Mapping of spike and grain using F3 and F4 families in Becher × Kavir cross in barly

Document Type : Research Paper

Authors

1 Agricultural biotechnology MSc student, Gonbad kavusUniversity

2 Associate professor of plant production department, Gonbad kavus University

3 Assistance professor of plant production department, Gonbd kavus University

4 Assistance professor of Biology department, Gonbd kavus University

5 Assistance professor of agronomic and horticultural research department, Research and Education Center of Agriculture and Natural Resources in Mazandaran, Agricultural Extension and Education Research Organization, Sari, Iran

Abstract

Barley is one of the world's grain is the most important corps after maize, wheat and rice.In order to spike and grain mapping in F3 and F4 families in Becher × Kavir cultivars cross in barlypopulation of 103 families with parents in a randomized complete block design with three replications 2014-2016 during two growing seasons. Assessment transgressive segregation was observed that the existence of different allele combinations in their parents. Linkage map were prepared using SSR, iPBS, IRAP and ISSR marker that it covered 640 cM of barley genome. The distance between two markers 9.69 cM were estimated. Composite interval mapping identified fifteen QTLs in F3 and F4 families. QTLs for awn length, grain diameter and grain length was located in both F3 and F4 families. For grain length and number of spikelets in the F4 families was identified the major effect QTL  by R2 12.2 and 15, with the percentage LOD 3.62 and 2.9 in 3.5 and 2.5 cM distance markers. Length grain and grain diameter were linked and co-location iPBS2076-5 markers in the F3 generation. co-location QTLs For awn length, number of spikelets, grain length and grain diameter identified. QTL identification characteristics of the controller can be effective in improving performance. It is expected to be followed by validation in various places and populations identified QTL in this study programs used in marker-assisted selection and accurate positioning.

Keywords


نقشه­یابی صفات سنبله و دانه با استفاده از خانواده­های F3 و F4 حاصل از تلاقی بیچر× کویر در جو

 

رباب دغاغله1، حسین صبوری2*، حسین حسینی مقدم3، عیسی جرجانی4، حسین­علی فلاحی5

1 دانشجوی کارشناسی ارشد رشته بیوتکنولوژی کشاورزی دانشگاه گنبدکاووس، ایران

2 دانشیار گروه تولیدات گیاهی دانشگاه گنبدکاووس، ایران

3 استادیار گروه تولیدات گیاهی دانشگاه گنبدکاووس، ایران

4 استادیار گروه زیست­شناسی دانشگاه گنبد­کاووس، ایران

5 استادیار پژوهش بخش تحقیقات زراعی و باغی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی مازندران، سازمان تحقیقات آموزش و ترویج کشاورزی، ساری، ایران

 

تاریخ دریافت: 18/08/1395، تاریخ پذیرش: 11/10/1395

چکیده

جو پس از ذرت، گندم و برنج یکی از مهم­ترین غلات جهان می­باشد. به‌منظور نقشه­یابی صفات سنبله و دانه در دو نسل F3 و F4 حاصل از تلاقی ارقام بیچر× کویر جمعیتی شامل 103 خانواده F3 و F4 جو در قالب طرح بلوک­های کامل تصادفی طی دو سال زراعی 95-1393 در سه تکرار کشت شد. برای صفات مورد ارزیابی تفکیک متجاوز مشاهده شد که نشان­دهنده وجود ترکیبات آللی متفاوت در والدین بود. نقشه پیوستگی با استفاده از نشانگرهای SSR، iPBS،IRAP و ISSR تهیه شد و 640 سانتی مورگان از ژنوم جو را پوشش داد. فاصله­ی بین دو نشانگر 69/9 سانتی مورگان برآورد گردید. مکان­یابی فاصله­ای مرکب پانزده QTL در دو نسل مکان­یابی نمود. برای صفات طول ریشک، قطر دانه و طول دانه در هر دو نسل F3 و F4 QTLهایی شناسایی شد. برای طول دانه و تعداد سنبلچه در نسل F4 به ترتیب QTLهای بزرگ اثر با ضریب تبیین 2/12 و 15، با درصد LOD 62/3 و 9/2 در فاصله­ی 5/3 و 5/2 سانتی­مورگان از نشانگر شناسایی شدند. صفات طول دانه و قطر دانه در نسل F3 با نشانگر iPBS2076-5 پیوسته و هم­مکان بودند. برای صفات طول ریشک، تعداد سنبلچه، طول دانه و قطر دانه نیز هم­مکانی شناسایی شد. شناسایی QTL­های کنترل‌کننده صفات می­تواند در بهبود عملکرد مؤثر باشد. انتظار می­رود بتوان پس از تعیین اعتبار در مکان­ها و جمعیت­های مختلف از QTLهای شناسایی شده در این بررسی در برنامه­های انتخاب به کمک نشانگر و مکان­یابی دقیق استفاده نمود.

واژه­های کلیدی: جو، نقشه­یابی، نسل، سنبله، QTL.

 


مقدمه

     جو چهارمین غله­ی تجاری دنیا بعد از گندم، برنج و ذرت است و در تغذیه­ی دام، انسان و همچنین تولید مالت اهمیت بسزایی دارد (Gonzalez et al.,1999). این گیاه از نظر کشت و کار در شرایط متنوع آب و هوایی مقام اول را دارا است (2013 ,FAO). همچنین این گیاه یک مدل مهم برای مطالعات ژنتیکی و فیزیولوژی است، چون: 1- دیپلوئید با تعداد کروموزوم­های کم (2n=2x=14) و نسبتاً بزرگ (8-6 میکرومتر) است. 2- دوره زندگی نسبتاً کوتاهی دارد.3- نقشه­های ژنتیکی کاملاً تشریح شده آن بر اساس مارکرهای مولکولی، پروتئینی، سیتولوژیکی و مورفولوژیکی وجود دارد  (Zhang et al., 2005)

امروزه نشانگرهای مولکولی ابزارهای ارزشمندی برای اصلاح صفات کمی در تکمیل روش­های سنتی اصلاح­نباتات به شمار می­روند (Vos et al., 1995). تهیه ­نقشه­های ژنتیکی از مهم­ترین کاربردهای این نشانگرهاست که براساس ­آن مـی­توان جایگاه ژنی و کروموزومی ژن­های تعیین کننده صفات مطلوب را از نظر ترتیب و فاصله ژن­ها و نشانگرها از یکدیگر تعیین نمود (Rafalski et al., 1996). نشانگرهای مولکولی پیوسته بـه ژن­های ­مرتبط با صفات مورد نظر می توانند در جهت بهبود کارایی روش­های اصلاحی به­کار روند. روش‌های مختلف ارزیابی مولکولی به‌واسطه‌ی داشتن ویژگی‌های مهم مانند فراوانی در ژنوم، میزان چندشکلی، مکان اختصاصی بودن، تکرارپذیری، تکنیک‌های مورد نیاز و هزینه از همدیگر تفکیک می‌شوند. نیازهای متفاوت در زمینه‌های تحقیقاتی امروز، باعث شده است که تغییراتی در نشانگرهای پایه به وجود آمده و نسل دوم و پیشرفته نشانگرهای مولکولی به وجود آیند ( 2009,Mondini).

در پژوهشی (2011) Golabadi et al.به‌منظور شناسایی نشانگرهای ریزماهواره پیوسته با اجزای عملکرد تحت تنش خشکی در مراحل مختلف رشد گندم دوروم از جمعیت F3 و F4 حاصل از 151 خانواده F2 توسعه یافته از تلاقی بین Oste-Gata × Massaral-1  استفاده نمودند. تجزیه و تحلیل QTL با استفاده از تجزیه تک نشانگری (SMA)[1] و نقشه­یابی فاصله­ای مرکب CIM))[2] انجام شد. نتایج تجزیه تک نشانگری نشان داد  می­توان با نشانگرهای Xcfd22-7B و Xcfa2114-6A در شرایط مختلف زیست محیطی حدود 20 درصد از تنوع فنوتیپی شاخص برداشت و وزن هزار دانه را توضیح داد. در  مجموع بیست QTL جزئی و بزرگ تشخیص داده شد. پنج تا برای وزن هزار دانه، دو تا برای وزن دانه در سنبله، دو تا برای تعداد دانه در سنبله، سه تا برای تعداد سنبله در متر مربع، پنج تا برای شاخص برداشت، دو تا برای شاخص برداشت سنبله و یکی برای وزن سنبله شناسایی شد. در تحقیقی (2010) .Golabadi et al به ‌منظور شناسایی نشانگرهای ریزماهواره پیوسته با ژن­(های) کنترل کننده صفات تعداد روز تا تشکیل سنبله، روز تا گرده‌افشانی و روز تا رسیدگی فیزیولوژیک و دوره پر شدن دانه گندم در شـرایط تـنش خشـکی و عـدم تـنش، جمعیتـی شـامل 151 خـانواده F3 و F4  حاصـل از تلاقـی ژنوتیپ­های Oste-Gata  (والد متحمل) و Massara-1  (والد حساس) به خشکی، طی دو سال زراعی (83-1382) و در دو شرایط محیطی تنش خشکی و عدم تنش (مجموعاً چهار شرایط محیطی) ارزیـابی شـدند. در پژوهشی (2016) .et al Zhou به‌منظور نقشه­یابی و ارزشیابی جایگاه صفت کمی طول دانه در جو به مدت سه سال انجام دادند. نقشه پیوستگی ژنتیکی با استفاده از  1832 ژنوم متنوع ساخته شد. تکنولوژی DAr نشانگر در مجموع 07/927 سانتی­مورگان به فاصله متوسط 49/0 را در برگرفت. در نهایت دو QTL برای طول دانه LEN-3H و LEN-4H شناسایی شد. در پژوهشی  (2011) .et al      Rahimi با استفاده از جمعیت F2:3 حاصل از تلاقی دو رقم جوی Hiberna و Pfyner جهت تعیین نحوه توراث به روش تجزیه میانگین نسل‌ها و همچنین شناسایی نواحی ژنومی (QTL)، نقشه پیوستگی 159 نشانگر ریزماهواره با پوشش ژنومی 5/1030 سانتی­مورگان تهیه کردند همچنین براساس روش مکان­یابی فاصله­ای مرکب برای صفات روز تا رسیدگی، تعداد پنجه، وزن هزاردانه، ارتفاع بوته، طول سنبله، تعداد دانه در سنبله و عملکرد دانه به ترتیب 2، 4، 2، 4، 1، 4 و 7 ناحیه ژنومی مکان­یابی کردند.

در پژوهشی (Wang et al. (2016 به‌منظور مکان­یابی QTL­های کنترل کننده صفات ارگانیک در جو با استفاده از نشانگر SNP و جمعیت حاصل از تلاقی دو رقم Huaai11× Huadamai6  پژوهشی انجام دادند. نقشه پیوستگی ژنتیکی حاوی 1894 نشانگرSNP و 68 نشانگر SSR 8/1375 سانتی مورگان از نقشه را پوشش داد. در تجزیه و تحلیل محیط با استفاده از CIM در مجموع 221 QTL  مربوط به ده صفت در پنج سال متوالی(2009-2013) شناسایی شد. QTL‌های شناسایی شده در هر سال به ترتیب 50، 48، 41، 41 و 41 عدد بود. QTL­های شناسایی شده به‌طور کلی روی کروموزوم­های 4H،  2H و 7H قرار گرفتند. از میان QTL­های شناسایی شده 26QTL  برای طول سنبله اصلی، 27 QTL برای تعداد سنبلچه در سنبله اصلی، 24 QTL برای تراکم سنبله، 18QTL  برا‌‌ی تعداد سنبله در بوته، 21 QTL برای تعداد سنبلچه در هر بوته، 26 برای وزن هزار دانه، 16 برای تعداد دانه در بوته، 20 برای تعداد دانه در سنبله، 18 برای وزن دانه در بوته و 25 برای وزن دانه در سنبله در پنج سال شناسایی شد.

به‌منظور مکان­یابی QTLهای کنترل کننده مقاومت به ورس در لاین­های خالص نوترکیب جو (2015) Ahmadi Ochtapeh et al. آزمایشی با 162 لاین خالص نوترکیب نسل 8 به همراه دو والد (آریگاشار و ایگری) در قالب طرح آلفا- لاتیس با سه تکرار در سال زراعی 89-1388 اجرا کردند. از نقشه پیوستگی حاوی 105 نشانگر ریزماهواره و AFLP با پوشش ژنومی 3/513 سانتی مورگان برای تجزیه QTL استفاده شد. در مجموع از QTLهای شناسایی شده یک مورد برای صفات ارتفاع گیاه، دو مورد برای طول پدانکل، سه مورد برای طول سنبله و دو مورد برای مقاومت به ورس مکان­یابی شد.

یکی از چالش­های اصلاح نباتات نبود اطلاعات کافی در مورد ژن­های کنترل­کننده صفات کمی است. مکان­یابی ژن­های کنترل­کننده صفات کمی یکی از روش­هایی است که برای مطالعه ژنتیکی صفات کمی مورد استفاده قرار می­گیرد. با شناسایی نواحی ژنومی کنترل­کننده صفات کمی و تعیین سهم هر یک از این نواحی در ایجاد تنوع مشاهده شده صفت در جمعیت، کارایی برنامه­های به­نژادی افزایش یافته و با اطمینان بیش­تری می­توان به اصلاح جمعیت پرداخت (Collard and Mackill, 2008).

با توجه به تحقیقات کم انجام شده در زمینه­ی مکان­یابی QTLهای کنترل کننده صفات سنبله و دانه انجام این تحقیق ضروری به نظر می­رسد.

هدف از این تحقیق شناسایی نشانگرهای مولکولی پیوسته با صفات مورد مطالعه و در نتیجه تعیین موقعیت مکان­های ژنی کنترل­کننده آن­ها و تعیین وراثت­پذیری صفات و سهم اثر افزایشی آلل­های والدینی برای QTL­های مکان‌یابی شده در جمعیت­های نسل F3 و  F4جو زراعی حاصل تلاقی از دو والد Becher × Kavir بود.

 

مواد و روش­ها

در این پژوهش از بذور 103 خانواده جو (در نسل F3 103 خانواده و در نسل F4 نیز همان  103 خانواده کشت گردید) حاصل از تلاقی ارقام Becher × Kavir به همراه والدین استفاده شد. از صفات برتر رقم بیچر می‌توان به عملکرد بالا و مقاومت به ورس همچنین برای رقم کویر مقاومت به سفیدک پودری و مقاومت به لکه­برگی را اشاره کرد. بذور این ارقام از مرکز تحقیقات گنبدکاووس تهیه شد. این بررسی به‌صورت طرح بلوک­های کامل تصادفی در سه تکرار و فاصله­ی بین ردیف­ها 20 سانتی­متر در دو سال زراعی 94-1393 و 95-1394 در مزرعه آموزشی و پژوهشی دانشگاه گنبدکاووس واقع در 100 کیلومتری شمال شرق گرگان و در 55 درجه و 12 دقیقه طول شرقی و 37 درجه و 16 دقیقه عرض شمالی کشت گردید. با انتخاب 20 نمونه از هر خانواده صفات طول سنبله (طول سنبله بدون در نظر گرفتن ریشک با استفاده از خط­کش)، طول ریشک (فاصله­ی انتهای سنبله تا میانگین طول ریشک با استفاده از خط­کش) وزن سنبله (با اندازه­گیری وزن سنبله­های 20 نمونه و سپس میانگین­گیری) تعداد سنبلچه (با شمارش تعداد سنبلچه در هر سنبله) طول دانه و قطر دانه (با استفاده از کولیس دیجیتالی) در دو نسل ثبت گردید.

جهت تهیه DNA از نمونه­های برگی تازه  نسل F3 استفاده شد. استخراج DNA ژنومی به روش CTAB تغییر یافته ( 1984,.et al Saghaie-Maroof) در آزمایشگاه ژنتیک دانشگاه گنبدکاووس انجام شد. کمیت و کیفیت DNA استخراج شده با کمک ژل آگارز 8% و اسپکتوفتومتر تعیین گردید. برای انتخاب نشانگرهای ریزماهواره مناسب از پایگاه اطلاعاتی ژنتیکی (http://www.wheat.pw.usda.gov) استفاده شد. معیار انتخاب آغازگر­های تصادفی برای این تحقیق، میزان اطلاعات چند­شکلی (PIC) و تعداد آلل مشاهده شده در مقالات قبلی بود. آغازگرهای مورد بررسی، به‌صورت لیوفیلیزه تهیه گردید و پس از حل کردن و رقیق ساختن با آب دیونیزه (آب فاقد یون) طبق دستورالعمل مربوط، به‌عنوان ذخیره اصلی در دمای°C  20- نگه­داری شد. برای تهیه نقشه پیوستگی ابتدا چندشکلی والدین با استفاده از 29 آلل ریز ماهواره بررسی شد (جدول 1). نهایتاً با حذف نشانگرهای دارای کج شکلی تفرق و نشانگرهای انفرادی غیر پیوسته و گروه­های کوچک فاقد نشانگر SSR، 7 پرایمر استفاده شد. پس از تکثیر پرایمرهای تصادفی 52 آلل IPBS، 8 آلل IRAP و 6 آلل ISSR) که نواربندی کاملاً واضح داشته و از لحاظ آماری با تفرق مندلی مطابقت داشتند وارد نقشه شدند که این تعداد نشانگر در هفت گروه پیوستگی (معادل تعداد کروموزوم­های جو) قرار گرفتند. واکنش زنجیره­ای پلی­مراز آغازگرها به‌وسیله ترموسایکر مدل iCycler BIORAD) ساخت کشور آمریکا)،  96 چاهک­دار اجرا گردید. برای تهیه نقشه ژنتیکی از نرم افزار Manly and Olso, 1999)) Map Manager و برای رسم نقشه از نرم افزار MapChart (Voorrips, 2002) استفاده شد. در نهایت برای پیدا کردن QTLها از QGEN استفاده شد. از روش مکان‌یابی فاصله‌ای مرکب (1994 ,(Zeng استفاده شد.

روشCIM  در تجزیـه پیوستگی و مکان­یابی QTLهای کنترل‌کننده خصوصیات مورد مطالعه استفاده شد. روش مکان‌یابی فاصله­ای مرکب در مقایسه با روش­های تجزیه تک نشانگری و مکان‌یابی فاصله­ای ساده[3] از کارایی و قدرت آزمون بسیار بالایی برخوردار است. حد بحرانی جهت تشخیص QTLها با انجام آزمون Permutation به­دست آمد (2LOD=).

 

نتایج و بحث

مقادیر حداقل، حداکثر، انحراف معیار و واریانس به همراه ضریب تغییرات فنوتیپی صفات مورد بررسی در جدول 2 آورده شده است. کم‌ترین ضریب تغییرات در هر دو نسل(19/4 )F3 و  ) 72/5 F4 (مربوط به صفت طول دانه و بیش­ترین ضریب تغییرات در نسل F3 مربوط به صفت تعداد سنبلچه (76/24) و در نسل F4 مربوط به وزن سنبله (03/17) بود.


 

 

 

جدول1- توالی آغازگرهای ریزماهواره SSR، IPBS، IRAP و ISSR.

Table 1- Sequences of microsatellite, IPBS, IRAP and ISSR primers.

 

ریزماهواره SSR

 

 

 

توالی معکوس

Reverse Sequence

توالی مستقیم

Direct Sequence

دمای­اتصال

Annealing temperature

کروموزوم

Chromosomal

نشانگر

Marker

5-CACCGCCTCCTCTTTCAC-3

5-CTCCACGAATCTCTGCACAA-3

64-55

1

HVM20

5-CAAAACTGCAGCTAAGCAGGGGAGA-3

5-ATTGGCGTGACCGATAATTTATGTTC-3

60

2

HVBKASI

5-CACGCCCTCTCCCTAGAT-3

5-ATATTAAAAAAGGTGGAAAGCC-3

64-55

3

HVM33

5-CAAATCTTCCAGCGAGGCT-3

5-AGGACCGGATGTTCATAACG

64-55

4

HVM68

5-ACGTTGTTTCTTCGCTGCTG-3

5-TTAGGGCTACGGTTCAGATGTT-3

60

5

HVDHN7

5-TGGTAACTTGTCCCCAAAG-3

5-AGACATCCAAAAAATGAACCA-3

64-55

6

HVM65

5-AGGAACGAACGAAGGGAGTATTAAGCAG-3

5-AACGACGTCGCCACACAAC-3

55

7

HVM5

 

IPBS, IRAP and ISSR

 

توالی

Sequences

 

دمای­اتصال

Annealing temperature

موتیف

Motif

نشانگر

Marker

 

CTTCTAGCGCCA-3-5

55-50

-

2083

 

CTCACGATGCCA-3-5

55-60

-

2077

 

GCTCCGATGCCA-3-5

64-59

-

2076

 

3-ACCTAGCTCATGATGCCA-5

60-55

-

2238

 

3-ATGCCGATACCA-5

64-59

-

2085

 

3-AACCTGGCCTCAGATGCCA-5

60-55

-

2240

 

3-ACCTAGCTCATCATGCCA-5

55-50

-

2241

 

3-CTCATGATGCCA-5

55-50

-

2075

 

5-GCATCAGCCTGGACCAGTCCTCGTCC-3

55-60

-

GU929878

 

5-GGAAGGAAGGAAGGAAGGAAT-3

57-52

(GGAA)5T

38

 

                 

 

جدول 2- آمار توصیفی صفات اندازه­گیری شده برای خانواده­های F3 و  F4جو حاصل از تلاقی بیچر× کویر.

Table 2- Descriptive statistics of gualuated traits in F3 and F4 families of Becher × Kavir Cross in barley.

 

 

F3

 

صفات

Trait

میانگین

Mean

حداقل

Minimum

حداکثر

Maximum

واریانس

Variance

انحراف معیار

Std. Deviation

 

ضریب تغییرات (%)

C.V

 

طول سنبله (سانتی­متر)

Spike length

6.88

4.91

8.89

0.41

0.64

9.83

 

طول ریشک (سانتی­متر)

Awn length

10.94

9.51

12.99

0.33

0.58

6.75

 

وزن سنبله (گرم)

Spike weight

1.50

1.11

2.07

0.03

0.18

13.02

 

تعداد سنبلچه

Spikelet number

11.25

9.17

13.87

0.58

0.76

24.76

 

طول دانه (میلی­متر)

Grain length

13.70

8.05

18.61

7.90

2.81

4.19

 

قطر دانه (میلی­متر)

Grain diameter

1.90

1.42

2.47

0.04

0.21

5.89

 

F4

صفات

Trait

  میانگین

Mean

حداقل

Minimum

حداکثر

Maximum

واریانس

Variance

انحراف معیار

Std.Deviation

 

ضریب تغییرات (%)

C.V

طول سنبله (سانتی­متر)

Spike length

6.84

4.76

10.70

0.88

0.93

13.59

طول ریشک (سانتی­متر)

Awn length

8.22

5.33

11.86

1.13

1.06

12.89

وزن سنبله (گرم)

Spike weight

2.70

1.72

4.31

0.21

0.46

17.03

تعداد سنبلچه

Spikelet number

10.67

6.66

15.33

2.24

1.49

13.96

طول دانه (میلی­متر)

Grain length

9.61

7.73

11.03

0.30

0.55

5.72

قطر دانه (میلی­متر)

Grain diameter

2.63

1.86

4.20

0.16

0.40

15.20

                       

 

 

 


جدول 3- ضرایب همبستگی صفات زراعی نسلF3 و  F4حاصل از تلاقی بیچر × کویر.

Table 3- Correlation coefficients of agronomic traits in the F3 and F4 families Becher × Kavir cross.

 

صفات  Trait

طول سنبله

Spike length

(cm)

طول ریشک Awn length

(cm)

وزن سنبله Spike weight

(gr)

تعداد سنبلچه Spikelet number

طول دانه Grain length

(mm)

قطر دانه

Grain

 Diameter

(mm)

طول سنبله

Spike length

 

-0.05ns

0.49**

0.73**

0.31**

0.13ns

طول ریشک

Awn length

-0.11ns

 

0.22*

0.14ns

-0.03ns

0.12ns

وزن سنبله

Spike weight

0.43**

0.09ns

 

0.65**

0.10ns

0.06ns

تعداد سنبلچه

Spikelet number

0.60**

-0.11ns

0.33**

 

0.15ns

-0.08ns

طول دانه

Grain length

0.15ns

0.05ns-

0.07ns

0.17 ns

 

0.07ns

قطر دانه

Grain diameter

0.06ns-

0.03ns-

0.23*

0.01ns

-0.001ns

 

ns، *  و :** به ترتیب غیر معنی­دار، معنی­دار در سطوح احتمال 5 درصد و 1درصد.

ns, * and ** : Not significant, significant at the 5% and 1% probability levels, respectively.

اعداد  بالای قطر جدول  ضریب همبستگی برای نتاج F4 و پایین قطر جدول ضریب همبستگی برای نتاج F3  است.

Duta  in upper diagonal represent correlation coefficients of F4 familes and those in lower diagonal represent correlation coefficients of F3 familes.

 

 

بیش­ترین ضریب همبستگی در نسل F3  و F4 به ترتیب مربوط به صفات تعداد سنبلچه و طول سنبله **60/0r= و **73/0 r=بود. ضریب همبستگی بین صفات تعداد سنبلچه و وزن سنبله در نسل  F4 **65/0r= بود. در نسل F3 ضریب همبستگی بین وزن سنبله با طول سنبله**43/0r=، تعداد سنبلچه با وزن سنبله **33/0r=، قطر دانه با وزن سنبله  *23/0 r= بود. همچنین در نسل F4 بین صفات طول سنبله و وزن سنبله(**49/0 (r=، طول ریشک با وزن سنبله ( *22/0 (r= و طول دانه با طول سنبله (**31/0 (r=همبستگی مشاهده شد (جدول 3).

توزیع فنوتیپی صفات

توزیع فراوانی ارزش­های فنوتیپی صفات مورد مطالعه در خانواده­های F3 و F4 به­صورت نمودار ستونی (هیستوگرام) همراه با منحنی نرمال و ارزش­های والدینی نشان داد که توزیع فنوتیپی صفات مورد بررسی به­صورت پیوسته بود (شکل 1). بررسی ارزش صفات برای والدین در دو سال نشان داد که والد کویر از نظر صفات طول ریشک، وزن سنبله و طول دانه ارزش بیش­تری نسبت به بیچر دارد و والد بیچر نیز از نظر صفات طول سنبله، تعداد سنبلچه و قطر دانه ارزش بیش­تری نسبت به کویر دارد (جدول 4).

نقشه ژنتیکی

نقشه حاصل، 640 سانتی مورگان از ژنوم را پوشش داد و فاصله­ی بین دو نشانگر مجاور برروی نقشه به‌طور متوسط 69/9 سانتی مورگان برآورد گردید (شکل2). نقشه (2016) .Wang et al 2/1081 سانتی مورگان از ژنوم جو را پوشش داد و فاصله بین دو نشانگر مجاور 7/1 سانتی مورگان برآورد گردید. نقشه مرکب از 327 نشانگر RFLP با طول 3/1226 و متوسط فاصله 75/3 سانتی­مورگان توسط پروژه نقشه­یابی ژنوم جو آمریکای شمالی (NABGMP) تهیه شده است (Kleinhofs, 1993). مقایسه نقشه ژنتیکی ارائه‌شده در این مطالعه با نقشه­های قبلی نشان داده در تمام گروه­های پیوستگی فاصله بین نشانگرها متفاوت با نتایج سایر نقشه­های موجود بود. ازآنجایی‌که نقشه ژنتیکی به‌دست‌آمده از یک تلاقی با والدین متفاوت با سایر نقشه­ها می­باشد تغییر در فاصله بین نشانگرها منطقی به نظر می‌رسد. 

 

تجزیه  QTLs

نتایج تجزیه QTL منجر به شناسایی پانزده QTL شد که شامل  نه QTL در نسل  F3 و ششQTL  در نسل  F4 بود (جدول 5 و شکل 3). برای صفت طول سنبله در نسل F4 یک QTL روی کروموزوم 6 شناسایی شد. QTL مکان­یابی شده qSL-6 روی کروموزوم 6 در فاصله نشانگری iPBS2083-1-iPBS2241-5 در موقعیت 54 سانتی مورگان مکان­یابی گردید و با LOD 59/2 مقدار 11 درصد واریانس فنوتیپی برای صفت طول سنبله را توجیه نمود. اثر افزایشی 37/185- بوده و آلل­های والد کویر باعث کاهش این صفت شد. در تحقیقی (2010) . Wang et  al برای طول سنبله جو شش QTL در موقعیت‌های MTP، FVRS و GH بر روی کروموزوم‌های 2 و 3 شناسایی کردند.

در پژوهشی (2014) Wang et al. چهار QTL روی کروموزوم­های 1H، 2H، 5H و  7H جو برای این صفت گزارش کردند.

در پژوهشی (2014) Ren et al. شش QTL برای طول سنبله جو طی سه سال آزمایش بر روی کروموزوم­های 2H و 7H شناسایی کردند.

در پژوهشی (2015)et al. Ahmadi Ochtapeh سه QTL برای طول سنبله روی کروموزوم­ 2 گزارش کردند.

در تحقیقی(2007) . Baghizadeh et al  برای طول سنبله جو سه QTL روی گروه پیوستگی 4 در دو منطقه Karag و Mean شناسایی کردند.

 

 

 

 

 
   
 

 


 

وزن سنبله (گرم) F4                                          طول سنبله (سانتی­متر) F4

 

                طول ریشک (سانتی­متر)  F3                                       طول ریشک (سانتی­متر) F4                                              

 

                                قطر دانه (میلی­متر) F3                                  قطر دانه (میلی­متر) F4

 

                            طول دانه (میلی متر) F3                                     طول دانه (میلی‌متر)  F4

 

تعداد سنبلچه (تعداد)

شکل1- توزیع فنوتیپی صفات زراعی در خانواده­های نسل F3 و  F4حاصل از تلاقی بیچر × کویر.

Figure 1. Histogram of evaluated traits for F3 and F4 families derived from Becher × Kavir cross.

جدول 4- آمار توصیفی والدین در دو نسل F3  و F4.

Table 4- Descriptive statistics in both F3 and F4 generations.

 

نسل Generation

صفات   Trait

F3 (سال اول)

F4 (سال دوم)

بیچر

Becher

کویر

 Kavir

بیچر

Becher

کویر

 Kavir

طول سنبله (سانتی­متر)

Spike length (cm)

7.26

6.29

7.10

6.17

طول ریشک (سانتی­متر)

Awn length (cm)

9.51

12.98

7.57

8.67

وزن سنبله (گرم)

Spike weight (gr)

1.35

1.40

2.55

2.94

تعداد سنبلچه

Spikelet no./spike

11.70

10.86

10.67

10

طول دانه (میلی­متر)

Grain length (mm)

9.50

9.97

8.57

10.27

قطر دانه (میلی­متر)

Grain diameter (mm)

1.95

1.67

2.60

2.33

 

 

در پژوهش حاضر برای صفت طول سنبله یک QTL بر روی کروموزوم 6 در فاصله‌ی نشانگری iPBS2241-5 iPBS2083-1- شناسایی گردید که با نتایج (2010) .Wang et al، (2014) . Wang et al، (2014) .Ren et al، (2014) al.  Ahmadi Ochtapeh et و (2007) .Baghizadeh et al همخوانی نداشت.

برای طول ریشک در نسل F4  یک QTL روی کروموزوم 5 شناسایی شد. QTL مکان­یابی شده qAL-5 روی کروموزوم 5 در فاصله نشانگری iPBS2077-1-iPBS2075-2 در موقعیت 38 سانتی­مورگان مکان­یابی گردید و با LOD 51/2 مقدار 6/10 درصد واریانس فنوتیپی برای صفت طول ریشک را توجیه نمود. اثر افزایشی 20/39- بوده و آلل­های والد بیچر باعث کاهش این صفت شد.

برای صفت طول ریشک در نسل F3 سه QTL روی کروموزوم 3 در موقعیت 32، 34 و 36 سانتی­مورگان مکانی­یابی گردید. این سه QTL مکان­یابی شده qAL-3 روی کروموزوم 3 در فاصله­ی نشانگری iPBS2241-2-iPBS2077-7 مکان­یابی گردیدند. LOD  سه QTL  49/2 و مقدار 06/1 درصد واریانس فنوتیپی را توجیه نمودند.

 

 

 

 

 

 

   طول سنبله                 طول ریشک      وزن سنبله        تعداد سنبلچه          طول دانه              قطر دانه

شکل2- نقشه پیوستگی جمعیت نسل F3 و F4 جو حاصل از تلاقی ارقام بیچر × کویر با استفاده از نشانگرهای SSR، iPBS، ISSR، IRAP

Figure 2- Linkage map F3 and F4 generations barley derived from the cross Becher × Kavir using SSR, iPBS, ISSR, IRAP markers.


 

 

 اثر افزایشی QTLهای مذکور به ترتیب 14/3، 69/0 و 39/0 بود و آلل­های والد کویر باعث افزایش این صفت شد. برای صفت طول ریشک (2010) .Wang et al، سه  QTL در موقعیت­های MTP، FVRS و GH بر روی کروموزوم 3 جو همچنین (2007) .Baghizadeh et al  شش QTL روی کروموزوم 1و 4 جو در دو منطقه Karag و Mean شناسایی کردند. در پژوهشی (2014) . Wang et alهفت QTL بر روی کروموزوم­های 1H، 3H، 5H و 7H جو گزارش کردند. در پژوهش حاضر چهارQTL  برای صفت طول ریشک بر روی کروموزوم 3 و5 گزارش شد که با نتایج (2014) . Wang et al و (2010) .Wang et al، همخوانی داشت، ولی با نتایج (2007) .Baghizadeh et al مطابقت نداشت.

برای وزن سنبله در نسل F4 یک QTL روی کروموزوم 6 شناسایی شد. QTL مکان­یابی  شدهqSW-6  روی کروموزوم 6 در فاصله نشانگری iPBS2083-1-iPBS2241-5 در موقعیت 56 سانتی­مورگان مکان­یابی گردید و باLOD  47/2 مقدار 5/10 درصد واریانس فنوتیپی برای وزن سنبله را توجیه نمود. اثر افزایشی 38/228- بوده و آلل­های والد بیچر باعث کاهش این صفت شد. در پژوهشی (2011) Sabouri et al.، برای وزن خوشه برنج دو QTL روی کروموزوم 1 و 6 در فاصله نشانگری RM8115-RM5638 و RM7434-RM162 شناسایی کردند. همچنین  .Golabadi et al (2011)، برای وزن سنبله گندم یک QTL در نسل F4 بر روی کروموزوم 1B گزارش کردند.

برای صفت تعداد سنبلچه در نسل F4 یک QTL بزرگ اثر روی کروموزوم 5 شناسایی شد. QTL مکان­یابی شده qSS-5  روی کروموزوم 5 در فاصله نشانگری  iPBS2077-1-iPBS2075-2 در موقعیت 38 سانتی­مورگان مکان­یابی گردید و LOD 9/2 مقدار 2/12 درصد واریانس فنوتیپی برای تعداد سنبلچه را توجیه نمود. اثر افزایشی 54/34 بوده و آلل­های والد بیچر باعث افزایش این صفت شد. در تحقیقی (2007) .Baghizadeh et al برای صفت تعداد سنبلچه جو در محیط­های مختلف QTL­های مختلفی را شناسایی کردند. این QTL­ها روی گروه پیوستگی 1 در فاصله 0-14CM از نزدیک­ترین نشانگر بود.  در پژوهشی (2016)Wang et al. برای تعداد سنبلچه 27 QTL بر روی کروموزوم 4H،  2H، 1H و 7H  طی 5 سال با LOD 58/2 تا 42/78 شناسایی کردند. در تحقیق Sabouri et al. (2013) سه  QTLکنترل کننده تعداد خوشچه در برنج بر روی کروموزوم‌ 2 شناسایی شد. در پژوهش حاضر  برای تعداد سنبلچه یک QTL بر روی کروموزوم 5 شناسایی شد که با نتایج (2007) .Baghizadeh et al و Wang et   al.  (2016) مطابقت نداشت.

برای طول دانه در نسل F4 یک QTL بزرگ اثر روی کروموزوم 6 شناسایی شد. QTL مکان‌یابی شده qGL-6 روی کروموزوم 6 در فاصله نشانگری iPBS2083-1-iPBS2241-5  در موقعیت 56 سانتی­مورگان مکان­یابی گردید و با LOD 62/3 مقدار 15 درصد واریانس فنوتیپی را

توجیه نمود. اثر افزایشی 11/93 بوده و آلل­های والد کویر باعث افزایش این صفت شد. برای طول دانه در نسل F3 سه QTL بر روی کروموزوم­های 2،1 و 5 شناسایی شد. مقدار LOD این سه به ترتیب 19/2، 18/2 و 45/2 بود. این QTLها در فاصله­ی نشانگری IRAPGU929878-iPBS2240-1 و iPBS2077-1-iPBS2075-2 و qGD-2 پیوسته به نشانگر iPBS2076-5 و موقعیت­های 32، 54 و 36 سانتی­مورگان قرار داشتند. اثر افزایشی برای هر سه منفی بوده و آلل­های والد بیچر باعث کاهش طول دانه شد. ضریب تبیین به ترتیب 4/9، 3/9 و 4/10 درصد واریانس فنوتیپی را توجیه نمود.  در تحقیقی (2016) Zhou et al. برای طول دانه جو دو QTL LEN-3H و LEN-4H شناسایی کردند. در پژوهشی (1995) .Backes et al دو QTL برای طول دانه روی کروموزوم 4H و 7H شناسایی کردند. در تحقیقی (2013) Schnaithmann and Pillen. سه QTL برای طول دانه جو روی کروموزوم  1H و 7H گزارش کردند.  در مطالعه­ای (2013) .Kalladan et al برای طول دانه جو چهار QTL روی کروموزوم 1H (دو QTL)، 2H (یک QTL) و 5H (یک QTL) نقشه­یابی کردند. در پژوهشی (2015) Sabouri et al. یک  QTLبرای طول دانه خام برنج بین نشانگرهای RM243  و RM23  روی کروموزوم 1 با توجیه فنوتیپی 41 درصد شناسایی کردند. در این تحقیق یک QTL برای طول دانه بر روی کروموزوم 6 و سه QTL بر روی کروموزوم 1، 2 و 5  شناسایی شد که با نتایج (2013) Schnaithmann and Pillen. برای کروموزوم 1 و (2013) .Kalladan et al همخوانی داشت، ولی با نتایج   . Zhou et al (2016) و (1995) . Backes et alهمخوانی نداشت.

برای قطر دانه در نسل F4 یک QTL روی کروموزوم 4 شناسایی شد. QTL مکان­یابی شده qGD-4 روی کروموزوم 4 در فاصله نشانگری iPBS2238-5-HVM63 در موقعیت 90 سانتی‌مورگان مکان­یابی گردید و با LOD 53/2  مقدار 7/10 واریانس فنوتیپی را توجیه نمود. اثر افزایشی منفی 78/20- بوده و والد کویر باعث کاهش این صفت شد. برای قطر دانه در نسل F3 سه QTL شناسایی شد که به ترتیب روی کروموزوم 2، 1 و 5 شناسایی شد. اثر افزایشی برای این QTL­ها به ترتیب 08/2-، 84/1- و 11/2- بود که آلل­های والد کویر باعث کاهش قطر دانه شد. این ­QTLها در فاصله نشانگری IPBS2240-1 IRAPGU929878-7-، iPBS2077-1-iPBS2075-2 و qGD-2 پوسته به نشانگر iPBS2076-5 بود و در موقعیت 32، 54 و 36 سانتی­مورگان قرار داشتند. مقدار LOD برای سه QTL به ترتیب 79/2، 55/2 و 59/2 شد که به ترتیب 7/11، 8/10 و 11 درصد واریانس فنوتیپی را توجیه کردند.  (2013). Kalladan et al برای عرض دانه جو در مجموع شش QTL بر روی هفت کروموزوم نقشه­یابی شده به‌جز کروموزوم 5 و 4 شناسایی شد و Schnaithmann and Pillen (2013) سه QTL برای عرض دانه جو روی همه­ی گروه­های پیوستگی به‌جز  1Hو 5H شناسایی کردند. در پژوهش حاضر چهار QTL روی کروموزوم­های 1، 2، 4 و 5 شناسایی شد که با نتایج (2013). Kalladan et al همخوانی داشت ولی با نتایج (2013) .Schnaithmann and Pillen همخوانی نداشت. برای صفات مورد بررسی در پژوهش­های مختلف مکان­های متعددی به‌عنوان جایگاه­های مهم در کنترل این صفات معرفی شدند. تعدادی از نتایج حاصل با هم مطابقت دارند و تعداد زیادی از آن‌ها با هم همخوانی ندارند از 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.

 


نتیجه­گیری

در هر دو نسل F3 و F4 برای صفات طول ریشک، طول دانه و قطر دانه QTLهایی مکان­یابی شد. برای طول ریشک در نسل F3 سه QTL­ مکان­یابی شده روی کروموزوم 3 در مجموع 18/3 درصد واریانس فنوتیپی را توجیه کردند در حالی­که در نسل F4 یک QTL روی کروموزوم 5 تعیین مکان شد که 6/10 درصد واریانس فنوتیپی را توجیه کرد. برای طول دانه در نسل F3 دو QTL بر روی کروموزوم­های 1 و 5 و یک QTL پیوسته به نشانگر بر روی کروموزوم 2 شناسایی شد که در مجموع 1/29 درصد واریانس فنوتیپی را توجیه کردند، در نسل F4 یک QTL بزرگ اثر با ضریب تبیین 15 روی کروموزوم 6 مکان­یابی گردید. برای قطر دانه در نسل F3 دو QTL بر روی کروموزوم­های 1 و 5 و یک QTL پیوسته به نشانگر بر روی کروموزوم 2 شناسایی شد که در مجموع 5/33 درصد واریانس فنوتیپی را توجیه کردند، در نسل F4 یک QTL روی کروموزوم 4 مکان­یابی شد که با 7/10 درصد واریانس فنوتیپی را توجیه نمود.


 


جدول5- QTL­های کنترل­کننده صفات در جو نسلF3 و  F4حاصل از تلاقی بیچر × کویر.

Table 5- QTL controlling for traits in  F3 and F4 families derived Becher × Kavir cross in barley.

صفت

Trait

نسل

Population

QTL

نزدیک­ترین مجاور1

Closest marker

کروموزوم

Chromosomal

LOD2

 

طول سنبله

Spike length

F4

qSL-6

iPBS2083-1-iPBS2241-5

6

2.59

طول ریشک

Awn length

F4

qAL-5

iPBS2077-1-iPBS2075-2

5

2.51

طول ریشک

Awn length

F3

qAL-3

iPBS2241-2-iPBS2077-7

3

2.49

طول ریشک

Awn length

F3

qAL-3

iPBS2241-2-iPBS2077-7

3

2.49

طول ریشک

Awn length

F3

qAL-3

iPBS2241-2-iPBS2077-7

3

2.49

وزن سنبله

Spike weight

F4

qSW-6

iPBS2083-1-iPBS2241-5

6

2.47

تعداد سنبلچه

Spikelet number

F4

qSS-5

iPBS2077-1-iPBS2075-2

5

2.9

 

 

صفت

Trait

موقعیت3  (سانتی‌مورگان)

Position (cM)

فاصله QTL از نشانگر (سانتی‌مورگان)

(cM)

اثر افزایشی

Addative effect

ضریب تبیین

(R^2)

جهت آلل4

Direction allele

طول سنبله Spike length

54

1.5

-185.37

11

KAV

طول ریشک Awn length

38

2.5

-39.20

10.6

BCH

طول ریشک Awn length

32

0.4

3.14

1.06

KAV

طول ریشک Awn length

34

2.4

0.69

1.06

KAV

طول ریشک Awn length

36

1.6

0.39

1.06

KAV

وزن سنبله Spike weight

56

3.5

-228.38

10.5

BCH

تعداد سنبلچه Spikelet number

38

2.5

34.54

12.2

BCH

 

1- نشانگری که زیر آن خط کشیده شده نزدیک­ترین نشانگر به مکان ژنی از لحاظ موقعیت است 2-  احتمال وجود QTL بر عدم وجود QTL  3- فاصله نقطه اوج منحنی QTL از نشانگر سمت چپ نقشه پیوستگی 4- برای اثر افزایشی مثبت والد دارای  میانگین بزرگ‌تر و برای اثر افزایشی منفی والد دارای میانگین کم­ جهت آلل را تعیین نمود.

1. The marker was underlined that nearest marker locus in position  2.Logarith of add  3. Distance the peak curve QTL the left side of marker linkage map 4. To effect positive increase parent with an average larger and for additive effects of negative parents who average less in that direction is the direction of alleles to determine.                                                                                                                                                                                                ادامه­ی جدول5- QTL­های کنترل­کننده صفات در جو نسلF3 و  F4حاصل از تلاقی بیچر × کویر.

Table 5 continued- QTL controlling for traits in  F3 and F4 families derived Becher × Kavir cross in barley.  

صفت

Trait

نسل

Population

QTL

نزدیک­ترین مجاور1

Closest marker

کروموزوم

Chromosomal

LOD2

 

طول دانه Grain length

F4

qGL-6

iPBS2083-1-iPBS2241-5

6

3.62

طول دانه Grain length

F3

qGL-1

IRAPGU929878-7-iPBS2240-1

1

2.19

طول دانه Grain length

F3

qGL-2

iPBS2076-5

2

2.18

طول دانه Grain length

F3

qGL-5

iPBS2077-1-iPBS2075-2

5

2.45

قطر دانه Grain diameter

F4

qGD-4

iPBS2238-5-HVM63

4

2.53

قطر دانه Grain diameter

F3

qGD-1

IRAPGU929878-7-iPBS2240-1

1

2.79

قطر دانه Grain diameter

F3

qGD-2

iPBS2076-5

2

2.55

قطر دانه Grain diameter

F3

qGD-5

iPBS2077-1-iPBS2075-2

5

2.59

 

 

صفت

Trait

موقعیت3 (سانتی مورگان)

Position (cM)

فاصله QTL از نشانگر

(سانتی­مورگان)

(cM)

اثر افزایشی

Add effect

ضریب تبیین

(R^2)

جهت آلل4

Direction allele

طول دانه Grain length

56

3.5

93.11

15

KAV

طول دانه Grain length

32

1.7

-1.87

9.4

BCH

طول دانه Grain length

54

0

-1.72

9.3

BCH

طول دانه Grain length

36

0.5

-2.07

10.4

BCH

قطر دانه Grain diameter

90

7.5

-20.78

10.7

KAV

قطر دانه Grain diameter

32

1.7

-2.08

11.7

KAV

قطر دانه Grain diameter

54

0

-1.84

10.8

KAV

قطر دانه Grain diameter

36

0.5

-2.11

11

KAV

1- نشانگری که زیر آن خط کشیده شده نزدیک­ترین نشانگر به مکان ژنی از لحاظ موقعیت است 2-  احتمال وجود QTL بر عدم وجود QTL  3- فاصله نقطه اوج منحنی QTL از نشانگر سمت چپ نقشه پیوستگی 4- برای اثر افزایشی مثبت والد دارای  میانگین بزرگ‌تر و برای اثر افزایشی منفی والد دارای میانگین کم­ جهت آلل را تعیین نمود.

1. The marker was underlined that nearest marker locus in position  2. Logarith of add.  3. Distance the peak curve QTL the left side of marker linkage map 4. To effect positive increase parent with an average larger and for additive effects of negative parents who average less in that direction is the direction of alleles to determine.              

 

 

 

 

 

 

وزن سنبله(کروموزوم 6) F4                                     طول سنبله(کروموزوم 6) F4

 

 

                                           

 

                                 طول ریشک (کروموزوم 3) F3                                     طول ریشک (کروموزوم5)  F4

 

                                                                                                                                                                                     

 

طول دانه (کروموزوم 2)  F3                                    طول دانه (کروموزوم 1)  F3

 

 

 

 

                     

 

طول دانه (کروموزوم 6)                                  F4طول دانه (کروموزوم5)  F3

 

 

 

  قطر دانه (کروموزوم 1)                                       قطر دانه (کروموزوم 4) F4

 

 

                          

                                    قطر دانه (کروموزوم 5)  F3                                            قطر دانه (کروموزوم 2) F3

 

 

 

 

 

 

تعداد سنبلچه (کروموزوم 5) F4

شکل 3- نمایش گرافیکی  QTL های شناسایی شده و مقادیر LOD برای صفات مورد مطالعه.

Figure 3- The graphical display of the identified QTL, LOD values for the studied traits.

 

منابع

 

Ahmadi Ochtapeh H, Soltanloo H, Ramezanpour SS, Naghavi MR,
KalateArabi M, Nikkhah HR, Yoosefi Rad S (2016). Localization of QTLs conferring lodging resistance in barley recombinant inbred lines. Modern Genetics Journal 2: 237-244.

Backes G, Graner A, Foroughi-Wehr B, Fischbeck G, Wenzel G, Jahoor A (1995). Localization of quantitative trait loci (QTL) for agronomic important characters by the use of a RFLP map in barley (Hordeum vulgare L.). Theoretical and Applied Genetics 90: 294–302.

Baghizadeh A, Taleei AR, Naghavi MR (2007). QTL analysis for some agronomic
traits in barley (Hordeum vulgare L.). International Journal of Agricultural and Biological Engineering 9: 4-372.

Collard BCY, Mackill DJ (2008). Markerassisted selection: An approach for
precision plant breeding in the twenty first century. Philosophical Transactions
of the Royal Society. Biological Sciences 363: 557-572.                                                          

 FAO. 2013. FAOSTAT. www.fao.org.com.

Golabadi M, Arzani A, Mirmohammadi Maibody SAM, Sayed Tabatabaei BE, Mohammadi SA (2011). Identification of microsatellite markers linked with yield components under drought stress at terminal growth stages in durum wheat. Euphytica 177: 207–221.

Golabadi M, Arzani A, Mirmohammadi Maibody SAM, Sayed Tabatabaei BE, Mohammadi SA (2010). Identification of microsatellite markers linked with yield components under drought stress at terminal growth stages in durum wheat. Journal of Crop Sciences 13: 729-712.

Gonzalez A, Morgan I, Ayerbe L (1999). Barley yield in water-stress conditions the influence of precocity, osmotic adjustment and stomatal conductance. Field Crops Research 62: 23-34.                                                                                                                                    

Kalladan R, Worch S, Rolletschek H, Harshavardhan TV, Kuntze L, Seiler C, Sreenivasulu N, Roder MS (2013). Identification of quantitative trait loci contributing to yield and seed quality parameters under terminal drought in barley advanced backcross lines. Molecular Breeding. 32: 71-90.

Kleinhofs A, Kilian A, Saghai Maroof MA,  Biyashev RM,  Hayes P, Chen FQ, Lspitan N, Fenwick A, Blake TK, Kanazin V,  Ananiev E,  Dahleen L ,Kurdna D, Bollinger J, Knapp SJ, Liu B, Sorrells M,  Heun M, Franckowiak JD, Hoffman D, Skadsen R, Stefffenson BJ (1993). A molecular, isozymes, and morphological map of the barley (Hordeum vulgare L.) genome. Theoretical and Applied Genetics 86: 705-712.

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

Mondini L, Noorani A, Pagnotta MA (2009). Assessing plant genetic diversity by molecular tools. Diversity 1: 19–35.

Rafalski DJA, Vogel JM, Morgante M, Powell W, Andre S, Tingey SV (1996). Generating and using DNA markers inplant. p. 75-134. In B. Birren and E. Lai (ed.) Nonmammalian genomic analysis: A practical guide. Chapman and Hall, New York.

Rahimi M, Ibrahim SF, Ashghi R (2011). Determine the inheritance of genes controlling agronomic traits in barley and location. Journal Crops Biotechnology 3: 48-35.

Ren XF, Sun DF, Dong WB, Sun GL, Li CD (2014). Molecular detection of QTL controlling plant height components in a doubled haploid barley population. Genetics and Molecular Research 2: 3089-3099.

Sabouri H,  Dadras AR, Sabouri A, Katouzi m (2015) Molecular-genetic analysis of rice grain dimension in recombinant inbreed lines of cross of Anbarbu × Sepidroud. Journal of agriculture Biotechnology 7(2): 67-86.

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, Sabouri A, Khatami neghd (2011). Localization of QTL of some drought tolerance related traits in rice. Journal of Crop Production and Processing 4: 11pp.

Saghaie-Maroof  MA, Sliman KM, Jorgensen RA, Allard RW (1984). Ribosomal DNA spacer length polymorphism in barley: Mendelian inheritance, chromosomal location and population dynamics. Proceedings of the National Academy of Sciences 81: 8014-8018.

Schnaithmann F, Pillen K (2013). Detection of exotic QTLs controlling nitrogen stress tolerance among wild barley introgression lines. Euphytica 189: 1–22.

Voorrips RE (2002). MapChart: software for the graphical presentation of linkage maps and QTLs. The Journal of Heredity 93: 77-78.                                                                                                       

Vos P, Hogers R, Bleeker M, Reijans M, Van de lee T, Hornes M, Frijters A, Pot J, Peleman J, Kupier M, Zabeau M (1995). AFLP: A new technique for DNA fingerprinting. Nucleic Acid Research 23: 4407-4414. 

Wang J , Sun G ,Ren X, Li C ,Liu L,Wang Q, Du B,  Sun D (2016). QTL underlying some agronomic trait in barley detected by SNP markers. BMC Gentics 103: 1-13.

Wang J, Yang J, McNeil DL, Zho M (2010). Identification and molecular mapping of a dwarfing gene in barley (Hordeam vulgare L.) and its correlation with other agronomic traits. Euphytica 175: 331-342.

Wang J,  Yang J, Jia Q, Zhu J,Shang Y, Hua W.Zho M  (2014). A New QTL for Plant Height in Barley ( Hordeum vulgare L.). PLoS ONE 2: e90144.

Zeng ZB, (1994). Precision mapping of quantitative trait loci. Genetics 136: 1457- 1468.

Zhang ZH, Yu SB, Yu T (2005). Mapping quantitative trait loci (QTLs) for seedling Vigor using recombinant inbred lines of rice (Oryza sativa L.). Field Crop Research 91: 161-170.

Zhou H, Liu S, Liu Y, Liu, You J,  Dong M, Ma J, Chen G, Wei Y, Liu C, Zheng Y )2016). Mapping and validation of majer quantitative trait loci for kernel in wild barly (Hordeum vulgare ssp. Spontaneum). BMC Genetics 130:1-9.

 

 

Mapping of spike and grain using F3 and F4 families in Becher × Kavir cross in barly

 

Daghaghelh R.1, Sabouri H.*2, Hosseini Moghaddm H.3, Jorjani E.4, Fallahi H.A.5

 

1-Agricultural biotechnology MSc student, Gonbad kavus University
2-Associate professor of plant production department, Gonbad kavus University
3-Assistance professor of plant production department, Gonbd kavus University
4-Assistance professor of Biology department, Gonbd kavus University
5-Assistance professor of agronomic and horticultural research department, Research and Education Center of Agriculture and Natural Resources in Mazandaran, Agricultural Extension and Education Research Organization, Sari, Iran

 

Abstract

Barley is one of the world's grain is the most important corps after maize, wheat and rice.In order to spike and grain mapping in F3 and F4 families in Becher × Kavir cultivars cross in barlypopulation of 103 families with parents in a randomized complete block design with three replications 2014-2016 during two growing seasons. Assessment transgressive segregation was observed that the existence of different allele combinations in their parents. Linkage map were prepared using SSR, iPBS, IRAP and ISSR marker that it covered 640 cM of barley genome. The distance between two markers 9.69 cM were estimated. Composite interval mapping identified fifteen QTLs in F3 and F4 families. QTLs for awn length, grain diameter and grain length was located in both F3 and F4 families. For grain length and number of spikelets in the F4 families was identified the major effect QTL  by R2 12.2 and 15, with the percentage LOD 3.62 and 2.9 in 3.5 and 2.5 cM distance markers. Length grain and grain diameter were linked and co-location iPBS2076-5 markers in the F3 generation. co-location QTLs For awn length, number of spikelets, grain length and grain diameter identified. QTL identification characteristics of the controller can be effective in improving performance. It is expected to be followed by validation in various places and populations identified QTL in this study programs used in marker-assisted selection and accurate positioning.

Key words: Barley, Mapping, Generation, Spike, QTL.

 



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

[1] Single Marker Analysis

[2]Composite Interval Mapping

[3] Simple Interval Mapping

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

Ahmadi Ochtapeh H, Soltanloo H, Ramezanpour SS, Naghavi MR,
KalateArabi M, Nikkhah HR, Yoosefi Rad S (2016). Localization of QTLs conferring lodging resistance in barley recombinant inbred lines. Modern Genetics Journal 2: 237-244.
Backes G, Graner A, Foroughi-Wehr B, Fischbeck G, Wenzel G, Jahoor A (1995). Localization of quantitative trait loci (QTL) for agronomic important characters by the use of a RFLP map in barley (Hordeum vulgare L.). Theoretical and Applied Genetics 90: 294–302.
Baghizadeh A, Taleei AR, Naghavi MR (2007). QTL analysis for some agronomic
traits in barley (Hordeum vulgare L.). International Journal of Agricultural and Biological Engineering 9: 4-372.
Collard BCY, Mackill DJ (2008). Markerassisted selection: An approach for
precision plant breeding in the twenty first century. Philosophical Transactions
of the Royal Society. Biological Sciences 363: 557-572.                                                          
 FAO. 2013. FAOSTAT. www.fao.org.com.
Golabadi M, Arzani A, Mirmohammadi Maibody SAM, Sayed Tabatabaei BE, Mohammadi SA (2011). Identification of microsatellite markers linked with yield components under drought stress at terminal growth stages in durum wheat. Euphytica 177: 207–221.
Golabadi M, Arzani A, Mirmohammadi Maibody SAM, Sayed Tabatabaei BE, Mohammadi SA (2010). Identification of microsatellite markers linked with yield components under drought stress at terminal growth stages in durum wheat. Journal of Crop Sciences 13: 729-712.
Gonzalez A, Morgan I, Ayerbe L (1999). Barley yield in water-stress conditions the influence of precocity, osmotic adjustment and stomatal conductance. Field Crops Research 62: 23-34.                                                                                                                                    
Kalladan R, Worch S, Rolletschek H, Harshavardhan TV, Kuntze L, Seiler C, Sreenivasulu N, Roder MS (2013). Identification of quantitative trait loci contributing to yield and seed quality parameters under terminal drought in barley advanced backcross lines. Molecular Breeding. 32: 71-90.
Kleinhofs A, Kilian A, Saghai Maroof MA,  Biyashev RM,  Hayes P, Chen FQ, Lspitan N, Fenwick A, Blake TK, Kanazin V,  Ananiev E,  Dahleen L ,Kurdna D, Bollinger J, Knapp SJ, Liu B, Sorrells M,  Heun M, Franckowiak JD, Hoffman D, Skadsen R, Stefffenson BJ (1993). A molecular, isozymes, and morphological map of the barley (Hordeum vulgare L.) genome. Theoretical and Applied Genetics 86: 705-712.
Manly KF, and Olson JM (1999). Overview of QTL mapping software and introduction to Map Manager QTL. Mammalian Genome 10: 327-334.
Mondini L, Noorani A, Pagnotta MA (2009). Assessing plant genetic diversity by molecular tools. Diversity 1: 19–35.
Rafalski DJA, Vogel JM, Morgante M, Powell W, Andre S, Tingey SV (1996). Generating and using DNA markers inplant. p. 75-134. In B. Birren and E. Lai (ed.) Nonmammalian genomic analysis: A practical guide. Chapman and Hall, New York.
Rahimi M, Ibrahim SF, Ashghi R (2011). Determine the inheritance of genes controlling agronomic traits in barley and location. Journal Crops Biotechnology 3: 48-35.
Ren XF, Sun DF, Dong WB, Sun GL, Li CD (2014). Molecular detection of QTL controlling plant height components in a doubled haploid barley population. Genetics and Molecular Research 2: 3089-3099.
Sabouri H,  Dadras AR, Sabouri A, Katouzi m (2015) Molecular-genetic analysis of rice grain dimension in recombinant inbreed lines of cross of Anbarbu × Sepidroud. Journal of agriculture Biotechnology 7(2): 67-86.
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, Sabouri A, Khatami neghd (2011). Localization of QTL of some drought tolerance related traits in rice. Journal of Crop Production and Processing 4: 11pp.
Saghaie-Maroof  MA, Sliman KM, Jorgensen RA, Allard RW (1984). Ribosomal DNA spacer length polymorphism in barley: Mendelian inheritance, chromosomal location and population dynamics. Proceedings of the National Academy of Sciences 81: 8014-8018.
Schnaithmann F, Pillen K (2013). Detection of exotic QTLs controlling nitrogen stress tolerance among wild barley introgression lines. Euphytica 189: 1–22.
Voorrips RE (2002). MapChart: software for the graphical presentation of linkage maps and QTLs. The Journal of Heredity 93: 77-78.                                                                                                       
Vos P, Hogers R, Bleeker M, Reijans M, Van de lee T, Hornes M, Frijters A, Pot J, Peleman J, Kupier M, Zabeau M (1995). AFLP: A new technique for DNA fingerprinting. Nucleic Acid Research 23: 4407-4414. 
Wang J , Sun G ,Ren X, Li C ,Liu L,Wang Q, Du B,  Sun D (2016). QTL underlying some agronomic trait in barley detected by SNP markers. BMC Gentics 103: 1-13.
Wang J, Yang J, McNeil DL, Zho M (2010). Identification and molecular mapping of a dwarfing gene in barley (Hordeam vulgare L.) and its correlation with other agronomic traits. Euphytica 175: 331-342.
Wang J,  Yang J, Jia Q, Zhu J,Shang Y, Hua W.Zho M  (2014). A New QTL for Plant Height in Barley ( Hordeum vulgare L.). PLoS ONE 2: e90144.
Zeng ZB, (1994). Precision mapping of quantitative trait loci. Genetics 136: 1457- 1468.
Zhang ZH, Yu SB, Yu T (2005). Mapping quantitative trait loci (QTLs) for seedling Vigor using recombinant inbred lines of rice (Oryza sativa L.). Field Crop Research 91: 161-170.
Zhou H, Liu S, Liu Y, Liu, You J,  Dong M, Ma J, Chen G, Wei Y, Liu C, Zheng Y )2016). Mapping and validation of majer quantitative trait loci for kernel in wild barly (Hordeum vulgare ssp. Spontaneum). BMC Genetics 130:1-9.