نقشه یابی ارتباطی صفات فیزیولوژیک و بیوشیمیایی گندم با استفاده از نشانگرهای SNP در شرایط بهینه و تنش کمبود روی

تنش های محیطی نظیر تنش کمبود عناصر غذایی، تهدیدات جدی برای تولیدات کشاورزی محسوب می شوند. عنصر روی از جمله عناصر ضروری کم مصرف، اما با ارزش تغذیه ای بالا است که نقش مهمی در رشد ریشه، افزایش عملکرد محصول، مقاومت گیاه در برابر بیماری ها، فتوسنتز، یکپارچگی غشای سلولی، تشکیل دانه گرده، تولید انرژی و افزایش آنزیم های آنتی اکسیدانی و کلروفیل در بافت های گیاهی دارد. علاوه بر این، روی برای تولید هورمون های گیاهی مانند اسید آبسیزیک، اکسین، جیبرلین ها و سیتوکینین ضروری و کمبود آن باعث اختلال در تکثیر سلول های گیاهی می شود. میزان روی دانه گندم بین 20 تا 30 میلی گرم در کیلوگرم است. حدود 50 درصد از خاک هایی که برای تولید غلات در دنیا استفاده می شوند، مقدار روی قابل استفاده کافی ندارند. یکی از راه کارهای مقابله با کمبود روی، اصلاح ارقام روی-کارا است و بنابراین انجام تحقیقات پایه به منظور شناسایی ژن های کنترل کننده آن ضروری است. در تحقیق حاضر 64 رقم گندم بهاره تحت شرایط بهینه و تنش کمبود روی مورد مطالعه گرفت و هدف از آزمایش، شناسایی مکان های ژنومی کنترل کننده صفات فنولوژیک، فیزیولوژیک و بیوشیمیایی با استفاده از روش GWAS مبتنی بر LD بر اساس نشانگرهای SNP بود.

به منظور نقشه یابی در سطح ژنوم عملکرد و صفات فیزیولوژیک و بیوشیمیایی در ارقام گندم نان، تعداد 64 رقم گندم بهاره به صورت یک آزمایش گلدانی در قالب طرح لاتیس ساده تحت دو شرایط بهینه و تنش کمبود روی در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه ارومیه کشت شدند. صفات مطالعه شده شامل روز تا جوانه زنی، روز تا سنبله دهی، روز تا گرده افشانی، روز تا رسیدگی فیزیولوژیک، طول پرشدن دانه، دمای کانوپی، کلروفیل کل، شاخص سطح برگ، وزن تر و خشک اندام هوایی، محتوای آب نسبی برگ، غلظت روی اندام هوایی،  غلظت پروتیین دانه و عملکرد دانه بودند. ارزیابی ژنوتیپی جمعیت با استفاده از 36360 نشانگر SNP انجام شد. برای تعیین ساختار جمعیت، از تجزیه به مولفه های اصلی (PCA) استفاده و نتایج PCA به جای ماتریس Q به عنوان متغیر کمکی جهت انجام تجزیه ارتباطی در نظر گرفته شد. برای انجام تجزیه ارتباطی و شناسایی نشانگرهای پیوسته با ژن های کنترل کننده صفات مورد مطالعه نیز از دو روش GLM و MLM استفاده و ارتباط های نشانگر- صفت (MTA) معنی دار به طور جداگانه برای هر یک از شرایط آزمایشی شناسایی شد.

نتایج تجزیه ارتباطی با استفاده از روش GLM تعداد 145 ارتباط نشانگر- صفت (MTA) تحت شرایط بهینه و 135 MTA تحت شرایط تنش کمبود روی شناسایی کرد، در حالی که با استفاده از روش MLM تعداد 165 MTA تحت شرایط بهینه و 142 MTA تحت شرایط تنش کمبود روی شناسایی شد. بیش ترین و کم ترین تعداد ارتباط نشانگر- صفت معنی دار با هر دو روش GLM و MLM تحت شرایط بهینه، به ترتیب برای صفت وزن خشک و طول دوره پرشدن دانه شناسایی شد، در حالی که تحت شرایط تنش کمبود روی، بیش ترین تعداد ارتباط نشانگر- صفت معنی دار با هر دو روش تجزیه ارتباطی مربوط به صفت محتوای آب نسبی برگ و کم ترین تعداد مربوط به صفات غلظت پروتیین دانه و غلظت روی اندام هوایی بود. از ارتباط های نشانگر- صفت معنی دار شناسایی شده در این آزمایش، می توان به منظور افزایش کارایی برنامه های به نژادی از طریق فرایند انتخاب به کمک نشانگر استفاده کرد.

نتایج مطالعه حاضر، کارایی استفاده از روش نقشه یابی ارتباطی و مدل های GLM و MLM را در شناسایی نشانگرهای پیوسته با صفات ارزیابی شده در گندم نشان داد. همچنین، اطلاعات به دست آمده از این آزمایش نشان داد که نشانگرهای SNP ابزار توانمندی برای ارزیابی تنوع ژنتیکی و تهیه ساختار جمعیت های گندم هستند و می توانند از طریق انتخاب به کمک نشانگر در برنامه های به نژادی مورد استفاده قرار گیرند. البته لازم است نشانگرهای شناسایی شده در جمعیت های بزرگ تر مورد بررسی قرار گیرند تا از ارتباط آن ها با صفات مورد مطالعه اطمینان حاصل شود. در این مطالعه چندین مکان ژنی مشترک نیز برای صفات مورد مطالعه شناسایی شد که می توان از آن ها به منظور گزینش همزمان چند صفتی در برنامه های به نژادی آینده استفاده کرد.