند کیفیت از نشانگرهای مولکولی به عنوان ابزار جدیدی برای تکمیل روش­های اصلاح نباتات کلاسیک استفاده می­شود تا باعث افزایش کارایی در مکان­یابی و نشانمند کردن ژن­ها شده و امکان بررسی ارتباط ژنتیکی بین گونه­ها را فراهم آورد. در مکان­یابی ژن­های کنترل کننده صفات کمی، شناسایی QTLها یا جایگاه­های ژنومی کنترل کننده صفات کمی از جمله صفات مرتبط با کیفیت دانه و برآورد پارامترهای ژنتیکی آنها به به­نژادگر این امکان را می­دهد تا ارزیابی دقیقی از تک تک ژن­های کنترل کننده این صفات داشته و روش­های صحیحی را در اصلاح این صفات به کار گیرد (Dong, et al., 2004).  

مطالعات روی جمعیت­های برنج ایرانی در زمینه مکان­یابی صفات کمی گزارش شده است (Sabouri, et al., 2012 و Sabouri et al., 2013). اولین پژوهش در زمینه شناسایی QTLها در ارقام برنج ایرانی، توسط Rabiei et al., (2004) انجام شد که QTLهای کنترل کننده طول، عرض و شکل دانه برنج را در یک جمعیت 2F حاصل از تلاقی ارقام ایرانی شناسایی و 18 QTL کنترل کننده این صفات را مکان­یابی نمود. Lee et al., (2000) توانستند QTLهای کنترل کننده طول، عرض، نسبت طول به عرض و ضخامت دانه را در لاین­های اینبرد نوترکیب مورد مطالعه قرار دادند و با استفاده از نشانگرهایAFLP  و  SSRتوانستند دو QTL برای عرض دانه روی کروموزوم 8، چهار QTL برای ضخامت دانه روی کروموزوم­های 3، 7، 8 و 11 و دو QTL روی کروموزوم­های 5 و 10 برای نسبت طول به عرض دانه شناسایی کنند. برای طول دانه هیچ QTLی ردیابی نشد. همچنین Yan et al., (2003) برای طول دانه یک  (qGL-12) QTL در حد فاصل نشانگرهای RM270-RM101 روی کروموزوم 12 با میزان توجیه تغیـیرات فنوتیپی 7/16 درصد، دو QTL (qGW-2 و qGW-3)، روی کروموزوم­های 2 و 3 برای عرض دانه به ترتیب در حد فاصل نشانگرهای RM154-RM211 و RM257-RM175 با میزان توجیه 5/11 و 6/16 درصد از تغییرات فنوتیپی و سه QTL (qLW-6، qLW-2 و qLW-7)، برای شکل دانه (نسبت طول به عرض دانه) روی کروموزوم­های 2، 6 و 7 به ترتیب با میزان توجیه تغییرات فنوتیپی 7/12، 5/11 و 3/18 درصد شناسایی نمایند.

در پژوهش Li et al., (2004) دو QTL kl3) و(kl10 به ترتیب با نشانگرهای RZ251 و RZ421 برای طول دانه روی کروموزوم­های 3 و 10، یک QTL (kw12) با نشانگر RM247 برای عرض دانه روی کروموزوم 12 و یک QTL (ke3) با نشانگر RZ251 برای طویل شدن بعد از پخت دانه­ها روی کروموزوم 3 و دو QTL ac6)  و (ac12 با نشانگرهای RG653 و RG574 برای مقدار آمیلوز روی کروموزوم­های 6 و 10 تفرق همزمان نشان دادند.

در مطالعه­ای Zhou et al., (2006) اساس ژنتیکی صفات مرتبط با کیفیت دانه برنج از جمله اندازه و شکل دانه برنج را با استفاده از نشانگرهای SSR و CAPS در جمعیت 2F و 2F2BC مورد مطالعه قرار دادند و توانستند یک ژن بزرگ اثر کنترل کننده طول دانه به نام LK-4(t) را مکان­یابی کنند. آنها این مکان ژنی را با استفاده از نشانگرهای P1-EcoRV، P2-SacI و P3-MboI روی کروموزوم 3 و نزدیک به سانترومر نشانمند کردند. LK-4(t) بین نشانگرهای P1-EcoRV و P2-SacI و به ترتیب با فاصله ژنتیکی 9/0 و 5/0 سانتی­مورگان از دو نشانگر مکان­یابی شد. در تحقیقی دیگرXiao et al., (2006)  با استفاده از جمعیت لاین­های اینبرد نوترکیب حاصل از تلاقی بین Asominori (japonica) و IR24 (indica) در بررسی بر روی ابعاد دانه در دو محیط، مجموعاً 10 QTL برای طول، عرض و شکل دانه روی کروموزوم­های 1، 2، 3، 5 و 7 شناسایی کردند که از 0/7 تا 6/36 درصد از تنوع فنوتیپی صفات را توجیه کرد. همچنینAmarawathi et al., (2008)  توانستند QTLهای کنترل کننده طول، عرض و شکل دانه grl7-1، grb7-1 و lbr7-1 در حد فاصل نشانگرهای RM11 و RM505 و grl-2، grb7-2 و lbr7-2 در حد فاصل نشانگرهای RM505 و RM336 قرار داشتند و یک QTL دیگر برای طول دانه روی کروموزوم 1 و در حد فاصل نشانگرهای RM431 و RM104 قرار داشت. آنها عنوان کردند که نواحی یکسانی کنترل طول و عرض دانه را بر عهده دارند و احتمالاً QTLهای کنترل کننده شکل دانه یا نسبت طول به عرض دانه با QTLهای مؤثر بر اجزای تشکیل دهنده آن مطابقت می­کند.

به منظور مکان­یابی QTLهای کنترل کننده 16 صفت زراعی و مرتبط با کیفیت دانه، در پژوهشی Sabouri et al., (2010)، از جمعیت متشکل از 236 خانواده 2:3F حاصل از تلاقی ارقام غریب و سپیدرود استفاده کردند. نقشه پیوستگی حاصل از 105 نشانگر ریزماهواره، 7/1440 سانتی­مورگان از ژنوم برنج را با فاصله متوسط 73/13 سانتی­مورگان بین دو نشانگر مجاور پوشش داد. برای صفات ظاهری دانه به ترتیب سه، یک و دو QTL  برای عرض، طول و شکل دانه شناسایی شد. با وجود اینکه تحقیقات زیادی در زمینه مکان­یابی QTLهای مرتبط با کیفیت دانه صورت گرفته است اما تاکنون گزارشی با استفاده از جمعیت پایدار لاین­های اینبرد نوترکیب صورت نگرفته است. لذا در پژوهش حاضر برای نخستین بار از جمعیت لاین­های اینبرد نوترکیب عنبربو × سپیدرود برای مکان­یابی QTLهای مرتبط با ابعاد دانه برنج استفاده شده است. والد عنبربو یکی ارقام بومی و دارای طول، وزن، و شکل دانه کمتر و عرض دانه بیشتر از رقم سپیدرود است که یک رقم اصلاح شده می­باشد.

 

مواد و روش ها

تهیه جمعیت مکان­یابی

به منظور بررسی ساختار ژنتیکی ژن­های کنترل کننده خصوصیات فیزیکی دانه برنج از 96 لاین حاصل از جمعیت لاین­های نوترکیب نسل هشتم ارقام عنبربو × سپیدرود استفاده شد. توسعه جمعیت برای تهیه تولید رگه­های نوترکیب در مزرعه پژوهشی دانشگاه گنبد کاووس صورت گرفت. 

 

استخراج DNA

استخراج DNA ژنومی به روش CTAB تغییر یافته (Saghai Maroof et al., 1994) در آزمایشگاه ژنتیک دانشگاه گنبد کاووس انجام شد. کمیت و کیفیت DNA استخراج شده با کمک ژل آگارز یک درصد تعیین گردید.

 

تهیه نقشه ژنتیکی

برای تهیه نقشه ژنتیکی از نشانگرهای ریزماهواره و AFLP و نرم­افزارQTX17  Map Manager (Manly and Olson, 1999) استفاده شد. سپس برای مکان­یابی صفات به نرم­افزار2.5  QTL Cartographer (Basten et al., 1997) منتقل شد.

 

نشانگرهای ریزماهواره

آغازگرهای  ریزماهواره مورد استفاده از نقشه­های ژنتیکی ارائه شده توسط Chen et al., (1997)، Temnykh et al., (2000) و McCouch et al., (2002) انتخاب شدند. به منظور تشخیص آغازگرهای چندشکل، ابتدا واکنش زنجیره­ای پلیمراز تنها برای DNAی والدینی (عنبربو و سپیدرود) برای 365 جفت نشانگر انجام شد. از این تعداد 136 آغازگر چندشکل تشخیص داده شدند. در مرحله بعد نمونه­های DNA لاین­های نوترکیب با استفاده از 124 آغازگر چندشکل که نواربندی واضح­تری داشتند، تکثیر شدند و فرآورده­های حاصل به منظور تعیین ژنوتیپ افراد الکتروفورز شدند.

 

نشانگرهای AFLP

روشAFLP مطابق روش وس و همکاران (Vos et al. , 1995) انجام شد. پانصد نانوگرم از DNA ژنومی با پنج واحد از آنزیم های محدودگر  EcoRIو MseI به مدت سه ساعت در دمای 37 درجه سانتیگراد  مورد هضم قرار گرفتند. در ادامه سازگارسازهای EcoRI و MseI به مدت دوساعت در دمای 37 درجه سانتیگراد و یک ساعت در دمای 20 درجه سانتیگراد  به انتهای DNA برش یافته متصل شدند سپس در مرحله بعد نمونه­های حاصل از مرحله قبل به نسبت 15:1 رقیق شدند و با آغازگرهای EcoRI و MseI واجد یک نوکلئوتید در انتخابی انتهای'3 با توالی­های زیر

MseI:آغازگر  5’-GATGAGTCCTGAGTAAA-3’
EcoRI :آغازگر 5’-GACTGCGTACCAATTCA- 3’

مورد تکثیر پیش انتخابی قرار گرفتند. چرخه­های حرارتی در این مرحله به تعداد 30 بار و با برنامه 94 درجه سانتیگراد به مدت 30 ثانیه، 60 درجه سانتیگراد به مدت 30 ثانیه، 72 درجه سانتیگراد به مدت 60 ثانیه بود. سپس محصولات حاصل از تکثیر پیش انتخابی به نسبت 10:1 رقیق شده و با 21 ترکیب (از 35 ترکیب آغازگری) دارای 2 نوکلئوتید انتخابی در انتهای '3 (علاوه بر یک نوکلئوتید در پیش تکثیر) تحت چرخه حرارتی Touch down شامل سه مرحله دمایی مختلف تکثیر شدند.  فراورده­های واکنش زنجیره­ای پلیمراز با استفاده از الکتروفورز ژل پلی­اکریل­آمید واسرشته­ساز شش درصد تفکیک و با روش نیترات نقره رنگ آمیزی شدند.

 

اندازه­گیری صفات برای تعیین فنوتیپ

برای اندازه­گیری صفات مربوط به کیفیت دانه برنج، ابتدا تمامی دانه­های هر بوته جداگانه برداشت شد و پس از جداکردن شلتوک­ از ساقه و خوشه، پوست­کنی شلتوک طی دو مرحله برای تهیه برنج قهوه­ای و برنج سفید انجام شد. در این فرایند طول، عرض و شکل دانه سفید ثبت شد. برای اندازه‌گیری این دو صفت از هر لاین، 10 بوته و از هر بوته 10 دانه سالم به ‌طور تصادفی انتخاب شد و طول و عرض آنها به کمک دستگاه بینوکولار با دقت 1/0 میلی­متر اندازه‌گیری شد. همچنین از تقسیم طول برنج به عرض برنج سفید شکل‌ دانه سفید ثبت شد. برای ثبت طویل­شدن و عریض­شدن دانه پس از پخت ابتدا دانه‌ها در یک لوله آزمایش ریخته شدند و مقدار 20 میلی‌لیتر آب مقطر به آن افزوده شد. پس از نیم ساعت که دانه­ها به خوبی خیس خوردند، عمل پخت دانه­ها انجام شد. به این ترتیب که لوله­ها به مدت 10 دقیقه در حمام آب گرم °C100 قرار داده شد. آنگاه نمونه­ها از آب خارج شدند و پس از 5 دقیقه نگهداری در هوای اطاق بوسیله همان دستگاه طول و عرض دانه‌ها ثبت شد. از تقسیم طول برنج پخته به طول برنج خام، نسبت افزایش طول یا طویل شدن دانه بدست آمد و از تقسیم عرض برنج پخته به عرض برنج خام میزان عریض شدن دانه محاسبه شد.

 

تجزیه داده­ها

بعد از ارزیابی صفات زراعی و صفات کیفی مورد مطالعه، ابتدا آزمون نرمال بودن داده­ها (آزمون چولگی و کشیدگی) انجام شد و در صورت معنی­دار بودن آنها، تبدیل داده مناسب انجام شد. پس از اطمینان از نرمال بودن توزیع تمامی داده­ها، QTLهای کنترل کننده صفات با استفاده از نرم­افزار QTL Cartographer (Basten et al., 1997) شناسایی شدند. همچنین نشانگرهای پیوسته با QTLهای کنترل کننده صفات به همراه اثر ژنتیکی افزایشی و میزان تبیین تغییرات فنوتیپی صفات توسط هر یک از QTLهای کنترل کننده صفات برآورد شدند. روش­های آماری تجزیه QTL مکان­یابی فاصله­ای مرکب بود. نقطه­ای که واجد بالاترین مقدار LOD بود به عنوان ناحیه با بیشترین احتمال وجود QTL شناسایی شد و از آستانه 5/2=LOD برای شناسایی QTLها استفاده شد. سپس جایگاه دقیق QTL نسبت به نشانگرهای طرفین برحسب سانتی­مورگان تعیین شد.

 

 

جدول 1- ترکیبات آغازگری استفاده شده در تجزیه AFLP

Table 1: Primer combinations used for AFLP analysis

 

EcoRI آغازگرهای

EcoRI Primers

 

MseI آغازگرهای

MseI Primers

نام

Name

DNA توالی

DNA Sequence

نام

Name

DNA توالی

DNA Sequence

E060          

GACTGCGTACCAATTCAAG

M140   

GATGAGTCCTGAGTAAAAC

E070

GACTGCGTACCAATTCAAT

M150

GATGAGTCCTGAGTAAAGA

E080

GACTGCGTACCAATTCACG

M160

GATGAGTCCTGAGTAAAGT

E090

GACTGCGTACCAATTCACT

 

 

E100

GACTGCGTACCAATTCAGT

 

 

E110

GACTGCGTACCAATTCATC

 

 

E120

GACTGCGTACCAATTCATT

 

 

 

 


نتایج و بحث

شکل­ 1 توزیع فراوانی ارزش­های فنوتیپی صفات مرتبط با کیفیت مورد مطالعه در لاین­های خالص نوترکیب را بصورت نمودار ستونی (هیستوگرام) همراه با منحنی نرمال و ارزش­های والدینی نشان می­دهند. همان­طور که مشاهده می­شود، توزیع فنوتیپی صفات به صورت پیوسته است. جدول 2 نیز میانگین صفات مورد بررسی در والدین و لاین­های نوترکیب جمعیت عنبربو × سپیدرود را نشان می­دهد. همانگونه که مشاهده می­شود، میانگین لاین­های اینبرد نوترکیب برای تمامی صفات در حد واسط میانگین والدین قرار دارند.

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


شکل 1-نمودار ستونی صفات مورد بررسی در جمعیت عنبربو × سپیدرود و موقعیت والدین روی آنها.

Figure 1- Histogram of studied traits in Anbarbu×Spidroud population and parent situation


همبستگی بین صفات

اگرچه مقادیر ضریب همبستگی بین صفات بسیار بالا نبود، اما تعدادی از آنها معنی­دار برآورد شدند (جدول 3). این تجزیه نشان داد همبستگی بین وزن دانه با طول دانه، وزن دانه پس از پخت، طول دانه پس از پخت و طویل شدن دانه رابطه مثبت و معنی­دار داشت. همبستگی بین طول دانه با کلیه صفات به جز عرض دانه مثبت بود. همبستگی بین طویل شدن دانه با کلیه صفات به جز عرض دانه مثبت بود.

 

 

 

جدول 2-  میانگین صفات مورد بررسی در والدین و لاین­های نوترکیب جمعیت عنبربو × سپیدرود

Table 2: Mean of measured traits for parent and recombinant inbreed lines of Anbarbu × Sepidroud population

 

  والدینParent

لاین­های اینبرد نوترکیب

recombinant inbreed lines

 

 

عنبربو

Anbarbu

سپیدرود

Sepidroud

 

  وزن دانه Grain weight

2.2

2.9

2.2

 طول دانه Grain lenght

6.1

7.5

6.8

عرض دانه  Grain width

2.4

1.6

2.1

شکل دانه  Grain shape

2.5

4.7

3.3

وزن دانه پس از پخت Cooked grain weight

5.4

5.9

4.4

طول دانه  پس از پخت Cooked grain lenght

11.4

11.2

11.3

Cooked grain width عرض دانه پس از پخت

4.9

2.9

4.6

شکل دانه پس از پخت  Cooked grain shape

3.2

4.3

4.2

 


نقشه ژنتیکی

به منظور تهیه نقشه پیوستگی، از 263 نشانگر AFLP و 124 نشانگر SSR چندشکل که نواربندی کاملاً واضح داشته و از لحاظ آماری با تفرق مندلی مطابقت داشتند، استفاده شد. نشانگرها به دوازده گروه پیوستگی معادل با دوازده کروموزوم برنج منتسب شدند. در کل نقشه پیوستگی حاصل، 4/1950 سانتی­مورگان از ژنوم برنج را پوشش داد و فاصله بین نشانگرها به طور متوسط 04/5 سانتی­مورگان بدست آمد (شکل 2). از آنجایی­که میانگین فاصله بین دو نشانگر کمتر از 20 سانتی­مورگان (حد آستانه­ای که لندر و بوتستین (Lander & Botestein, 1989) پیشنهاد نمودند، بود از این نقشه برای مکان­یابی QTL استفاده شد. برای تهیه نقشه ژنتیکی با استفاده از نرم افزار Map Manager (Manly & Olson, 1999)، ترتیب نشانگرهای SSR با نقشه­های موجود در برنج (Chen et al.,1997; Temnykh et al., 2000; McCouch et al., 2002) مطابقت داشت.

 

تجزیه QTL

نتایج تجزیه QTL در مورد صفات کیفیت فیزیکی دانه منجر به شناسایی مجموعاً 13 QTL شد که در جدول 4 و همچنین شکل 2 آورده شده است. برای طول دانه سه QTL روی کروموزوم­های 1 و 2 (دو QTL) شناسایی شد. در همه QTLهای ردیابی شده آلل­های والد عنبربو باعث کاهش طول دانه شدند. سه QTLتشخیص داده شده در مجموع توانستند بیش از 40 درصد تغییرات مربوط به طول دانه را توجیه نمایند. برای صفت عرض دانه تنها یک QTL روی کروموزوم­ 1 شناسایی شد که 10/10 درصد از تغییرات فنوتیپی این صفت را توجیه کرد. این QTL در حد فاصل نشانگر RM312-EO60M1401 قرار داشت و الل­های والد عنبربو باعث افزایش عرض دانه شد.

همچنین برای شکل دانه دو QTL روی کروموزوم­های 2 و 10 شناسایی شد. در این تجزیه مشخص شد که QTL روی کروموزوم 2 با حدود 14/25 درصد توانست درصد بالایی از تغییرات شکل دانه را توجیه نماید و به عنوان یک QTL بزرگ اثر عمل کند. در مجموع دو QTL ردیابی شده بیش از 35 درصد تغییرات شکل دانه را توجیه نمودند. در کلیه QTL­های ردیابی شده جهت آلل از والد سپیدرود به طرف افزایش شکل دانه بود. با توجه به نقش شکل دانه در بازارپسندی، می­توان دو QTL بزرگ اثر مذکور را به عنوان نشانگر در برنامه­های انتخاب به کمک نشانگر مورد توجه قرار داد.

برای صفت وزن دانه پخته شده نیز دو QTL به نام­هایqGWC-3  و qGWC-6 روی کروموزوم­های 3 و 6 شناسایی شد که در مجموع 80/33 درصد از تغییرات فنوتیپی این صفت را توجیه کردند. در هر دو QTL  الل­های والد عنبربو باعث افزایش وزن دانه پس از پخت شدند. برای صفت عرض دانه پس از پخت تنها یک QTL روی کروموزوم 2 شناسایی شد که در مجموع بیش از 30 درصد از تغییرات فنوتیپی این صفت را توجیه کردند. این QTL ردیابی شده در حد فاصل نشانگر RM6733-E100M1607 تأثیر مثبتی در طویل شدن دانه داشت. الل­های والد عنبربو در این QTL ردیابی شده باعث افزایش طویل شدن دانه شد.  برای طول دانه پس از پخت، سه QTLروی کروموزوم­های 1، 2 و 6 شناسایی شد. در همه QTLهای ردیابی شده به جز QTL موجود روی کروموزوم 1 آلل­های والد عنبربو باعث کاهش طول دانه پس از پخت گردید. سه QTL مذکور در مجموع توانستند بیش از 35 درصد تغییرات مربوط به طول دانه پس از پخت را توجیه نمایند.

 

 


جدول 3-  ضرایب همبستگی بین صفات مربوط به کیفیت دانه در برنج

Table 3- Correlation coefficients among quality trait in rice

 

وزن دانه  Grain weight

طول دانه Grain lenght

عرض دانه Grain width

شکل دانه Grain shape

وزن دانه پس از پخت Cooked grain weight

طول دانه  پس از پخت  Cooked grain lenght

عرض دانه پس از پخت Cooked grain width

شکل دانه پس از پخت Cooked grain shape

وزن دانه  Grain weight

1

 

 

 

 

 

 

 

طول دانه Grain lenght

0.273*

1

 

 

 

 

 

 

عرض دانه Grain width

0.011

0.181-

1

 

 

 

 

 

شکل دانه Grain shape

0.030

0.821**

0.381**-

1

 

 

 

 

وزن دانه پس از پخت Cooked grain weight

0.712**

0.210

0.108

0.073

1

 

 

 

طول دانه  پس از پخت  Cooked grain lenght

0.310**

0.635**

0.267*-

0.278*

0.198

1

 

 

عرض دانه پس از پخت Cooked grain width

0.417**

0.586**

0.141-

0.322**

0.271*

0.487**

1

 

شکل دانه پس از پخت Cooked grain shape

0.040

0.471**

0.124-

0.389**

0.171

0.438**

0.501**

1

 

 

 

برای شکل دانه پس از پخت سه QTL روی کروموزوم­های 1،  6 و 7 شناسایی شد. در این تجزیه مشخص شد که QTL روی کروموزوم­های 1 و 6  با حدود 43/34 درصد توانستند درصد بالایی از تغییرات شکل دانه پس از پخت را توجیه نمایند و به عنوان QTLهای بزرگ اثر عمل کنند. در کلیه QTL های ردیابی شده جهت آلل از والد سپیدرود به طرف افزایش شکل دانه پس از پخت بود. 

برای طول، عرض و شکل دانه در پژوهش­های مختلف مکان­های متعددی به­عنوان جایگاه­های مهم در کنترل این صفات معرفی شدند. تجزیه QTL روی طول و عرض دانه در مطالعه Tan et al., (2000) نشان داد که طول و عرض دانه هر یک به وسیله یک QTL بزرگ اثر و یک یا دو QTL کوچک اثر کنترل می­شوند.
 Lee et al., (2000)، دو QTL برای عرض دانه روی کروموزوم 8 و دو QTL برای شکل دانه روی کروموزوم­های 5 و 10 شناسایی کردند. در پژوهش حاضر نیز یک QTL بر روی کروموزوم یک شناسایی شد. در پژوهشی که توسط
Yan et al., (2003) انجام شد، qGL-12 را در حد فاصل نشانگرهای  RM270-RM101بر روی کروموزم 12 برای طول دانه، qGW-2 و qGW-3 به­ترتیب در حد فاصل نشانگرهای RM154-RM211 و RM257-RM175 برای عرض دانه و سه QTL، qLW-2، qLW-6 و qLW-7، روی کروموزوم­های 2، 6 و 7 شناسایی نمودند. در این پژوهش نیز دو QTL بر روی کروموزوم 2 ردیابی شد که با توجه به جایگاه نشانگرهای احاطه کننده QTLها باید در مجاورت با QTL شناسایی شده توسط Yan et al., (2003) باشد. در پژوهشی Rabiei et al., (2004) با استفاده از جمعیت 2F حاصل از تلاقی ارقام ایرانی گرده و دم سفید و 88 نشانگر SSR، پنج QTL برای طول دانه، هفت QTL برای عرض دانه و شش QTL برای شکل دانه گزارش نمودند. همچنین، برای هر یک از این صفات، حداقل دو QTL بیش از 15 درصد از تغییرات فنوتیپی را توجیه ­کردند. در پژوهش آنها دو QTL روی کروموزوم­های 5 و 7 به­ترتیب در حد فاصل نشانگرهای RM437-RM289 و RM481-RM125 شناسایی شد که کنترل هر سه صفت را بر عهده داشتند. آنها با توجه به نتایج به­دست آمده اذعان داشتند که این صفات همبسته به وسیله مکان­های ژنی یکسانی کنترل می­شوند و در نقاط مشابه روی کروموزوم­ها قرار دارند و اثرات پلیوتروپی و یا پیوستگی QTLها باعث به وجود آمدن همبستگی­های معنی­دار در بین صفات شده است. نتایج بررسی آنها از لحاظ صفات ظاهری دانه با پژوهش حاضر همخوانی چندانی نداشت که می­تواند ناشی از عوامل متعددی مانند متفاوت بودن جمعیت­ مکان­یابی، والدین مورد استفاده و غیره باشد. در مطالعه Li et al., (2004) با استفاده از جمعیت تلاقی برگشتی پیشرفته بین گونه­ای حاصل از تلاقی بین(O. glaberrima)  IRGC103544 وL.) (O. sativa V20A، دو QTL kl3) و(kl10 به­ترتیب با نشانگرهای RZ251 و RZ421 برای طول دانه روی کروموزوم­های 3 و 10، یک QTL (kw12) با نشانگر RM247 برای عرض دانه روی کروموزوم 12 و یک QTL (ke3) با نشانگر RZ251 برای طویل شدن بعد از پخت دانه­ها روی کروموزوم 3 تفرق همزمان نشان دادند. هیچ­کدام از این QTLها در این بررسی شناسایی نشدند. در پژوهشی Govindaraj et al., (2005) با استفاده از یک جمعیت در حال تفرق 2F حاصل از تلاقی یک رقم با کیفیت بالا (Basmati370) و یک رقم با کیفیت پایین و عملکرد بالا (ASD16)، QTLهای اصلی کنترل کننده عرض دانه خام و عرض دانه پخته شده را با استفاده از تجزیه تفرق توده و روش آماری تک نشانگری روی کروموزوم­های 6 و 12 شناسایی نمودند که به ترتیب با نشانگرهای RM225 و RM247 پیوسته بودند. در بررسی حاضر هیچ منطقه­ای در کروموزوم 12 برای کنترل صفات مرتبط با کیفیت ظاهری دانه و وزن دانه شناسایی نشد و دلیل آن احتمالا به متفاوت بودن و تعداد نشانگرهای مورد استفاده و همچنین نوع جمعیت متفاوت باشد. در مطالعه­ای Fotokian et al., (2006) یک QTL برای طول دانه خام بین نشانگرهای RM243 و RM23 روی کروموزوم 1 با توجیه فنوتیپی 41 درصد شناسایی کردند. همین ناحیه در پژوهش حاضر در کنترل طول برنج سفید مهم تشخیص داده شد لذا با توجه به نقش قابل توجه آن در چند زمینه ژنتیکی، می­تواند در پژوهش­های مربوط به مکان­یابی دقیق و همسانه­سازی بر اساس نقشه، مورد توجه محققین قرار گیرد. همچنین آنها برای طول دانه پخته شده و نسبت طویل شدن دانه، یک QTL پلیوتروپیک روی کروموزوم 9 شناسایی کردند. آنها اظهار داشتند وجود همبستگی معنی­دار بین طول دانه پخته شده و نسبت طویل شدن دانه می­تواند ناشی از اثر پلیوتروپی QTL مشترک این صفات باشد و این QTL را از نظر اصلاحی با ارزش عنوان کردند که می­تواند در انتقال ژن یا در هرمی کردن ژن­ها برای اصلاح کیفیت دانه مورد استفاده قرار گیرد. در عین حال این QTLها در این مطالعه شناسایی نشدند. همچنین Sabouri et al. (2010) برای عرض دانه یک QTL بر روی کروموزوم 4 در حدفاصل نشانگرهای RM273-RM5473 شناسایی کردند که با QTL شناسایی شده توسط Fotokian et al., (2006) مطابقت کامل نداشت. در مطالعه  Fotokian et al., (2006) یک QTL نیز برای شکل دانه خام روی کروموزوم 4 با توجیه 16 درصد تغییرات فنوتیپی شناسایی کردند. در پژوهشی
Xiao et al., (2006) با استفاده از جمعیت لاین­های اینبرد نوترکیب حاصل از تلاقی بین Asominori (japonica) و IR24 (indica) در دو محیط بر روی ابعاد دانه مجموعاً 10 QTL برای طول، عرض و شکل دانه روی کروموزوم­های 1، 2، 3، 5 و 7 شناسایی کردند. برای طول دانه پنج QTL (qGL-1، qGL-3 و qGL-5-1 در محیط اول و qGL-3، qGL-5-2 و qGL-7 در محیط دوم)، برای عرض دانه سه QTL (qGW-2، qGW-3 و qGW-5 در محیط اول و qGW-2 و qGW-5 در محیط دوم) و برای شکل دانه دو QTL (qLWR-3 و qLWR-5 مشترک در هر دو محیط) شناسایی شد. آنها QTLهایی را که در هر دو محیط ردیابی شدند به­عنوان QTLهای پایدار معرفی کردند و QTLهای شناسایی شده روی کروموزوم 3 برای طول و عرض دانه را مطابق با QTLهای گزارش شده توسط Huang et al., (1997) دانستند. اما این QTLها با QTLهای شناسایی شده در این پژوهش همخوانی نداشتند. بررسی دیگری در زمینه مکان­یابی صفات فیزیکی کیفیت دانه برنج مربوط به Zhang et al., (2007) است که به منظور مکان­یابی QTLهای صفات مرتبط با کیفیت ظاهری دانه و کیفیت تبدیل برنج، از 160 نشانگر ریزماهواره و 231 لاین انتروگرسیون تصادفی حاصل از تلاقی ارقام Teqing به عنوان والد تکراری و Lemont به عنوان والد بخشنده استفاده نمودند.  در کل 10 ناحیه ژنومی بعنوان نواحی مؤثر در این صفات شناسایی شدند که مهمترین آنها یک QTL بزرگ اثر برای شکل دانه روی کروموزوم 7 و در حد فاصل نشانگرهای RM505-RM118 بود که با QTL گزارش شده توسط Redona & Mackill (1998) مطابقت داشت و در این بررسی نیز در مجاورت QTL شناسایی شده بر روی کروموزوم 7 بود. این QTL نیز می­تواند به عنوان یک QTL ردیابی شده در چند زمینه ژنتیکی بسیار با ارزش باشد. همچنین در مطالعه­ای
Zhang et al., (2007) نشان دادند شناسایی QTLهای مشترک در جمعیت­های متعدد نشاندهنده پایین بودن خطای نوع اول آزمون بوده و این QTLها را برای استفاده در برنامه­های بعدی گزینش به کمک نشانگر بسیار با ارزش دانستند. همچنین در بررسی آنها QTLهای شناسایی شده برای صفات مربوط به شکل دانه با QTLهای مربوط به کیفیت تبدیل همپوشانی بالایی داشت و از آنجایی­که همبستگی بالایی بین این صفات مشاهده شد، آنها دلیل این امر را پلیوتروپی QTLها و یا پیوستگی آنها عنوان نمودند. در پژوهشی Rahman et al., (2007) با استفاده از یک جمعیت 2:3F حاصل از تلاقی یک لاین انتروگرسیون به نام IR71033 (مشتق از گونه وحشی Oryza minuta) و رقم کره­ای (japonica) Junambyeo پنج QTL برای طول دانه (gl3، gl5، gl6،  gl7و gl9)، دو QTL برای عرض دانه (gw2 و gw5) و سه QTL برای شکل دانه (glw2، glw3 و glw5) به­ترتیب در مجموع با 42، 5/24 و 3/34 درصد توجیه تغییرات فنوتیپی شناسایی کردند. از این تعداد، سه QTL gw5، glw3 و glw5 به­ترتیب در مجاورت نشانگرهای S5033، S3076 و S5041 در بررسی­های پیشین گزارش شده بود (Wan et al., 2005; Ge et al., 2005; Zhou et al., 2006). با وجود این، نتایج آنها با بررسی
Huang et al., (1997)، Zhang et al., (2007) و بررسی حاضر همخوانی نداشت. Wan et al., (2005) با استفاده از 231 لاین از یک جمعیت لاین­های اینبرد نوترکیب حاصل از تلاقی ارقام (japonica) Suweon365 و (japonica) Chucheongbyeo، دو QTL برای طول دانه روی کروموزوم­های 8 و 12، سه QTL برای عرض دانه روی کروموزوم­های 4، 7 و 12 و سه QTL برای شکل دانه روی کروموزوم­های 4، 7 و 12 شناسایی کردند که QTL شناسایی شده روی کروموزوم 7 تقریباً با QTL شناسایی شده در این پژوهش مطابقت داشت. همچنین Amarawathi et al., (2008) با استفاده از جمعیت لاین­های اینبرد نوترکیب حاصل از تلاقی ارقام Pusa1121 و Pusa1342، نواحی از کروموزوم 7 را مؤثرترین منطقه کنترل کننده طول، عرض و شکل دانه عنوان کردند، به طوری­که شش QTL از مجموع هفت QTL شناسایی شده برای این سه صفت روی این کروموزوم و در فواصل نشانگری مشابه قرار داشت. در مطالعه آنها QTLهای کنترل کننده طول، عرض و شکل دانه برنج شامل grl7-1، grb7-1 و lbr7-1 در حد فاصل نشانگرهای RM11 و RM505 و grl7-2، grb7-2 و lbr7-2 در حد فاصل نشانگرهای RM505 و RM336 قرار داشتند که تقریباً با ناحیه شناسایی شده بر روی کروموزوم 7 برای شکل دانه، در این بررسی و چند پژوهش دیگر  Redona & Mackill 1998; Kwon et al., 2008; Zhang et al., 2007)) همخوانی داشت. همچنین یک QTL دیگر برای طول دانه روی کروموزوم 1 و در حد فاصل نشانگرهای RM431 و RM104 قرار داشت. باید خاطر نشان کرد که مطالعات مختلف نواحی متفاوتی در کنار نواحی مشترک شناسایی کردند که کنترل این صفات را عهده­ دارند Lee et al., 2000; Yan et al., 2003; Rabiei et al., 2004; Fotokian et al., 2006; Kwon et al., 2008)). در پژوهش حاضر نواحی ژنومی یکسانی که کنترل مشترک همه صفات مذکور را عهده­دار باشند شناسایی نشد.

بررسی نتایج پژوهش­های مختلف مکان­یابی صفات فیزیکی کیفیت دانه با استفاده از جمعیت­ها و شرایط مختلف نشان می­دهد QTLهای کنترل کننده این صفات تقریباً روی همه کروموزوم­های برنج توزیع شده­اند بنابراین، تعدادی از نتایج حاصل با هم مطابقت دارند و تعداد زیادی از آنها با هم همخوانی ندارنداز دلایل عدم مطابقت نتایج پژوهش حاضر با نتایج سایر محققین می­توان به تعداد و نوع نشانگرهای مورد بررسی، نوع جمعیت، تعداد افراد مورد استفاده در جمعیت، نوع والدین مورد استفاده و شرایط محیطی اشاره کرد. همچنین نوع تلاقی و اینکه جمعیت مورد بررسی حاصل از تلاقی ارقام ایندیکا با ایندیکا، ژاپونیکا با ژاپونیکا و یا ایندیکا با ژاپونیکا باشد روی نتایج تاثیرگذار خواهد بود.

با توجه به اینکه جمعیت مکان­یابی مورد استفاده در این پژوهش، جمعیت پایدار لاین­های اینبرد نوترکیب 8 Fبود لذا از نتایج حاصل با اطمینان بیشتر می­توان در برنامه­های اصلاحی بعدی بهره برد. از سوی دیگر با در نظر گرفتن نتایج پژوهش­های مختلف و مقایسه آنها با نتایج حاصل از جمعیت مورد استفاده در بررسی حاضر می­توان دریافت نواحی از ژنوم برنج به ویژه بخشی از کروموزوم 1 و کروموزوم 7 که به طور مشترک در چندین زمینه ژنتیکی متفاوت نقش قابل توجهی در کنترل ژنتیکی صفات مرتبط با کیفیت ظاهری دانه برنج داشتند می­توانند برای برنامه­های انتخاب به کمک نشانگر، مکان­یابی دقیق و همسانه­سازی بر اساس نقشه مدنظر قرار گیرند.

 

 

 

شکل 2- نقشه پیوستگی.

Figure 2- Genetic map.

 


جدول 4- مجموع QTLهای شناسایی شده برای کیفیت دانه در جمعیت لاین­های اینبرد نوترکیب حاصل از تلاقی عنبربو × سپیدرود.  a:QTLها با مخفف نام صفت و شماره کروموزوم نامگذاری شدند. b: اثر افزایشی، c: درصدی از کل تغییرات فنوتیپی صفت که توسط QTL توجیه می­گردد. d: جهت اثرات فنوتیپی ANB و SPD بترتیب نشاندهنده عنبربو و سپیدرود می­باشند.

Table 4: Total identified QTL for grain quality in recombinant inbred lines derived from cross between Anbarbu and Spidroud. a: QTLs are named by abbreviations plus chromosomal number. b: additive effect, c: percentage of total phenotypic variance explained by the QTL, d: direction of phenotypic effect, ANB and SPD indicate Anbarbu and Spidroud, respectively.

 

صفت

QTL

کروموزوم

Chromosome

نشانگرهای احاطه کننده

Flanked markers

موقعیت

Position

نقطه اوج

Peak point

اثر افزایشی

Addative effect

درصد توجیه

Explain percentage

جهت

Direction

Traits

QTLa

Chr.

Flanking markers

Position

Peak LR

Ab

PEVc

Dped

طول دانه سفید

Grain  head rice lenght

qRHL-1

1

EO90M1407-RM312

182.31

18.9

-1.715

13.25

ANB

qRHL-2a

2

EO60M1601-RM324

184.65

12.23

-1.345

16.88

ANB

 

qRHL-2b

2

RM262-E0601502

240.35

15.74

-1.014

17.01

ANB

 

عرض دانه سفید

 Grain  head rice width

qRHW-1

1

RM312-EO60M1401

197.18

12.27

0.958

11.32

ANB

شکل دانه Grain shape

qRGSH-2

2

E110M16010-EO80M15013

83.85

13.01

18.178

24.15

SPD

qRGSH-10

10

EO60M1607-E100M1403

42.86

15.89

13.624

12.38

SPD

 

وزن تک دانه پس از پخت

Cooked grain weight

qWGC-3

3

RM7576-RM3441

8.23

16.45

7.714

17.65

ANB

qWGC-6

6

RM276-E120M1603

1.25

25.26

4.213

15.99

ANB

 

طول برنج پس از پخت

Cooked grain lenght

qRHLC-1

1

E090M1608-RM543

39.31

19.16

3.471

17.36

SPD

qRHLC-2

2

RM427-E100M1402

44.23

15.23

-1.323

12.65

ANB

 

qRHLC-6

6

RM7434-RM5371

19.22

19.08

-2.374

8.91

ANB

 

عرض برنج پس از پخت

Cooked grain width

qRHWC-2a

2

RM6733-E100M1607

535.12

15.17

1.421

10.08

ANB

شکل دانه پس از پخت

Cooked grain shape

qRGSHC-1

1

RM226-E110M1501

58.12

15.35

19.107

19.37

SPD

qRGSHC-6

6

RM5088-E090M15011

11.41

23.71

11.197

17.34

SPD

 

qRGSHC-7

7

RM420-RM5720

17.17

14.61

9.217

7.08

SPD

 

 

 

 

منابع

Amarawathi Y, Singh R, Singh AK, Singh VP, Mohapatra T, Sharma TR, Singh, NK (2008). Mapping of quantitative trait loci for Basmati quality traits in rice (Oryza sativa L.). Molecular Breeding 21: 49-65.

Basten CJ, Weir BS, Zeng, ZB (1997). QTL Cartographer: A reference manual and tutorial for QTL mapping: North Carolina State University USA. P. 163.

Chen X, Temnykh S, Xu Y, Cho YG, McCouch SR (1997). Development of a microsatellite framework map providing genome-wide coverage in rice (Oryza sativa L.). Theoretical and Applied Genetics 95: 553-567.

Dong Y, Tsuzuki E, Dongzhi L, Kamiunten H, Terao H, Matsuo M, Cheng S (2004). Molecular genetic mapping of quantitative trait loci for milling quality in rice (Oryza sativa L.). Cereal Science 40: 109-114.

Fotokian M, Ghareyazie B, Taleei A (2006). Study of microsatellite markers associated with grain quality in rice (Oryza sativa L.). Agricultural Science 15:4. 129-140.

Ge XJ, Xing YZ, Xu, CG He, YQ (2005). QTL analysis of cooked rice grain elongation, volume expansion, and water absorption using a recombinant inbred population. Plant Breeding 124: 121-126.

Govindaraj P, Arumugachamy, S Maheswaran, M (2005). Bulked segregant analysis to detect main effect QTL associated with grain quality parameters in Basmati 370/ASD16 cross in rice (Oryza sativa L.) using SSR markers. Euphytica 144: 61-68.

Huang N, Parco A, Mew T, Magpantay G, Mc Couch SR, Guicerdoni E, Xu J, Subudhi P, Angeles, ER Khush, GS (1997). RFLP mapping of isozymes, RAPD and QTLs for grain shape, brown planthopper resistance in a double haploid rice population. Molecular Breeding 3: 105-113.

Kwon SJ, Cho YC, Kwon SW, Oh CS, Shu JP, Shin YS, Kim YG, Holligan D, Wessler SR, Hwang, HG Ahn, SN (2008). QTL mapping of agronomic traits on RIL population derived from a cross between temperate japonica cultivars in rice (Oryza sativa L.). Breeding Science 58: 271-279.

Lander ES, Botestein D (1989). Mapping Mendelian factors underlying
quantitative traits using RFLP  linkage maps. Genetics 121: 185-199.

Lee JH, Cho YS, Jung KH, Song MT, Yong SJ, Kim, HY Choi HC (2000). Molecular genetic analysis of quantitative trait loci related to rice grain quality. Proccedings of the Fourth International Rice Genetic Symposium October 22-27  Losbanos, Philippines, IRRI  Pub, 642p.

Li J, Xiao J, Grandillo S, Jiang L, Wan Y, Deng Q, Yuan, L and McCouch, SR (2004). QTL detection for rice grain quality traits using an interspecific backcross population derived from cultivated Asian (O. sativa L.) and African (O. glaberrima S.) rice. Genome 47: 697-704.

Manly KF, Olson JM (1999). Overview of QTL mapping software and introduction to Map Manager QTX. Mammalian Genome 10: 327-334.

McCouch SR, Teytelman L, Xu YB, Lobos KB, Clare K, Walton M, Fu B, Maghirang R Li, ZK, Xing YZ, Zhang QF, Kono I, Yano M, Fjellstrom R, DeClerck G, Schneider D, Cartinhour S, Ware, D Stein L (2002). Development and mapping of 2240 new SSR markers for rice (Oryza sativa L.). DNA Research 9: 199-207.

Rabiei B, Valizadeh M, Ghareyazie B, Moghaddam M Johar Ali A (2004). Identification of QTLs for rice grain size and shape of Iranian cultivars using SSR markers. Euphytica 137: 325-332.

Rahman ML, Chu SH, Choi MS, Qiao YL, Jiang W, Piao R, Khanam S, Cho YI, Jeung JU, Jena, K Koh HJ (2007). Identification of QTLs for some agronomic traits in rice using an introgression line from Oryza minuta. Molecules and Cells 24: 16-26.

Redona ED, Mackill DJ (1998). Quantitative trait locus analysis for rice panicle and grain characteristics. Theoretical and Applied Genetics 96: 957-963.

Sabouri A, Toorchi M, Rabiei B, Aharizad, S Moumeni, A, Singh RK (2010). Identification and mapping of QTLs for agronomic traits in indica-indica cross of ice (Oryza sativa L.). Cereal Research Comunication 38(3)317-326.

Sabouri H, Mohammadinejad Gh, Sabouri A, Navvabpouri S (2013). Molecular analysis of rice vegetative growth traits. Journal of agriculture Biotechnology. 5(3):67-86.

Sabouri H, Katouzi M (2014). Detection of chromosomal regions controlling drought osmotic stress in rice. Journal of agriculture Biotechnology. 6(2):91-100.

Saghi Maroof MA, Biyashev RM, Yang GP, Zhang Q Allard RW (1994). Extraordinarily polymorphic microsatellite DNA in barely: species diversity, chromosomal locations, and population dynamics. Proceeding National Academy of Science USA 91: 5466-5570.

Tan TF, Xing YZ, Li JX, Xu SB, Xu CG, Zhang Q (2000). Genetic bases of appearance quality of rice grain in Shanyou 63, an elite rice hybrid. Theoretical and Applied Genetics 101: 823-829.

Temnykh S, Park WD, Ayres N, Cartinhour S, Hauck N, Lipovich L, Cho YG, Ishii T, McCouch SR (2000). Mapping and genome organization of microsatellite sequences in rice (Oryza sativa L.). Theoretical and Applied Genetics 100: 697-712.

Vos, P., Hogers, R., Bleeker, M., Reijans, M., Lee, T. V. D., Hornes, M., Frijters, A., Pot, J., Peleman, J., Kuiper, M. and Zabeau, M. (1995). AFLP: a new technique for DNA fingerprinting. Nucleic Acids Research 4407- 4414.

Wan XY, Wan JM, Weng JF, Jiang L, Bi JC, Wang CM Zhai HQ (2005). Stability of QTLs for rice grain dimension and endosperm chalkiness characteristics across eight environments. Theoretical and Applied Genetics 110: 1334-1346.

Xiao K, Zuo H, Dong Y, Luo L, Mei H Matsuo M (2006). Genetic mapping of QTLs for grain dimension in rice grown in two asian countries. Asian Journal of Plant Science 5: 516-520.

Yan CJ, Liang GH, Chen F, Li X, Tang SZ, Yi CD, Tian S, Lu JF Gu MH (2003) Mapping quantitative trait loci associated with rice grain shape based on an indica/japonica backcross population. Yi Chuan Xue Bao 30: 711-716.

Zhang TQ, Xu JL, Li ZK, Zhai HQ, Wan JM (2007). Genomic regions associated with milling quality and grain shape identified in a set of random introgression lines of rice (Oryza sativa L.). Plant Breeding 126: 158-163.

Zhou LQ, Wang YP, Li SG (2006). Genetic analysis and physical mapping of LK-4(t), a major gene controlling length in rice, with a BC2F2 population. Yi Chuan Xue Bao 33: 72-79.

 

 

 

                  

 


Molecular-genetic analysis of rice grain dimension in recombinant inbreed lines of cross of Anbarbu × Sepidroud

 

Sabouri H.*1, Dadras A.R.2, Sabouri A.3, Katouzi M.4

 

1Assoc. Prof. Plant Production Department, College of Agriculture Science and Natural Resource, Gonbad Kavous University

2PhD student in Plant Breeding, College of Agriculture Science, University of Guilan.

3Assist. Prof. Plant Breeding Department, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan

4MSc student in Plant Breeding, College of Agriculture Science, Gorgan University of Agriculture Sciences and Natural Resources.

 

Generally in Iran rice quality has more importance relative to yield. Therefore, breeding of rice cultivars for quality has priority. In the present study, in order to investigate genetic structure and QTL mapping of physical properties of rice grain were used 96 recombinant inbred lines (F8) of derived from Anbarbu × Sepidroud cross. To construct of linkage map, was performed parental survey using 365 microsatellite markers and 35 AFLP primer combinations. Then, 124 microsatellite markers and 21 AFLP primer combinations produced 263 clear and polymorph bands were used to determine genotype of whole population. The constructed genetic map using 387 markers covered 1950.4 cM of rice genome. Combined interval mapping on rice quality traits identified 13 QTLs for eight traits of  which eight QTLs explained more than 15 percent of phenotype variance of given characteristics. There were two QTLs for grain weight and cooked grain weight. For grain length and width three and one QTLs were found, respectively. We found two and three QTLs for grain shape and cooked grain shap and three and one QTLs for cooked grain length and width, respectively. Considering of the stability of the mapping population it is expected that identified QTLs may be used with more confidence in marker assisted selection and fine mapping.

 

Keywords: AFLP, Mapping, Microsatellite, Rice, Quality.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                         
     
 
     
     
       
 
 
     
   
     
       
 
         
 
 
 
     
 
     
     
           
             

0
 
 
 
 
 
     
       
 
       
 
     
 
 
     
     
 

 


* نویسنده مسئول: حسین صبوری                              تلفن: 09111438917                                Email: hos.sabouri@gmail.com

* Corresponding Author: Sabouri H.                       Tel: 09111438917                 Email: hos.sabouri@gmail.com

مراجع

Amarawathi Y, Singh R, Singh AK, Singh VP, Mohapatra T, Sharma TR, Singh, NK (2008). Mapping of quantitative trait loci for Basmati quality traits in rice (Oryza sativa L.). Molecular Breeding 21: 49-65.
Basten CJ, Weir BS, Zeng, ZB (1997). QTL Cartographer: A reference manual and tutorial for QTL mapping: North Carolina State University USA. P. 163.
Chen X, Temnykh S, Xu Y, Cho YG, McCouch SR (1997). Development of a microsatellite framework map providing genome-wide coverage in rice (Oryza sativa L.). Theoretical and Applied Genetics 95: 553-567.
Dong Y, Tsuzuki E, Dongzhi L, Kamiunten H, Terao H, Matsuo M, Cheng S (2004). Molecular genetic mapping of quantitative trait loci for milling quality in rice (Oryza sativa L.). Cereal Science 40: 109-114.
Fotokian M, Ghareyazie B, Taleei A (2006). Study of microsatellite markers associated with grain quality in rice (Oryza sativa L.). Agricultural Science 15:4. 129-140.
Ge XJ, Xing YZ, Xu, CG He, YQ (2005). QTL analysis of cooked rice grain elongation, volume expansion, and water absorption using a recombinant inbred population. Plant Breeding 124: 121-126.
Govindaraj P, Arumugachamy, S Maheswaran, M (2005). Bulked segregant analysis to detect main effect QTL associated with grain quality parameters in Basmati 370/ASD16 cross in rice (Oryza sativa L.) using SSR markers. Euphytica 144: 61-68.
Huang N, Parco A, Mew T, Magpantay G, Mc Couch SR, Guicerdoni E, Xu J, Subudhi P, Angeles, ER Khush, GS (1997). RFLP mapping of isozymes, RAPD and QTLs for grain shape, brown planthopper resistance in a double haploid rice population. Molecular Breeding 3: 105-113.
Kwon SJ, Cho YC, Kwon SW, Oh CS, Shu JP, Shin YS, Kim YG, Holligan D, Wessler SR, Hwang, HG Ahn, SN (2008). QTL mapping of agronomic traits on RIL population derived from a cross between temperate japonica cultivars in rice (Oryza sativa L.). Breeding Science 58: 271-279.
Lander ES, Botestein D (1989). Mapping Mendelian factors underlying
quantitative traits using RFLP  linkage maps. Genetics 121: 185-199.
Lee JH, Cho YS, Jung KH, Song MT, Yong SJ, Kim, HY Choi HC (2000). Molecular genetic analysis of quantitative trait loci related to rice grain quality. Proccedings of the Fourth International Rice Genetic Symposium October 22-27  Losbanos, Philippines, IRRI  Pub, 642p.
Li J, Xiao J, Grandillo S, Jiang L, Wan Y, Deng Q, Yuan, L and McCouch, SR (2004). QTL detection for rice grain quality traits using an interspecific backcross population derived from cultivated Asian (O. sativa L.) and African (O. glaberrima S.) rice. Genome 47: 697-704.
Manly KF, Olson JM (1999). Overview of QTL mapping software and introduction to Map Manager QTX. Mammalian Genome 10: 327-334.
McCouch SR, Teytelman L, Xu YB, Lobos KB, Clare K, Walton M, Fu B, Maghirang R Li, ZK, Xing YZ, Zhang QF, Kono I, Yano M, Fjellstrom R, DeClerck G, Schneider D, Cartinhour S, Ware, D Stein L (2002). Development and mapping of 2240 new SSR markers for rice (Oryza sativa L.). DNA Research 9: 199-207.
Rabiei B, Valizadeh M, Ghareyazie B, Moghaddam M Johar Ali A (2004). Identification of QTLs for rice grain size and shape of Iranian cultivars using SSR markers. Euphytica 137: 325-332.
Rahman ML, Chu SH, Choi MS, Qiao YL, Jiang W, Piao R, Khanam S, Cho YI, Jeung JU, Jena, K Koh HJ (2007). Identification of QTLs for some agronomic traits in rice using an introgression line from Oryza minuta. Molecules and Cells 24: 16-26.
Redona ED, Mackill DJ (1998). Quantitative trait locus analysis for rice panicle and grain characteristics. Theoretical and Applied Genetics 96: 957-963.
Sabouri A, Toorchi M, Rabiei B, Aharizad, S Moumeni, A, Singh RK (2010). Identification and mapping of QTLs for agronomic traits in indica-indica cross of ice (Oryza sativa L.). Cereal Research Comunication 38(3)317-326.
Sabouri H, Mohammadinejad Gh, Sabouri A, Navvabpouri S (2013). Molecular analysis of rice vegetative growth traits. Journal of agriculture Biotechnology. 5(3):67-86.
Sabouri H, Katouzi M (2014). Detection of chromosomal regions controlling drought osmotic stress in rice. Journal of agriculture Biotechnology. 6(2):91-100.
Saghi Maroof MA, Biyashev RM, Yang GP, Zhang Q Allard RW (1994). Extraordinarily polymorphic microsatellite DNA in barely: species diversity, chromosomal locations, and population dynamics. Proceeding National Academy of Science USA 91: 5466-5570.
Tan TF, Xing YZ, Li JX, Xu SB, Xu CG, Zhang Q (2000). Genetic bases of appearance quality of rice grain in Shanyou 63, an elite rice hybrid. Theoretical and Applied Genetics 101: 823-829.
Temnykh S, Park WD, Ayres N, Cartinhour S, Hauck N, Lipovich L, Cho YG, Ishii T, McCouch SR (2000). Mapping and genome organization of microsatellite sequences in rice (Oryza sativa L.). Theoretical and Applied Genetics 100: 697-712.
Vos, P., Hogers, R., Bleeker, M., Reijans, M., Lee, T. V. D., Hornes, M., Frijters, A., Pot, J., Peleman, J., Kuiper, M. and Zabeau, M. (1995). AFLP: a new technique for DNA fingerprinting. Nucleic Acids Research 4407- 4414.
Wan XY, Wan JM, Weng JF, Jiang L, Bi JC, Wang CM Zhai HQ (2005). Stability of QTLs for rice grain dimension and endosperm chalkiness characteristics across eight environments. Theoretical and Applied Genetics 110: 1334-1346.
Xiao K, Zuo H, Dong Y, Luo L, Mei H Matsuo M (2006). Genetic mapping of QTLs for grain dimension in rice grown in two asian countries. Asian Journal of Plant Science 5: 516-520.
Yan CJ, Liang GH, Chen F, Li X, Tang SZ, Yi CD, Tian S, Lu JF Gu MH (2003) Mapping quantitative trait loci associated with rice grain shape based on an indica/japonica backcross population. Yi Chuan Xue Bao 30: 711-716.
Zhang TQ, Xu JL, Li ZK, Zhai HQ, Wan JM (2007). Genomic regions associated with milling quality and grain shape identified in a set of random introgression lines of rice (Oryza sativa L.). Plant Breeding 126: 158-163.
Zhou LQ, Wang YP, Li SG (2006). Genetic analysis and physical mapping of LK-4(t), a major gene controlling length in rice, with a BC2F2 population. Yi Chuan Xue Bao 33: 72-79.
 
 

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار