تغییرات آللی، تجزیه ارتباط و تنوع هاپلوتایپی برای نشانگرهای ریزماهواره ی پیوسته به ژن های تحمل به اسیدیته خاک در جو

نوع مقاله: علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی‌ارشد بیوتکنولوژی در کشاورزی، گروه تولیدات گیاهی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه گنبدکاووس، ایران.

2 دانشیار گروه تولیدات گیاهی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه گنبدکاووس، ایران.

3 استادیار گروه تولیدات گیاهی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه گنبدکاووس، ایران.

4 استادیار پژوهش، بخش تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان گلستان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، گرگان، ایران

چکیده

خاک‌های اسیدی یک تهدید جدی برای تولید گیاهان زراعی در سرتاسر جهان محسوب می‌شوند. به منظور بررسی آلل‌های مرتبط با تحمل به اسیدیته خاک در گیاه جو و همچنین گروه‌های هاپلوتایپ اثرگذار، آزمایش فنوتیپی در گلدان‌های حاوی خاک اسیدی و در قالب طرح اگمنت با 96 ژنوتیپ و 4 شاهد اجرا شد و 27 صفت بر روی بوته‌ها مورد ارزیابی قرار گرفت. برای بررسی تنوع آللی و هاپلوتایپی، ژنوتیپ‌های مورد آزمایش به وسیله 7 نشانگر ریز‌ماهواره مرتبط با تحمل به اسیدیته خاک تعیین ژنوتیپ شدند. بررسی تنوع آللی نشان داد که بیشترین محتوی اطلاعات چند شکل و تنوع ژنی به ترتیب 429/3، 441/0 و 490/0 بوده که به نشانگر HvMATE-21indel تعلق داشت و نشانگر Cit7 دارای کمترین مقدار بود. همچنین نتایج بررسی هاپلوتایپی 41 گروه هاپلوتایپ را نشان داد. گروه 16 که شامل ژنوتیپ 6 بود با عملکرد 017/2 گرم در هر بوته بیشترین عملکرد و مقاومت در برابر اسیدیته خاک را داشت. تجزیه ارتباط بین داده‌های مولکولی و فنوتیپی بیان گر این موضوع بود که از میان 20 آلل مؤثر بر صفات مورد ارزیابی آلل Do-D با اثرگذاری بر روی سه صفت تعداد دانه در سنبله، تعداد خوشه بارور و عملکرد (در بوته) دارای بیشترین اثرگذاری بر روی عملکرد و اجزای آن بود. آلل Do-B نیز با R2 5/39 برای صفت تعداد سنبله در بوته بالاترین R2 در بین آلل‌های دخیل در صفات مربوط به عملکرد و اجزا عملکرد را دارا بود. از نشانگر-های مرتبط با هاپلوتایپ‌های متحمل و ژنوتیپ‌های متحمل در این مطالعه می‌توان در تحقیقات و برنامه‌های به‌نژادی استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Allelic variation, Association Analysis and haplotype diversity for microsatellite markers related to acidic soil tolerance genes in barely

نویسندگان [English]

  • Mohsen Rezaei 1
  • Hossein Sabouri 2
  • Abdollatif Gholizadeh 3
  • Rahmatollah Mohammadi Gonbad 4
1 M.Sc. student of Biotechnology Crop, Department of Plant Production, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Gonbad Kavous, Iran.
2 Associate Professor, Department of Plant Production, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Gonbad Kavous, Iran.
3 Assistant Professor, Department of Plant Production, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Gonbad Kavous, Iran.
4 Assistant Professor, Department of Plant Breeding Research and Preparation of Seed and Seedlings, Golestan Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Education and Agricultural extension, Gorgan, Iran.
چکیده [English]

Acidic soils are a serious threat to the production of crops throughout the world. In order to study the alleles associated with soil acidity tolerance in barley plant, and also accomplish effective haplotype groups, phenotypic testing in pots containing acidic soil and in the form of Augment with 96 genotypes and 4 controls, and 27 traits were evaluated on plants. To investigate the allelic and haplotypic diversity, the genotypes were identified by 7 microsatellite markers related to soil acidity tolerance. Analysis of allelic variation showed that the highest pic and Gene Diversity were 3.429, 0.441 and 0.490 respectively, which belonged to the HvMATE-21indel marker, and the Cit7 marker had the lowest value. Also, the results of the haplotype study showed 41 haplotype groups. The group 16, which included genotype 6, had the highest yield and soil acidity resistance with a yield of 2.017 gr / plant. association analysis between molecular and phenotypic data suggested that among 20 effective alleles on the evaluated traits, the Do-D allele had the greatest impact on yield and its components with effect on 3 traits, number of seeds per spike, number of Fertile spike and yield (in plant). Do-B was also R2 equal to 39.5 for the number of spikes per plant of the highest R2 among the alleles involved in yields and yield components. The markers associated with tolerant haplotypes and tolerant genotypes in this study can be used in research and breeding programs.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Acidity
  • allele
  • haplotype
  • regression
  • microsatellite markers
Aghaali Z, Darvishzadeh R, Goodarzi F (2016) Association analysis of morphological traits in castor (Ricinus communis L.) by using ISSR markers. Iranian J. Rangel. Plant Breed. Genet. Res. 24: 79–91.

Basra AS, Basra RK, Translated by. Kafi M, Mahdavi-Damghani A (2001) Mechanisms Environmental Stress Resistance in Plants. Ferdowsi University Press.

Bian M, Jin X, Broughton S, Zhang XQ, Zhou G, Zhou M, Zhang G, Sun D, Li C (2015) A new allele of acid soil tolerance gene from a malting barley variety. BMC Genet.16: 1–11.

Buckler ES, Thornsberry JM (2002) Plant molecular diversity and applications to genomics. Curr. Opin. Plant Biol. 5: 107–111.

Daghagheleh R (2016) Mapping of genes controlling morpho-phenological traits in F3 and F4 barleypopulation caused Becher×Kavir cross using SSR, ISSR, IRAP and iPBS markers. Dissertation, University of Gonbad Kavous.

Degestan S, Izadi–dogonchi M, Asghari A, Sadeghzade B (2016) Genetic Diversity of Barley (Hordeum vulgare) Genotypes Using Microsatellite Markers and Association Analysis of Traits Related to Drought Compatibility. J. Plant. Seed Breed. 1: 67–82.

Foy CD, Chaney RL, White MC (1978) The physiology of metal toxicity in plants. Annu. Rev. Plant Physiol. 29: 511–66.

Ganj–khanlo A, Mohammadi SA, Moghaddam M, Ghasemi–golezani k, Shakiba MR, Yosefi A (2012) Genetic Diversity in Barley as Revealed by Microsatellite Markers and Association Analysis of These Markers by Traits Related to Freezing Tolerance. J. Plant. Seed Breed. 1: 101–114.

Ivandic VCA, Hackett E, Nevo R, Keith WTB, Forster TBP (2002) Analysis of simple sequence repeats (SSRs) in wild barley from the Fertile Crescent: associations with ecology, geography and flowering time. Plant Mol. Biol. 48: 511–527.

Jun TH, Van K, Kim MY, Lee HS, Walker DR (2008) Association analysis using SSR markers to find QTL for seed protein content in soybean. Euphytica. 162: 179–191.

Khadem A, Golchin A, Mashhadi–Jafarlo A, Zare E, Naseri E (2015) Effect of severe acidification of soil on soil nutrient uptake and corn growth. J. Agric. 107: 1–7.

Langridge PE, Lagudah S, Holton TA, Appels R, Sharp PJ, Chalmers KJ (2001) Trends in genetic and genome analyses in wheat: A review. Aust. J. Agric. Res. 52: 1043–1077.

Lio–Zhao Y, Cheng F, YingYi B, Rao–Xiu Q (2005) Identification of rice seed varieties using neural netwok. J. Zhejiang Univ. Sci. B. 6: 1095–1100.

Liu K, Muse SV (2005) PowerMarker: an integrated analysis environment for genetic marker analysis. Bioinformatics. 21: 2128–2129.

Mazaheri D, Majnoun–hosseini N (2010) Fundamental of Agronomy. Tehran University Press.

Meszaros K, Karsai I, Kuti C, Banyai J, Lang L, Bedo Z (2007) Efficiency of different marker systems for genotype fingerprinting and for genetic diversity studies in barley (Hordeum vulgare L.). S. Afr. J. Botany. 73: 43–48.

Mohammadi–nejad GA, Arazani AM, Rezai RK, Gregorio SGB (2008) Assessment of rice genotypes for salt tolerance using microsatellite markers associated with the saltol QTL. Afr. J. Biotechnol. 7: 730–736.

Owlazadeh E (2017) Association analysis of Agronomic traits of barley germolasm using iPBS markers. Dissertation, University of Gonbad Kavous.

Por–mohammad A, Moghadam M, Khosro–shahali M, Mohammadi SA, Yosufi A (2010) Study of Genetic Diversity by RAPD Markers and Identification of Informative Markers for Grain Yield and its Components in Hulless Barley Genotypes. J. Plant. Seed. Breed. 26: 253–267.

Roder MSV, Korzun K, Wendehake J, Plaschke MH, Tixier PL, Ganal MW (1998) A microsatellite map of wheat. Genet. 149: 2007–2023.

Saghai–Maroof MA, Biyashev RM, Yang GP, Zhang Q, Allard RW (1994) Extraordinarily polymorphic microsatellite DNA in barley: Species diversity, chromosomal locations and population dynamics. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91: 4566–5570.

Sardouie-Nasab S (2011) Haplotype Diversity at QTLs related to Salt tolerance in Wheat (Triticum aestivum L.). dissertation, University Razi.

Shahin–nia F, Rezaei AM, Seid Tabatabaei BE, Mohammadi SA (2014) QTL Mapping of Yield and Yield Components in Barley Lines. J. Plant. Seed. Breed. 30: 85–101.

Shokrpour M, Mohammadi SA, Moghaddam M, Ziai SA, Javanshir A (2008) Analysis of morphologic association, phytochemical and AFLP markers in milk thistle (Silybum marianum L.). Iranian J. med. aromat. Plants. 24: 278–292.

Snowdon RJ, Fried W (2004) Molecular markers in Brassica oilseed breeding, current status and future possibilities. Plant Breed. 123: 1–8.

Tavalla R, (2013) Haplotype Diversity at QTLs related to drought tolerance on chromosome 9 of rice (Oryza sativa L.). dissertation. University of Gilan.

Wang JP, Raman H, Zhang GP, Mendham N, Zhou MX (2006) Aluminium tolerance in barley (Hordeum vulgare L.): physiological mechanisms, genetics and screening methods. J Zhejiang Univ. Sci. B. 7: 769–787.

Zhao Z, Ma JF, Sato K, Takeda K (2003) Differential Al resistance and citrate secretion in barley (Hordeum vulgare L.). Planta. 217: 794–800.

Zhu H, Bricero G, Dovel R, Hayes PM, Liu BH, Ullrich SE (1999) Molecular breeding for grain yield in barley: An evaluation of QTL effects in a spring barley. Theor. Appl. Genet. 98: 772–779.