بررسی اثر معرفی ژن‌های lc و fas بر اندام‌های گل در پس‌زمینه ژنتیکی گوجه فرنگی گیلاسی از طریق اینترگرسیون

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه تولید و ژنتیک گیاهی - دانشکده کشاورزی- دانشگاه شهید باهنر کرمان-کرمان- ایران

2 گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی ، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران.

3 گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران.

چکیده

هدف: گوجه فرنگی (lycopersicum L. Solanum)‏ دارای دو واریته گیاهشناسی cerasiforme و lycopersicum است. طی فرآیند اهلی سازی تغییر در برخی ژن‌های کلیدی ویژگی‌های اندام گل را در این گیاه تغییر داده و به اعتقاد بسیاری از محققان موجب ایجاد واریته lycopersicum از واریته گیلاسی (S. lycopersicum var cerasiforme) شده است. هدف این مطالعه انتقال ژن‌های lc و fas به پس زمینه ژنتیکی گوجه فرنگی گیلاسی و بررسی تأثیر این دو مکان ژنی بر ویژگی‌های اندام‌های گل است.
مواد و روش‌ها: در این بررسی ژن‌های lc و fas از لاین p-22 از طریق تلاقی برگشتی به کمک نشانگر به لاین گوجه فرنگی گیلاسی با نام لاین p-33 انتقال داده شد. گزینش در هر نسل تلاقی برگشتی با استفاده از نشانگر‌های مولکولی اختصاصی برای آلل‌های اهلی جهش‌یافته انجام شد. تلاقی برگشتی تا نسل BC3F1 ادامه یافت. از خودگشنی این نسل BC3F2 تولید و لاین‌های ایزوژن نزدیک (NILs) هموزیگوت برای بررسی اثرات ژن‌های lc و fas در زمینه ژنتیکی لاین p-33، ایجاد گردید. سپس بررسی صفات گل شامل تعداد گلبرگ،کاسبرگ، پرچم، قطر میوه اولیه و تعداد حجره انجام شد.
نتایج: نتایج نشان داد که ژن‌ fas بر صفات تعداد کاسبرگ، گلبرگ و پرچم در سطح 5 درصد و صفات تعداد حجره و قطر میوه اولیه در سطح یک درصد تأثیر معنی‌داری داشتند. به طوری که تعداد کاسبرگ‌ها، گلبرگ‌ها و پرچم‌ها در ایزوژن‌های حاوی fas نسبت به لاین p-33 به ترتیب 28/31، 79/36 و 48/40 درصد افزایش نشان دادند. تعداد حجره‌ها در ایزوژن‌های حاوی lc و fas نسبت به لاین p-33 به ترتیب افزایش 88/37 و 64/47 درصدی داشتند. علاوه بر این قطر میوه اولیه نیز در ایزوژن‌های حاوی lc و fas نسبت به لاین p-33 به ترتیب با 91/14 و 81/11 درصد افزایش همراه بود. همچنین اثر مکان‌های ژنی lc و fas بر ابعاد گل معنی‌دار بود و افزایش قابل توجهی در NILهای حامل ژن lc و fas نسبت به لاین p-33 مشاهده شد.
نتیجه‌گیری: نتایج این پژوهش مؤید نقش چشمگیر دو مکان ژنی lc و fas بر ویژگی‌های اندام زایشی گوجه فرنگی گیلاسی بود. همچنین نشان داد که این دو ژن نقش کلیدی در پدید آمدن واریته S. lycopersicum var. lycopersicum از واریته S. lycopersicum var. cerasiforme داشتند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Assessment of lc and fas genes on flower organs in cherry tomato genetic background via introgression

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Kakoeei Nejad 1
  • Mehdi Mohayeji 2
  • Ali Akbar Maghsoudi Moud 3
1 Department of Genetics and Plant Production, Faculty of Agriculture, Shahid Bahonar University of Kerman,Kerman, Iran
2 Department of Genetics and Plant Production, Faculty of Agriculture, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran.
3 Department of Genetics and Plant Production, Faculty of Agriculture, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran.
چکیده [English]

Objective
Tomato (Solanum lycopersicum L.) is divided into two botanical varieties cerasiforme and lycopersicum. Many researchers believe that during domestication process, some changes in key genes governing flower properties in cherry tomato (S. lycopersicum var. cerasiforme) led to the development of the variety lycopersicum. The aim of this research was transferring lc and fas genes to the cherry tomato genetic background and assessment the effects of these two loci on flower characteristics in cherry tomato background.
 
Materials and methods
In this survey the genes lc and fas were transferred to a cherry tomato line p-33 via marker-assisted backcrossing. In each back cross generation, mutated alleles were chosen using specific molecular markers. Backcrossing was continued up to BC3F1. Afterward, the generation BC3F2 was produced and homozygote near-isogenic lines (NILs) were generated for assessment of genes lc and fas in p-33 genetic background. The flower traits including the number of petals, number of sepals, number of stamens, primary fruit weight and locule number were measured.
 
 
Results
The results showed that the effects of genes lc and fas on the trait's number of petals, sepals, and stamens were statistically significant at 5% level. While the effects of the mentioned genes on the rest of traits was significant at 1% level. The number of sepals, petals, and stamens in NILs-fas increased 31.28%, 36.79%, and 40.48% with respect to line p-33, respectively. Also, the number of locules increased in NILs-lc and NILs-fas with respect to line p-33 (37.88% and 47.63% respectively). Moreover, the primary fruit diameter showed increment in NILs-lc and NILs-fas respect to line p-33 (14.91% and 11.81% respectively). lc and fas loci had also a magnificent effect on flower size and showed incredible increase in NILs-lc and NILs-fas respect to line p-33.
 
Conclusions
The result of this study displayed that lc and fas genes have dramatic effect of in flower characteristics of tomato var. cerasiforme. The results also showed that the studied genes had key role in giving rise to S. lycopersicum var. lycopersicum form S. lycopersicum var. cerasiforme during tomato domestication.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Near Isogenic lines
  • Back crossing
  • Major genes
  • Marker assisted selection

مراجع

Bai Y, Feng X, Van der Hulst R, Lindhout P (2004) A set of simple PCR markers converted from sequence specific RFLP markers on tomato chromosomes 9 to 12. Mol Breed 13, 281– 287.
Bai Y, Lindhout P (2007) Domestication and breeding of tomatoes: what have we gained and what can we gain in the future? Ann Bot 100, 1085–1094.
Barrero LS, Cong B, Wu F, Tanksley, SD (2006) Developmental characterization of the fasciated locus and mapping of Arabidopsis candidate genes involved in the control of floral meristem size and carpel number in tomato. Genome 49(8), 991-1006.
Barrero LS, Tanksley SD (2004) Evaluating the genetic basis of multiple-locule fruit in a broad cross section of tomato cultivars. Theor Appl Genet 109, 669-679.
Bauchet G, Grenier S, Samson N et al (2017) Use of modern tomato breeding germplasm for deciphering the genetic control of agronomical traits by genome wide association study. Theor Appl Genet 130, 875-889.
Chu, YH, Jang, JC., Huang, Z, van der Knaap E (2019) Tomato locule number and fruit size controlled by natural alleles of lc and fas. Plant Direct 3(7), e00142.
Clark SE (2001) Cell signalling at the shoot meristem. Nat Rev Mol Cell Biol 2(4), 276-284.
Colvine S, Branthôme FX (2016) The tomato: a seasoned traveler. In: Causse M, Giovannoni J, Bouzayen M, Zouine M (eds) The tomato genome. Compendium of plant genomes. Springer, Berlin, pp 1–5.
Cong B, Barrero LS, Tanksley SD (2008) Regulatory change in YABBY-like transcription factor led to evolution of extreme fruit size during tomato domestication. Nat Genet 40(6), 800-804.
Cong B, Liu J, Tanksley SD (2002) Natural alleles at a tomato fruit size quantitative trait locus differ by heterochronic regulatory mutations. Proc Natl Acad Sci 99(21), 13606-13611.‏
Fernández-Lozano A, Yuste-Lisbona FJ, Pérez-Martín F et al (2015) Mutation at the tomato excessive number of floral organs (ENO) locus impairs floral meristem development, thus promoting an increased number of floral organs and fruit size. Plant Sci 232, 41-48.
Huang Z, van der Knaap E (2011) Tomato fruit weight 11.3 maps close to fasciated on the bottom of chromosome 11. Theor Appl Genet 123, 465-474.
Illa-Berenguer E, Van Houten J, Huang Z, van der Knaap E (2015) Rapid and reliable identification of tomato fruit weight and locule number loci by QTL-seq. Theor Appl Genet 128, 1329-1342.
Klee HJ, Giovannoni JJ (2011) Genetics and control of tomato fruit ripening and quality attributes. Annu Rev Genet 45, 41-59.
Knaap EVD, Tanksley SD (2003) The making of a bell pepper-shaped tomato fruit: identification of loci controlling fruit morphology in Yellow Stuffer tomato. Theor Appl Genet 107, 139–147.
Lenhard M, Bohnert A, Jürgens G, Laux T (2001) Termination of stem cell maintenance in Arabidopsis floral meristems by interactions between WUSCHEL and AGAMOUS. Cell 105(6), 805-814.
Li H, Qi M, Sun M et al (2017) Tomato transcription factor SlWUS plays an important role in tomato flower and locule development. Front Plant Sci 8, 457.
Lippman Z, Tanksley SD (2001) Dissecting the genetic pathway to extreme fruit size in tomato using a cross between the small-fruited wild species Lycopersicon pimpinellifolium and L. esculentum var. Giant Heirloom. Genetics 158(1), 413-422.
Liu X, Kim YJ, Müller R et al (2011) AGAMOUS terminates floral stem cell maintenance in Arabidopsis by directly repressing WUSCHEL through recruitment of Polycomb Group proteins. Plant Cell 23(10), 3654-3670.
Lohmann JU, Hong RL, Hobe M et al (2001) A molecular link between stem cell regulation and floral patterning in Arabidopsis. Cell 105(6), 793-803.
Munos S, Ranc N, Botton E et al (2011) Increase in tomato locule number is controlled by two single-nucleotide polymorphisms located near WUSCHEL. Plant Physiol 156(4), 2244-2254.
Nesbitt TC, Tanksley SD (2002) Comparative sequencing in the genus Lycopersicon: implications for the evolution of fruit size in the domestication of cultivated tomatoes. Genetics 162(1), 365-379.
Panthee DR, Gardner RG (2011) Genetic improvement of fresh market tomatoes for yield and fruit quality over 35 years in North Carolina: a review. Int J Veget Sci 17(3):259–273
Peralta IE, Spooner DM (2000) Classifcation of wild tomatoes: a review. Kurtziana 28(1):45–54
Peralta IE, Spooner, DM, Knapp S (2008) Taxonomy of wild tomatoes and their relatives (Solanum sect. Lycopersicoides, sect. Juglandifolia, sect. Lycopersicon; Solanaceae). Syst Bot 31, 84-98.
Quinet M, Angosto T, Yuste-Lisbona FJ et al (2019) Tomato fruit development and metabolism. Front Plant Sci 10, 1554.
Ranc N, Muños S, Santoni S, Causse M (2008) A clarified position for solanum lycopersicum var. cerasiformein the evolutionary history of tomatoes (solanaceae). BMC Plant Biol 8(1), 1-16.
Ranjan A, Ichihashi Y, Sinha NR (2012) The tomato genome: implications for plant breeding, genomics and evolution. Genome Biol 13(8), e167.
 Rezk A, Abhary M, Akhkha A (2021) Advances in Plant Breeding Strategies, Vegetable Crops: Bulbs, Roots and Tubers (1st edn), Al-Khayri JM, Jain SM, Johnson DV (eds). Cham, Switzerland, pp. 363-407.
Rodríguez GR, Muños S, Anderson C et al (2011) Distribution of SUN, OVATE, LC, and FAS in the tomato germplasm and the relationship to fruit shape diversity. Plant Physiol 156(1), 275-285.
Saghai-Maroof MA, Soliman KM, Jorgensen RA, Allard R (1984) Ribosomal DNA spacer-length polymorphisms in barley: mendelian inheritance, chromosomal location, and population dynamics. Proc Natl Acad Sci 81(24), 8014-8018.‏
Slugina MA, Filyushin MA, Shchennikova AV et al (2020) FAS, YABBY2, and YABBY5 gene expression profile correlates with different fruit locule number in tomato. Russ J Genet 56, 410-416.
Swinnen G, Goossens A, Pauwels L (2016) Lessons from domestication: targeting cis-regulatory elements for crop improvement. Trends Plant Sci 21(6), 506-515.
Tanksley SD (2004) The genetic, developmental, and molecular bases of fruit size and shape variation in tomato. Plant Cell 16(suppl_1), S181-S189.
Tomato Genome Consortium (2012) The tomato genome sequence provides insights into fleshy fruit evolution. Nature 485(7400), 635–641.
van der Knaap, Østergaard (2018) Shaping a fruit: developmental pathways that impact growth patterns. Cell Dev Biol 79, 27-36.
van der Knaap E, Chakrabarti M, Chu YH et al (2014) What lies beyond the eye: the molecular mechanisms regulating tomato fruit weight and shape. Front Plant Sci 5, 1-13.
Vergani GR (2002) Lycupersicum esculentum: una breve historia del tomate. Rev Hort 158(9), 105-111.
Xu C, Liberatore KL, MacAlister CA et al (2015) A cascade of arabinosyltransferases controls shoot meristem size in tomato. Nat Genet 47, 784–792.
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 16، شماره 3
مهر 1403
صفحه 23-42

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار