مطالعه تنوع ژنتیکی و شناسایی نشانگرهای مولکولی مرتبط با صفات تحمل به خشکی در ارزن دم‌روباهی [Setaria italica (L.) P. Beauv.]

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی و رئیس بخش تحقیقات فیزیولوژی مولکولی، پژوهشگاه بیوتکنولوژی مکشاورزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج-بلوار

2 دانشیار اصلاح نباتات، بخش اصلاح نباتات دانشکده کشاورزی و پژوهشکده فناوری تولیدات گیاهی، دانشگاه شهید باهنر کرمان ، کرمان، ایران

3 بخش اصلاح نباتات دانشکده کشاورزی دانشگاه شهید باهنر کرمان

چکیده

هدف: شناسایی نشانگرهای پیوسته با صفات مهم زراعی یکی از مهم ترین روش­ها برای تسریع انتقال صفات مطلوب به ژنوتیپ­های دیگر و ردیابی آنهاست. هدف از این پژوهش، ارزیابی تنوع ژنتیکی و شناسایی نشانگرهای مولکولی اطلاع­رسان مرتبط با صفات تحمل به خشکی در ژنوتیپ­های ارزن دم­روباهی ] [Setaria italica (L.) P. Beauv. ، با استفاده از نشانگر مولکولی AFLP بود.
مواد و روش­ها: در این مطالعه، 21 ژنوتیپ ارزن دم­روباهی در سه سال زراعی 92، 93 و 95 مورد آزمایش قرار گرفتند. شاخص­های تحمل به خشکی و همبستگی بین مقادیر آنها با عملکرد دانه و بیولوژیک محاسبه شد. به منظور شناسایی نشانگرهای مولکولی مرتبط با صفات تحمل به خشکی، از تجزیه ارتباطی با استفاده از مدل خطی مخلوط (MLM) و 12 ترکیب آغازگری AFLP استفاده شد. همچنین شاخص‌های نشانگری و تجزیه به مولفه­های اصلی نیز با استفاده از نرم­افزار GenAlEx 6.5 انجام گرفت.
نتایج: ترکیبات آغازگری استفاده شده در این مطالعه در مجموع 443 باند قابل تشخیص ایجاد کردند که از این تعداد 316 (%71) باند چند­شکل بودند. میانگین محتوای اطلاعات چند شکلی 24/0، میانگین شاخص شانون 38/0 و میانگین شاخص نشانگری 22/6 بدست آمد و ترکیب­های M-CTG/E-ACC، M-CAA/E-ACC وM-CTA/E-AAC موثرترین ترکیب­ها در بررسی تنوع ژنوتیپ­های مورد مطالعه بودند. براساس نتایج تجزیه به مولفه­های اصلی، دو مولفه اول 13/61 درصد از تغییرات را توجیه کردند. نتایج این مطالعه نشان داد که شاخص­هایHARM ، GMP وMP بهترین شاخص­ها در تفکیک نمونه­های متحمـل به خشکی بودند و نشانگرهای M-CAA/E-AAC-14 و M-CTG/E-ACC-283 با توجه به عملکرد دانه و نشانگر M-CTT/E-ACC-264 با توجه به عملکرد بیولوژیک با این شاخص­ها در ارتباط بودند.
نتیجه­گیری: براساس نتایج این پژوهش می­توان شاخص­هایHARM ، GMP وMP را به­عنوان بهترین شاخص­ها در تفکیک نمونه­های ارزن دم­روباهی متحمل به خشکی، معرفی کرد. همچنین می­توان از نشانگرهای مولکولی مرتبط با این شاخص­ها برای بررسی تحمل به خشکی سایر ژنوتیپ­ها در برنامه­های اصلاحی آینده استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Study of genetic diversity and identification of informative molecular markers related to drought tolerance in foxtail millet [Setaria italica (L.) P. Beauv.]

نویسندگان [English]

  • Babak Nakhoda 1
  • Ghasem Mohammadi-Nejad 2
  • Akram Aminizadeh 3
1 Babak Nakhoda (PhD) Head, Department of Molecular Physiology, Agricultural Biotechnology Research Institute of Iran (ABRII), Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Seed and Plant Improvement Campus, Shahid-Fahmideh
2 Associate Professor of Plant Breeding, Faculty of Agriculture & Research and Technology Institute of Plant Production (RTIPP), Shahid-Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran.
3 University of Shahid Bahonar Kerman
چکیده [English]

Objective
Identification of associated markers with important agricultural traits is one of the most important methods for accelerating the transfer of desirable traits to other genotypes and their tracking. The aim of this research was to study thegenetic diversity and identification of molecular markers related to drought tolerance traits in foxtail millet [Setaria italica (L.) P. Beauv.]genotypes using the AFLP molecular marker.
 
Materials and methods
In this study, 21 genotypes of foxtail millet were studied in three growing seasons (2013, 2014 & 2016). Drought tolerance indices and correlation between them with grain yield and biological yield were calculated. In order to identify molecular markers associated with drought tolerance traits, association analysis was performed by using the Mixed Linear Model (MLM) and 12 primer combinations of AFLP. Also, marker indices and principal components analysis (PCA) were performed using GenAlEx 6.5 software
 
Results
The primer combinations used in this study generated a total of 443 scorable bands, of which 316 (71%) were polymorphic. The mean of polymorphism information content (PIC) was 0.24, the mean of Shannon index was 0.38, and the mean of Marker index was 6.22. Also, M-CTG/E-ACC, M-CAA/E-ACC and M-CTA/E-AAC were the most efficient combinations in investigating the diversity of genotypes studied. Based on the results of PCA, the first and second components justify 61.13 percent of the changes. The results of this study showed that HARM, GMP, and MP indices were the best indices for differentiation of drought tolerant samples, and M-CAA/E-AAC-14 and M-CTG/E-ACC-283 markers according to Grain yield and M-CTT/E-ACC-264 markers according to biological yield, were related to these indicators.
 
Conclusions
According to the results of this study, the HARM, GMP and MP indices could be considered as the best indicators for differentiation of drought tolerant foxtail millet samples. Also, molecular markers associated with these indices can be used to evaluate the drought tolerance of other genotypes in future breeding programs.

کلیدواژه‌ها [English]

  • AFLP Marker
  • Association analysis
  • foxtail millet
  • Tolerance indicator

مراجع

حیدری راویه، صبوری عاطفه، صبوری حسین و همکاران (1393) شناسایی نشانگرهای AFLP مرتبط با صفات تحمل به تنش غرقابی در جو. مجله بیوتکنولوژی کشاورزی 2، 60-41.
کریم کشته رضا، صبوری حسین (1397) ارزیابی کمی و مولکولی تحمل به تنش خشکی ژنوتیپ­های برنج. پژوهشنامه اصلاح گیاهان زراعی 26، 206-195.
نخعـی آزیتا، عباسـی محمدرضا، آرزمجـو الیاس، آذری علی (1393) ارزیـابی تحمـل تـنش خشـکی انتهـای فصـل در نمونـه­هـای ارزن دم­روبـاهی .(Setaria Italica) مجله علوم زراعی ایران 16، 38-25.
یاقوتی پور آنیتا، فرشادفر عزت اله، سعیدی محسن (1395) تجزیه ارتباط برای شاخص­های تحمل به خشکی در گندم نان با استفاده از نشانگرهای  ISSR. به­نژادی گیاهان زراعی و باغی 1، 199-183.
 
References
Anwar J, Subhani GM, Hussain M et al. (2011) Drought tolerance indices and their correlation with yield in exotic wheat genotypes. Pak J Bot 43, 527-1530.
Bouslama M, Schapaugh WT (1984) Stress tolerance in soybean. I: Evaluation of three screening techniques for heat and drought tolerance. Crop Sci 24, 933-937.
Cattivelli L, Rizza F, Badeck FW et al. (2008) Drought tolerance improvement in crop plants: An integrated view from breeding to genomics. Field Crop Res 115, 1-14.
Evanno G, Regnaut S, Goudet J )2005 (Detecting the number of clusters of individuals using the software STRUCTURE: a simulation study. Mol Ecol 14, 2611-2620.
Farshadfar E, Jamshidi B, Aghaee M (2012) Biplot analysis of drought tolerance indicators in bread wheat lanraces of Iran. Int J Agr Crop Sci 4, 226-233.
Fernandez GCJ (1992) Effective selection criteria for assessing plant stress tolerance, In: Adaptation of food crop temperature and water stress. Proceeding of 4th international symposium. Ed. Kus, E.G. Asian Vegetable Research and Department Center, Shanhua, Taiwan, pp. 257-270.
Fernandez RJ, Reynolds JF, (2000) Potential growth and drought tolerance of eight desert grasses. J Ecologia 123, 90-98.
Gavuzzi P, Rizza F, Palumbo M et al. (1997) Evaluation of field and laboratory predictors of drought and heat tolerance in winter cereals. Can J Plant Sci 77, 523-531.
Gebhardt C, Ballvora A, Walkemeier B et al. (2004) Assessing genetic potential in germplasm collections of crop plants by marker-trait association: A case study for potatoes with quantitative variation of resistance to late blight and maturity type. Mol Breed 13, 93-102.
Heydari R, Sabouri A, Sabouri H et al. (2013) Identification of AFLP markers related to tolerance to flooding stress in barley. J Agric Biotech 2, 41-60.
Ji Kim E, Jin Sa K, Park KC, Kyong Lee J (2012) Study of genetic diversity and relationships among accessions of foxtail millet [Setaria italica (L.) P. Beauv.] in Korea, China, and Pakistan using SSR markers. Genes Gen0m 34, 529–538.
Jia G, Huang X, Zhi H et al. (2013) A haplotype map of genomic variations and genome-wide association studies of agronomic traits in foxtail millet (Setaria italica). Nat Genet 45, 957-961.
Karam D, Westra P, Nissen SJ et al. (2004) Diversidade genética entre biótipos de proso millet (Panicum miliaceum) revelada pela técnica de AFLP. Planta Daninha 22, 167-174.
Karim Koshte R, Sabouri H (2017) Relationship between ISSR and SSR markers indicators of drought tolerance in rice genotypes. J Crop Breed 26, 195-206 (in Persian).
Kusaka M, Lalusin AG, Fujimura T (2005) The maintenance of growth and turgor in pearl millet (Pennisetum glaucum L. Leeke) cultivars with different root structures and osmo-regulation under drought stress. Plant Sci 168, 1-14.
Lata C, Sarita JH, Prasad M, Sreenivasulu N (2011) Differential antioxidative responses to dehydration-induced oxidative stress in core set of foxtail millet cultivars. Protoplasma 248, 817-828. 
Majidi M, Tavakoli V, Mirlohi A, Sabzalian MR (2011) Wild safflower species (Carthamus oxyacanthus Bieb.): A possible source of drought tolerance for arid environments. Aust J Crop Sci 5,1055-1063.
Mardi M, Naghavi MR, Pirseyedi SM et al. (2011) Comparative assessment of SSAP, AFLP and SSR markers for evaluation of genetic diversity of durum wheat (Triticum turgidum L. var. durum).  J Agr Sci Tech 13, 905-920.
Mohammadi SA, Prasanna BM (2003) Analysis of genetic diversity in crop plant salient statistical tools and considerations. Crop Sci 43, 1235-1248.
Nakhaei A, Abbasi MR, Arazmjoo E, Azari MA (2014) Evaluation of terminal drought tolerance in Foxtail millet (Setaria italica) accessions. Iran J Crop Sci 16, 25-38. (In Persian).
Pritchard JK, Stephens M, Donnelly P (2000) Inference of population structure using multilocus genotype data. J. Genet 155, 945-959.
Rao NK (2004) Plant genetic resources: Advancing conservation use through biotechnology. Afr J Biotechnol 3, 136-145.
Saghai Maroof MA, Biyashev Yang GP, Zhang Q, Allard RW (1984) Extraordinarily polymorphic microsatellite DNA in barely: species diversity, chromosomal location, population dynamics. Proc Natl Acad Sci U S A 91, 5466-5470.
Upadhyaya HD, Ravishankar CR, Narasimhudu Y et al. (2011) Identification of trait-specific germplasm and developing a mini core collection for efficient use of foxtail millet genetic resources in crop improvement. Field Crops Res 124, 459-467.
Vitkauskaite G, Venskaityte L (2011) Differences between C3 (Hordeum vulgare L.) and C4 (Panicum miliaceum L.) plants with respect to their resistance to water deficit. J. Agric 98, 349-356.
Vos P, Hogers R, Bleeker M et al. (1995) AFLP: A new technique for DNA fingerprinting. Nucleic Acids Res 23, 4407-4414.
Yaghoutipour A, Farshadfar E, Saeidi M (2019) Association analysis for drought tolerance indices in bread wheat using ISSR. Breed Agro Hort Crop 1, 183-199 (in Persian).
Yu J, Pressoir G, Briggs WH et al. (2006) A unified mixed-model method for association mapping that accounts for multiple levels of relatedness. Nat genet 38, 203-208.
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 11، شماره 4
دوره 11 شماره 4
اسفند 1398
صفحه 193-218

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار