تحلیل ارتباط در گستره ژنوم صفات زراعی در گندم نان بهاره تحت شرایط متفاوت آبی

هدف اصلی تحلیل ارتباط در گستره ژنوم (GWAS)، شناسایی ژن های مرتبط با یک صفت خاص است. در این روش نقشه یابی، محققین توالی DNA کل ژنومی افراد جامعه را با هدف یافتن تفاوت های تک نوکلیوتیدی بین آن ها مورد مقایسه قرار می دهند. شناسایی و مکان یابی ژن های موثر در واکنش به کم آبی، علاوه بر شناخت مکانیسم های مولکولی و فیزیولوژیک، می تواند درک بهتری از ساختار ژنتیکی جمعیت و کنترل ژنتیکی تنش و نحوه اصلاح آن را در جمعیت مورد مطالعه در اختیار به نژادگر قرار دهد. در این آزمایش نیز نقشه یابی ژن های کنترل کننده صفات مهم زراعی گندم نان تحت دو شرایط بدون تنش و تنش کم آبی با استفاده از روش تحلیل ارتباطی گستره ژنوم انجام شد. هدف از آزمایش، تحلیل QTLهای مرتبط با واکنش به کم آبی و  شناسایی نشانگرهای مرتبط با برخی صفات مهم و موثر در گندم نان بود.

مواد گیاهی این آزمایش، 121 ژنوتیپ گندم نان بهاره شامل 111 لاین حاصل از توده‏های محلی گندم نان بهاره با منشا 28 کشور از پنج قاره مختلف و 10 ژنوتیپ گندم نان بهاره از کشورهای ایران و پاکستان بود که تحت دو شرایط بدون تنش و  تنش کم آبی در شرایط مزرعه مورد ارزیابی قرار گرفتند. تعیین ژنوتیپ برای نمونه ها با استفاده از نشانگرهای SNP (15 K SNP array) در شرکت TraitGenetic کشور آلمان انجام و هر ژنوتیپ با استفاده از مجموعه ای از SNPها ارزیابی شد. برای تعیین ساختار جمعیت، از 147 نشانگر SNP فاقد داده گم شده و با توزیع مناسب روی 21 جفت کروموزوم‎ همولوگ گندم نان (هر کروموزوم هفت نشانگر) استفاده شد. به منظور تعیین زیرگروه های احتمالی و بررسی ساختار جمعیت از روش بیزین و نرم افزار Structure V 2.3.4 استفاده و سپس با تعیین تعداد بهینه زیرگروه ها، میانگین شاخص تثبیت (Fst) و ماتریس سهم عضویت (Q) با همین نرم افزار محاسبه شد. در ادامه به منظور شناسایی نشانگرهای مرتبط با صفات مورد مطالعه در شرایط عدم تنش و تنش کم آبی از تحلیل ارتباطی در گستره ژنوم با روش مدل خطی عمومی (Q+PCA) با میانگین داده ها در نرم افزار TASSEL 5.0 استفاده شد.

نتایج تجزیه واریانس نشان داد که تنوع ژنتیکی قابل قبولی از نظر کلیه صفات مورد مطالعه بین ژنوتیپ ها وجود داشت و واکنش ژنوتیپ ها در مواجهه با تنش کم آبی متفاوت بود. بر اساس نقشه یابی ارتباطی در سطح ژنوم، در مجموع در شرایط عدم تنش و تنش کم آبی به ترتیب 511 و 469 ارتباط معنی دار نشانگر- صفت شناسایی شد. بیش ترین ارتباط معنی دار نشانگر- صفت در تنش کم آبی برای صفات ارتفاع بوته، سطح برگ پرچم، طول پدانکل و تعداد دانه در سنبله به ترتیب روی کروموزوم های 1A، 2A، 3B و 2A مشاهده شد. همچنین، پنج نشانگر SNP به ترتیب در جایگاه های 30/113، 02/25، 90/13، 10/43 و 97/71 سانتی مورگان روی کروموزوم‏های 2A، 2A، 5A، 6A و 6B  دارای بالاترین ارتباط معنی دار با صفات طول و سطح برگ پرچم، ارتفاع بوته، طول پدانکل و عملکرد سنبله تحت شرایط تنش کم آبی بودند. علاوه بر این، مکان های چند صفتی نیز روی کروموزوم 2A برای صفات طول، عرض و سطح برگ پرچم، ارتفاع بوته و عملکرد سنبله تحت شرایط تنش کم آبی شناسایی شد. در نهایت بر اساس تحلیل ارتباطی گستره ژنوم، به ترتیب 21، 12، 14، 44، 92 و 14 ارتباط معنی دار نشانگر- صفت (QTLs) برای صفات طول، عرض و سطح برگ پرچم، ارتفاع بوته، طول پدانکل و عملکرد سنبله تحت شرایط تنش کم آبی شناسایی شد.

نتایج حاصله از این مطالعه، اطلاعات ارزشمندی را در زمینه مبنای ژنتیکی صفات مورد مطالعه در محیط تنش کم آبی ارایه داد که می توان از آنها در برنامه های به نژادی گندم نان از جمله گزینش به کمک نشانگر (MAS) استفاده کرد.