فهرست مطالب

نشریه بیوتکنولوژی و بیوشیمی غلات
پیاپی 1 (بهار 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/01/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • رضا محمدی*، کیانوش چقامیرزا، دیبا اکبری، همایون امیری، مهدی گراوندی، سعید عباسی صفحات 1-17

    مقدمه:

     آگاهی از تنوع ژنتیکی در گونه های زراعی می تواند نقش مهمی در بهر برداری از منابع ژنتیکی داشته و باعث توسعه و گسترش کشت ارقام زراعی در مناطق تحت تنش خشکی گردد. شناسایی و استفاده از نشانگرهای آگاهی بخش مرتبط با صفات آگرو-فیزیولوژیک جهت استفاده در برنامه های به نژادی و انتخاب به کمک نشانگر، در این زمینه از اهمیت زیادی برخوردار می باشد. 

    مواد و روش ها

    این تحقیق، به منظور بررسی ارتباط نشانگرهای SCoT با صفات آگرو-فیزیولوژیک در ژرم پلاسم اصلاح شده گندم دوروم انجام شد. بدین منظور 220 ژنوتیپ گندم دوروم دریافتی از مرکز بین المللی تحقیقات کشاورزی برای مناطق خشک (ایکاردا) و مرکز بین المللی اصلاح ذرت و گندم (سیمیت) طی دو سال زراعی متوالی (97-1396 و 98-1397)  از لحاظ صفات زراعی، فنولوژی و فیزیولوژیکی ارزیابی شدند. همچنین ژرم پلاسم مورد بررسی با استفاده از پنج آغازگر SCoT تعیین ژنوتیپ شد. به منظور شناسایی نشانگرهای آگاهی بخش مرتبط با هر صفت از روش تجزیه رگرسیونی استفاده گردید.

    یافته ها

    بر اساس نتایج حاصل، تنوع قابل توجهی از لحاظ صفات آگرو-فیزیولوژیک و نشانگرهای SCoT در ژرم پلاسم مورد بررسی، مشاهده گردید. بیشتر ژنوتیپ های با منشاء مرکز بین المللی تحقیقات کشاورزی برای مناطق خشک (ایکاردا)، دارای خصوصیات عملکرد بالا و مقادیر بالای وزن هزار دانه، شاخص نرمال شده اختلاف پوشش گیاهی، ارتفاع بوته و طول پدانکل، نسبت به اغلب ژنوتیپ‏های با منشاء مرکز بین المللی اصلاح ذرت و گندم (سیمیت) با خصوصیات تعداد روز تا گلدهی، تعداد روز تا رسیدن فیزیولوژیک و دمای کانوپی بیشتر، قابل تفکیک بودند. نتایج حاصل بیانگر این موضوع است که لاین های با منشاء ایکاردا، احتمالا واجد صفات و ویژگی های تحمل خشکی هستند که ممکن است لاین های با منشاء سیمت فاقد آن باشند. بر اساس نتایج تجزیه ارتباط، 13 جایگاه ژنی، هر یک حداقل با سه صفت مرتبط بودند که این می تواند بیانگر اهمیت این نشانگرها در بهبود کارایی انتخاب والدین در برنامه اصلاحی گندم دوروم باشد. شش جایگاه آگاهی بخش (SCoT25-680، SCoT24-1400، SCoT16-845، SCoT33-780، SCoT16-965 و SCoT16-845) به عنوان نشانگرهای تکرارپذیر شناسایی شدند که می توان آن‎ها را به‎عنوان نشانگرهای نامزد، به منظور اسکن ژنوم برای برخی از صفات مرتبط مورد توجه قرار داد.

    نتیجه گیری

    براساس نتایج حاصل، تنوع قابل توجهی بر اساس داده های فنوتیپی و مارکر SCoT در ژرم پلاسم مورد بررسی گندم دوروم مشاهده گردید که می تواند در برنامه اصلاحی گندم دوروم مورد توجه قرار گیرد. این اطلاعات برای گروه بندی ژرم پلاسم و تعیین گروه های مختلف فنوتیپی و ژنوتیپی، توسعه ژنوتیپ های با عملکرد بالا و استفاده در برنامه های دورگ گیری ارزشمند می باشد.

    کلیدواژگان: تنوع فنوتیپی، ژرم پلاسم، شرایط دیم، گندم دوروم، نشانگرهای آگاهی بخش
  • احمدرضا رستمی، مختار قبادی*، صحبت بهرامی نژاد، سعید جلالی هنرمند صفحات 18-34

    مقدمه:

     یولاف زراعی یکی از گیاهان مهم از خانواده غلات است. دانه یولاف زراعی برای انسان و دام و علوفه آن برای دام کاربرد دارد. کشور ایران در منطقه خشک و نیمه خشک واقع شده است. میانگین بارندگی سالیانه در ایران حدود یک سوم میانگین بارندگی جهانی است. به همین خاطر، تنش خشکی در ایران مهم‏ترین تنش محیطی است که رشد و عملکرد گیاهان زراعی را محدود می‏نماید. نیتروژن یکی از عناصر غذایی ضروری برای گیاهان زراعی می‏باشد. در جهان و ایران، کودهای نیتروژنه بیشتر از سایر کودها مصرف می‏شوند. جذب نیتروژن توسط گیاه از خاک همراه با آب انجام می‏گیرد. لذا، تنش خشکی جذب نیتروژن را با اختلال مواجه می‏نماید. بر همین اساس، هدف از آزمایش حاضر، بررسی اثر تنش خشکی پس از گرده‏افشانی و مقدارهای نیتروژن بر ویژگی‏های فیزیولوژیک سه رقم یولاف زراعی بود.

    مواد و روش ها

    آزمایش به صورت اسپلیت پلات فاکتوریل و در قالب طرح پایه بلوک‏های کامل تصادفی با سه تکرار در مزرعه پژوهشی دانشگاه رازی در سال زارعی 93-1392 اجرا گردید. شرایط رطوبتی پس از گرده‏افشانی (نرمال و تنش) به عنوان فاکتور اصلی و ترکیب دو فاکتور شامل ارقام یولاف زراعی (پوتورو، کوال و بروشر) و مقادیر نیتروژن (تامین 0، 25، 50، 75 و 100 درصد نیاز کودی یولاف زارعی) به عنوان فاکتور فرعی در نظر گرفته شدند. سطوح نیتروژن بر اساس نتایج آزمون خاک و نیاز یولاف زراعی در زراعت آبی بدون تنش خشکی، انتخاب گردید. برای تامین نیتروژن از کود اوره (حاوی 46 درصد نیتروژن) استفاده گردید.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که تیمارهای رطوبتی و نیتروژن روی صفات فیزیولوژیک مورد مطالعه، تاثیر معنی‏دار داشتند. اعمال خشکی پس از شروع گرده ‏افشانی سبب کاهش شاخص سبزینگی برگ در مراحل گرده‏افشانی و پر شدن دانه (به ترتیب 5/12 و 6/30 درصد)، کاهش کارایی فتوشیمیایی فتوسیستم 2 در مرحله گرده‏افشانی (3/5 درصد)، افزایش مقاومت روزنه‏ای در مراحل گرده‏افشانی و پر شدن دانه (به ترتیب 94 و 77 درصد) و افزایش محتوای پروتیین دانه (3/2 درصد) گردید. تامین 100 درصد نیاز نیتروژن گیاه نسبت به عدم تامین آن، سبب بهبود شاخص سبزینگی برگ در مراحل گرده ‏افشانی و پر شدن دانه (به ترتیب 63 و 64 درصد)، افزایش کارایی فتوشیمیایی فتوسیستم 2 در مراحل گرده ‏افشانی و پر شدن دانه (به ترتیب 2/13 و 4/13 درصد)، افزایش مقاومت روزنه‏ای در مراحل گرده افشانی و پر شدن دانه (به ترتیب 163 و 148 درصد)، افزایش کلروفیل a و b (به ترتیب 16 و 29 درصد)، کاهش نسبت کلروفیل (a/b 10 درصد) و افزایش محتوای پروتیین دانه (5/1 درصد) گردید.

    نتیجه گیری

    با تامین مناسب رطوبت و نیتروژن می‏توان صفات فیزیولوژیک مرتبط با فتوسنتز را در زراعت یولاف زارعی بهبود بخشید.

    کلیدواژگان: خشکی، کلروفیل، کود، مقاومت روزنه‏ ای
  • سهیلا احمدی*، فرزاد فیاض، امیرمحمد ناجی، مصطفی آقایی سربرزه صفحات 35-51

    مقدمه:

     گندم دوروم یکی از مهمترین غلات زراعی جهان است. تنش های مختلف محیطی مانند تنش خشکی می تواند بر عملکرد آن تاثیر بگذارد. تنش خشکی از مهمترین و شایعترین علل افت عملکرد گندم در اغلب نقاط جهان است. بخش وسیعی از اراضی زیر کشت گندم ایران در مناطق دارای آب و هوای مدیترانه ای واقع شده است. در این مناطق بخش اصلی بارندگی در فصل زمستان و اوایل بهار است و از اواسط بهار همزمان با کاهش بارندگی و رطوبت محیط، دمای هوا نیز به شدت افزایش مییابد. تحمل به خشکی یک ویژگی کمی پیچیده است که توسط بسیاری از ژن ها کنترل می شود و یکی از صفات دشوار برای مطالعه و توصیف آن است. با این وجود، مطالعات موجود در مورد خشکی نشان داده است که مکانیسم مقاومت به خشکی گیاهان از نظر مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی و مولکولی است و برای مقابله با تنش خشکی نظیر غربالگری انبوه ، اصلاح، انتخاب مارکر، کاربرد هورمونهای برونزا استراتژی هایی ابداع شده است. بنابراین یافتن راهی برای رشد گیاهان با آب محدود در آن مناطقی که محروم از آب هستند ضروری است.

    مواد و روش ها

    این تحقیق با هدف شناسایی نشانگرهای مولکولی مرتبط با صفات مورد بررسی با استفاده از نشانگر SSR در شرایط دیم و آبیاری تکمیلی انجام شد. تعداد150 ژنوتیپ گندم دوروم شامل دو منبع ژرم پلاسم گندم دوروم ایکاردا و ژرم پلاسم گندم دوروم ایرانی در دو سال زراعی 97- 1396 و 98-1397 به صورت طرح حجیم شده (Augmented) با چهار شاهد در 6 بلوک در مزرعه تحقیقاتی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه رازی کرمانشاه در دو سایت آبی و دیم کشت شد. صفات ارتفاع بوته، طول پدانکل، ضخامت ساقه اصلی، طول سنبله، تعداد گره ساقه اصلی، وزن سنبله، تعداد دانه در سنبله، وزن دانه در سنبله و وزن هزار دانه 10 بوته به طور تصادفی انتخاب و اندازه گیری شد.

    یافته ها

    براساس نتایج بدست آمده نشانگر gwm513 در محیط آبیاری تکمیلی و نشانگر gwm448-1 در محیط دیم بیشترین همبستگی را با صفت تعداد دانه در سنبله داشتند (به ترتیب 35 درصد و 30 درصد). نشانگرهای gwm153 و gwm408 بدلیل ضریب تبیین بالا (35-18 درصد) و بیشترین رابطه معنی دار با صفات مربوط به عملکرد به عنوان مناسب ترین نشانگرها برای بهبود اغلب صفات مربوط به عملکرد در محیط دیم پیشنهاد می شوند. می توان از این نشانگرها که بیشترین رابطه با صفات برای آن معنی دار شدند، در جهت بهبود تعداد بیشتری از صفات بهره گرفت و به عنوان نشانگرهای مناسب جهت شناسایی مکان های ژنی کنترل کننده تحمل به تنش خشکی و انتخاب به کمک نشانگر معرفی نمود.

    نتیجه گیری

    در محیط آبیاری تکمیلی در مجموع 24 ارتباط معنی دار نشانگر با صفات مورد مطالعه شناسایی شد که در این میان صفت تعداد دانه در سنبله دارای بیشترین میزان تغییرات تبیین شده (30 درصد) توسط نشانگر مرتبط بود.  در محیط دیم در مجموع 21 ارتباط معنی دار نشانگر با صفات مورد مطالعه شناسایی شد که در این میان صفت تعداد دانه در سنبله دارای بیشترین میزان ضریب تبیین شده (35 درصد) توسط نشانگر مرتبط بود. در محیط آبیاری تکمیلی از 17 نشانگر SSR که به طور معنی داری با صفات مورد مطالعه مرتبط هستند، پنج نشانگر و در محیط دیم از 13 نشانگر مرتبط با صفات در این محیط 4 نشانگر در بیش از یک ویژگی مشارکت داشتند.

    کلیدواژگان: صفات کمی، نقشه یابی ارتباطی، نشانگر ریزماهواره
  • مهرزاد الله قلی پور، علیرضا حقیقی حسنعلیده* صفحات 52-66
    مقدمه

    با توجه به تقاضای آتی برنج، به عنوان غذای مورد نیاز انسان، تولید ارقام جدیدی که عملکرد آن‎ها از ارقام موجود فراتر رود ضروری است. موفقیت در هر برنامه اصلاحی به انتخاب ژنوتیپ‌های مناسب به عنوان والدین در برنامه تلاقی بستگی دارد. تخمین پارامترهای ژنتیکی از جمله وراثت‌پذیری، عملکرد ژن و ارتباط بین صفات به منظور تدوین سودمندترین روش اصلاحی، بسیار مهم است. برای برآورد تنوع ژنتیکی و اجزای واریانس از طرح‌های تلاقی مختلف مانند طرح‌های کارولینای شمالی I ، II و III استفاده می‌شود. این پژوهش به منظور ارزیابی هتروزیس، پارامترهای ژنتیکی، عملکرد ژن و وراثت‌پذیری صفات کمی مهم در برنج با استفاده از طرح تلاقی کارولینای شمالی III انجام شد.

    مواد و روش‌ها

    در این تحقیق از دو رقم دیلمانی و گیلانه با توجه به نتایج حاصل از پژوهشی با استفاده از نشانگرهای ریزماهواره، برای تلاقی به روش طرح سوم کارولینای شمالی استفاده شد. پس از انجام تلاقی‌های مورد نظر، نتاج به‌دست‌آمده از طرح تلاقی کارولینای شمالی به همراه والدین آن‌ها در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار کشت شد. قبل از ارزیابی، بوته‌های خارج از تیپ حذف، سپس میانگین مشاهدات در هر کرت برای تجزیه‌های آماری مورد استفاده قرار گرفتند. برای تجزیه و تحلیل واریانس و برآورد پارامترهای ژنتیکی NCIII از نرم افزارهای SPSS و Excel استفاده شد.

    یافته‌ ها

    برآورد واریانس‌های افزایشی و غالبیت نشان‌دهنده وجود اثرات افزایشی و غیرافزایشی در کنترل ژنتیکی صفات عملکرد دانه، وزن صد دانه، ارتفاع بوته، تعداد خوشه در هر بوته، تعداد خوشه‌چه در هر خوشه، طول خوشه و تعداد دانه پر در هر خوشه بود. در صفات ارتفاع بوته، تعداد خوشه در هر بوته و تعداد دانه پر در هر خوشه، اثرات غیرافزایشی نقش مهمی داشتند. در صفات عملکرد دانه، وزن صد دانه، ارتفاع بوته، تعداد خوشه در هر بوته، تعداد خوشه‌چه در هر خوشه، طول خوشه و تعداد دانه پر در هر خوشه، پدیده فوق غالبیت مشاهده شد. در صفت عملکرد دانه، محدوده هتروزیس بین 64/12- درصد برای تلاقی F2 No. 1 × گیلانه تا 5/38 درصد برای تلاقی F2 No. 11 × دیلمانی بود. برای ارتفاع بوته، بیشترین هتروزیس نسبی بر اساس میانگین والدین برای کاهش ارتفاع بوته، در تلاقی F2 No. 9 × دیلمانی (4/11- درصد) دیده شد.

    نتیجه‌ گیری:

    نتایج حاصل از این پژوهش نشان‌دهنده وجود اثرات افزایشی و غیرافزایشی در کنترل ژنتیکی صفات عملکرد دانه، وزن صد دانه، ارتفاع بوته، تعداد خوشه در هر بوته، تعداد خوشه‌چه، طول خوشه و تعداد دانه پر در هر خوشه است. از طرف دیگر در کنترل ژنتیکی صفات عملکرد دانه، وزن صد دانه، تعداد خوشه‌چه در هر خوشه و طول خوشه، اثرات افزایشی نقش بیشتری داشتند. با این حال، در کنترل ژنتیکی عملکرد دانه، وزن صد دانه، تعداد خوشه‌چه و طول خوشه، علاوه بر اثرات افزایشی، اثرات غیرافزایشی نیز دخالت داشتند. همچنین بررسی هتروزیس حاکی از وجود نتاج برتر از والدین در صفات مورد بررسی و امکان استفاده از آن‎ها در برنامه‌های اصلاحی بود.

    کلیدواژگان: اثر ژنتیکی، وراثت پذیری، هتروزیس
  • نگین رضایی، محسن سعیدی*، شهریار ساسانی، سعید جلالی هنرمند، محمداقبال قبادی صفحات 67-87

    مقدمه :

    گندم به دلیل تطابق گسترده با شرایط آب و هوایی گوناگون، دارای دامنه ی پراکندگی بیش تری نسبت به هر گیاه زراعی می باشد. وقوع تنش های محیطی در طول دوره رشد گندم سبب کاهش معنی دار عملکرد آن در اکثر مناطق مورد کشت آن می شوند. در میان انواع تنش های محیطی، تنش سرما از عوامل محیطی محدود کننده ی کشت گندم در مناطق سردسیر و کوهستانی است. تنش سرما موجب تغییر در فرآیندهای بیوشیمیایی و فیزیولوژیک گیاهان زراعی می گردد. بنابراین این تحقیق با هدف بررسی برخی صفات فیزیولوژیک و بیوشیمیایی مرتبط با تحمل سرما در ارقام مختلف گندم نان در مناطق با زمستان نیمه سرد انجام شد.

    مواد و روش ها

    این تحقیق در مزرعه پژوهشی و آزمایشگاه فیزیولوژی گیاهان زراعی گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی دانشگاه رازی کرمانشاه اجرا شد. تحقیق مزرعه ای به صورت طرح بلوک های کامل تصادفی و در سه تکرار انجام بود. کشت در اوایل آبان ماه انجام شد. هدف از انجام کشت مزرعه ای القاء طبیعی خوگیری گیاهان در شرایط طبیعی مزرعه بود. در این بررسی 12 رقم گندم نان شامل: نورستار، زرین، کویر، باز، سیوند، الوند، پیشگام، پیشتاز، اروم، شهریار، بهار و پارسی بررسی شدند. این رقم ها به صورت هدفمند از تیپ های مختلف رشدی (زمستانه، بینابین و بهاره) انتخاب شدند. سپس در مراحل مختلف خوگیری به سرما، طوقه رقم های مورد بررسی به آزمایشگاه منتقل شده و به منظور مطالعه صفات فیزیولوژیک مرتبط با تحمل سرما به صورت آزمایش فاکتوریل و در قالب طرح کاملا تصادفی در سه تکرار در فریزر دارای خاصیت اعمال شیب دمایی تحت دماهای مختلف قرار گرفتند. فاکتور اول شامل 12 رقم مذکور گندم نان و فاکتور دوم شامل تیمارهای دمایی (3+، 3-، 6-، 9-، و 12- درجه سانتی گراد) بودند.

    یافته ها

    نتایج این پژوهش نشان داد که ارقام زمستانه و بینا بین از نظر محتوای پروتیین های محلول طوقه، پایداری غشاء و میزان فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدان طوقه (پراکسیداز، سوپراکسید دیسموتاز و کاتالاز) نسبت به ارقام بهاره برتر بودند. متوسط شاخص دمای کشنده 50 درصد (LT50) برابر با 5/6- درجه سانتی گراد بود. در این بین، LT50 ارقام زمستانه و بینا بین 5/8- و ارقام بهاره 7/4- درجه سانتی گراد بود. میزان پروتیین های محلول و سرعت فعالیت آنزیم کاتالاز طوقه ها ازجمله صفاتی بودند که بیشترین همبستگی را با تحمل به سرما داشتند.

    نتیجه گیری

    به طور کلی ارقام زمستانه و بینا بین (نورستار، زرین، اروم و الوند) نسبت به سایر ارقام از نظر صفات فیزیولوژیک و بیوشیمیایی مرتبط با تحمل سرما، برتر بودند. در این پژوهش، ارقام نورستار و اروم به‎ترتیب با LT50 برابر با 14- و 5/11- درجه سانتی گراد، به عنوان مقاوم ترین ارقام به تنش دماهای پایین شناخته شدند.

    کلیدواژگان: طوقه، دمای کشنده 50 درصد، پتانسیل اسمزی، پایداری غشاء، پروتئین های محلول
  • فیروزه شریفی کالیانی، عادل سی و سه مرده*، فرزاد حسین پناهی، سعید جلالی هنرمند صفحات 88-100

    مقدمه:

     گندم منبع اصلی پروتیین در تغذیه انسان می باشد و 22 درصد از سطح زیر کشت جهانی را به خود اختصاص داده است. تنش خشکی از مهم ترین عوامل محدود کننده تولید گندم در سراسر جهان می باشد. استراتژی های مختلفی برای بهبود رشد گیاهان در محیط های دارای تنش وجود دارد که پرایم کردن بذور با ترکیبات مختلف، یکی از آن‏ها می‏باشد. محصولات گندم عمدتا به عنوان کالاهای پخته شده استفاده می شوند، بنابراین کیفیت آرد آن اهمیت ویژه‎ای دارد. یکی از پارامترهای تعیین کننده کیفیت آرد گندم، پروتیین دانه است. همچنین در ایران به دلیل آهکی بودن خاک، کمبود ماده آلی و اسیدیته بالا، کاربرد خاکی عناصرغذایی اثر چندانی در دسترسی گیاه به آن‎ها ندارد، در چنین شرایطی پرایم کردن بذر گندم می تواند اثرات مثبتی بر افزایش عناصر غذایی موجود در دانه داشته باشد.

    مواد و روش ها

    این آزمایش با هدف بررسی اثر پرایمینگ بذر بر عملکرد، درصد پروتیین و غلظت برخی عناصر غذایی دانه گندم دیم (رقم آذر 2) در دو سال زراعی 98-1397 و 99-1398 در مزرعه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه کردستان در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار اجرا شد. تیمار های پرایمینگ شامل شاهد (بدون پرایمینگ)، پرایمینگ با کلرید پتاسیم (یک درصد)، اوره (دو درصد)، سولفات روی (6/0 درصد)، کلرید کلسیم (4/1 درصد)، ویتاسپرین (1/0 درصد)، سیتوکینین (50 میلی گرم در لیتر) و هیدروپرایم بودند.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که عملکرد دانه در سال زراعی 98-1397 بالاتر از سال زراعی 99-1398 بود که احتمالا دلیل این امر بیشتر بودن میزان بارندگی در این سال (19 درصد) می باشد. در هر دو سال زراعی، پرایمینگ بذور با آب، منجر به بهبود عملکرد دانه شد. بیشترین و کمترین درصد پروتیین دانه به‎ترتیب در تیمار پرایم بذور با کلرید پتاسیم و تیمار پرایم بذور با کلرید کلسیم مشاهد شد. همچنین بالاترین غلظت روی در دانه در تیمار پرایم بذور با سولفات روی به دست آمد. در هر دو سال زراعی پرایمنگ بذور اثر معنی داری بر غلظت پتاسیم و فسفر دانه نداشت.

    نتیجه گیری:

     با توجه به هزینه بالای استفاده از ترکیبات شیمیایی برای پرایم کردن بذور و اثرات مثبت هیدروپرایم در افزایش عملکرد دانه، هیدروپرایم را می توان به عنوان روشی مقرون به صرفه برای افزایش عملکرد در شرایط دیم پیشنهاد کرد. از طرفی با اثرات مثبتی که پرایم بذور بر درصد پروتیین دانه (پرایم با کلرید پتاسیم) و غلظت روی (پرایم با سولفات روی) در دانه داشت، می توان از آن برای بهبود پروتیین دانه، افزایش کیفیت آرد حاصل از گندم، افزایش میزان روی و کاهش سوء‎تغذیه ناشی از کمبود روی بهره برد.

    کلیدواژگان: پیش تیمار، روی، کیفیت دانه، گندم دیم، هیدروپرایمینگ
  • مهدی سوهانی*، طیبه فلاحی، سعیده علیدوست صفحات 101-138

    پروموتر ها از عناصر حیاتی فعالیت ژن ها و تعیین کننده وظیفه و نقش آنها در فرایندهای سلولی هستند. پروموترهای یوکاریوتی از اجزای مختلف تشکیل شده اند. پروموترها به تنهایی و بدون وجود پروتیین های کمکی قادر به انجام وظایف فرضی خود نیستند. اگرچه همه سلول های یک گیاه حاوی ژن های یکسان و اطلاعات ژنتیکی مشابه هستند، اما فقط گروه کوچکی از ژن ها در هر زمان مشخص بیان می شوند تا در تقسیم سلولی، رشد، تمایز، نمو، تولیدمثل، کنترل محیطی و دیگر فرآیندهای مهم سلول، هماهنگی به وجود آید و این وظایف پیچیده به طریق هماهنگ شده انجام شود. به طور کلی، بیان ژن می تواند در هر کدام از مراحل رونوشت برداری، فرآوری mRNA، پایداری رونوشت، جابجایی mRNA به سیتوپلاسم، ترجمه یا تغییرات پروتیین تنظیم و کنترل شود. دانشمندان کارکرد پروموتر ها را در آزمایشگاه و یا با استفاده از اطلاعات بیوانفورماتیکی تجزیه تحلیل و یا پیش گویی می کنند پروموترها انواع مختلفی دارند که شامل انواع با فعالیت دایمی که تقریبا در همه بافت ها و همه مکان ها فعال هستند، انواع مکانی زمانی و در نهایت انواع مختص سلول است. یک قابلیت مهم پروموترهای مورد استفاده در تحقیقات القاء پذیری آنها است که می تواند فعالیت ژن را محدود به یک شرایط خاص مثلا تنش های زیستی و غیر زیستی کند. توانایی دانشمندان در سنتز پروموترهای مصنوعی که حاصل شناخت آنها از عناصر مولکولی است، سبب شده است تا کنترل بیان ژن ها با اطمینان بیشتری انجام شود. نقش اینترون ها در فعالیت پروموترها شناخته شده و اغلب دارای کارکرد تنظیمی مثبت هستند. مطالبی در خصوص همه این موارد در مقاله حاضر بحث و بررسی شده است. تمام ساختارهای تراژن - شامل ژن های هدف و ژن های مارکر- نیازمند پروموترهایی برای تنظیم رونوشت برداری به طور تکرار شدنی و قابل پیشگویی هستند. تراژن ها همراه با انواع مختلفی از پروموترهای ناهم نهاد (از منابع دیگر) و یا هم نهاد (گیاه مورد مطالعه)، در طی ساخت ژن های کایمری در داخل وکتورهای تراریزش، کلون می شوند و بدین وسیله متخصصین بیوتکنولوژی طیف وسیعی از الگوهای بیان را در اختیار خواهند داشت که مناسب تحقیقات و آزمایشات آن ها باشد. در این مقاله مروری ساختار پروموترها در یوکاریوت ها و گیاهان تشریح و انواع پروموترهای گیاهی و شاخص ترین کارکرد آنها تا حد ممکن ذکر شده است. یک نقطه کلیدی در تنظیم بیان ژن، آغاز رونوشت‎برداری است و اطلاعات زیادی درباره استقرار ماشین رونوشت‎برداری در نزدیک مکان آغاز و شروع رونوشت‏برداری وجود دارد. مطالعات نشان داده است که اجزاء اصلی در این فرآیندها در مخمر، حیوانات و گیاهان به شدت حفاظت شده است .

    کلیدواژگان: ساختار پروموتر، پروموترهای دائمی، پروموترهای زمانی-مکانی، پروموترهای مصنوعی
|
  • Reza Mohammadi *, Kianoosh Cheghamirza, Diba Akbari, Homaioon Amiri, Mahdi Geravandi, Saeed Abbasi Pages 1-17
    Introduction

    Knowledge of genetic diversity in crop species can play an important role in exploiting genetic diversity and lead to the development and expansion of crop cultivation in drought-prone environments. In this regard, identifying and utilizing informative markers related to agro-physiological traits will be necessary for application in breeding programs and marker-assisted selection.

    Materials and methods

    This study was performed to investigate the relationship between SCoT markers and agro-physiological traits in the durum wheat breeding germplasm. For this purpose, 220 durum wheat genotypes were evaluated for agronomic, phenological, and physiological traits. They were received from the International Center for Agricultural Research in the Dry Areas (ICARDA) and International Maize and Wheat Improvement Center (CIMMYT) during two consecutive cropping seasons (2017-18 and 2018-19). The germplasm was also genotyped using five SCoT markers. In order to identify the informative markers related to each trait, the regression analysis method was used.

    Results

    According to the results, considerable variation for agro-physiological traits was observed in the studied germplasm. The majority of ICARDA germplasms that most favored by grain yield, 1000-kernel weight (TKW), normal difference vegetative index (NDVI), plant height (PH), and peduncle length (PL) well separated from the majority of CIMMYT germplasm that most favored late in the heading (DH) and maturity (DM) and higher canopy temperature (CT). These findings indicate that the breeding lines originally developed from ICARDA might possess traits of tolerance to drought conditions absent in those developed in CIMMYT. 13 SCoT loci were associated with at least three traits based on trait-marker association analysis. These markers would enhance the efficiency of parental selection in the durum wheat breeding programs. Six informative SCoT loci (SCoT16-845, SCoT16-965, SCoT33-780, SCoT24-1400, SCoT16-845, and SCoT25-680) were identified as repeatable markers that can be considered as candidate markers for assessment of other wheat germplasm collections and scanning the genome for the related traits.

    Conclusion

    This study based on phenotypic data and SCoT markers revealed a high level of diversity in durum wheat breeding germplasm that may be useful in breeding programs. This information is valuable for germplasm grouping and determination of different phenotypic and genotypic groups, developing high-yielding genotypes, and using cross-breeding programs.

    Keywords: Durum wheat, Germplasm, Informative markers, Phenotypic variation, Rainfed condition
  • AhmadReza Rostami, Mokhtar Ghobadi *, Sohbat Bahraminejad, Saeid Jalali Honarmand Pages 18-34
    Introduction

    Oat is one of the most important plants in the cereals family. Oat grain is used for humans and livestock, and its forage is used for livestock. Iran is located in an arid and semi-arid region. The average annual rainfall in Iran is about one-third of the world average. Therefore, drought stress in Iran is the most critical environmental stress that limits the growth and yield of crops. Nitrogen is one of the essential nutrients for crops. In the world and Iran, nitrogen is used more than other fertilizers. Nitrogen uptake by the plants from the soil is accompanied by water. Therefore, drought stress interferes with nitrogen uptake. Accordingly, the present experiment aimed to investigate the effect of drought stress after anthesis and nitrogen amounts on the physiological characteristics of three oat cultivars.

    Materials and methods

    The experiment was conducted as a split-plot factorial based on randomized complete blocks design with three replications at Research Farm of Razi University during 2013-14 cropping year. Post-anthesis moisture conditions (normal and stress) were considered as the main factor and the combination of two factors including oat cultivar (Potoroo, Quoll, and Brusher) and nitrogen supply (0, 25, 50, 75, and 100% nitrogen requirement for oat) as the sub-factor. Nitrogen levels were selected based on the soil test results and the nitrogen requirements of oat in the irrigated farm without drought stress. The source of nitrogen was urea fertilizer (containing 46% nitrogen).

    Results

    The results showed that the moisture and nitrogen treatments significantly affected the studied physiological traits. According to the results, the post-anthesis drought stress led to a decrease in SPAD at anthesis and grain filling stages (12.5 and 30.6%, respectively), a decrease in FV/FM at anthesis (5.3%), an increase in stomatal resistance at anthesis and grain filling stages (94 and 77%, respectively), and an increase in grain protein content (2.3%). Supply 100% of the plant nitrogen requirement compared to 0% led to improvement of SPAD at anthesis and grain filling stages (63 and 64%, respectively), an increase in FV/FM at anthesis and grain filling stages (13.2 and 13.4%, respectively), an increase in stomatal resistance at anthesis and grain filling stages (163 and 148%, respectively), an increase in chlorophyll a and b (16 and 29%, respectively), reduction of chlorophyll a/b ratio (10%), and finally an increase in grain protein content (1.5%).

    Conclusion

    The physiological traits associated with the photosynthesis of oat plants can be improved by the proper supply of moisture and nitrogen.

    Keywords: Chlorophyll, Drought, Fertilizer, stomatal resistance
  • Soheyla Ahmadi *, Farzad Fayyaz, AmirMohammad Naji, Mostafa Aghaei Sarbarzeh Pages 35-51
    Introduction

    Durum wheat is one of the most important crops in the world. Various environmental stresses such as drought stress can affect grain yield. Drought stress is one of the most important and common causes of wheat yield decline in most parts of the world. A large part of Iran's wheat cultivated lands is located in a Mediterranean climate. In these areas, the main part of rainfall is in winter and early spring, and from mid-spring, along with reduced rainfall and ambient humidity, the air temperature also rises sharply. Drought tolerance is a slightly complex trait controlled by many genes, and it is one of the most challenging traits to study and describe. Nevertheless, existing studies on drought have shown that the drought resistance mechanism of plants is morphological, physiological, and molecular, and strategies have been developed to deal with drought stress such as mass screening, modification, marker selection, and the use of exogenous hormones. Therefore, it is necessary to find a way to grow plants with limited water in areas deprived of water.

    Materials and methods

    The study was conducted to identify molecular markers associated with the studied traits using SSR markers in rain-fed and supplementary irrigation conditions. The seeds of 150 genotypes of durum wheat, including two germplasm of durum wheat of ICARDA and germplasm of durum wheat of Iran, originated from the Seed and Plant Research Improvement Institute of Karaj, were planted in two cropping years 2018-2019 and 2019-2020. The experiment was performed in an augmented design with four controls in 6 blocks in the Farm of the Agricultural and Natural Resources Campus of Razi University of Kermanshah in supplementary irrigation and rainfed sites. The traits of plant height, peduncle length, weight of main stem, spike length, number node, weight spike, number grain per spike, weight grain per spike, thousand kernel weight were selected randomly and measured in 10 plants.

    Results

    Based on the results, the GWM513 marker in the supplementary irrigation environment and the marker of GWM448-1 in the rain-fed environment showed the highest correlation with the number of seeds per spike (35% and 30%, respectively). GWM153 and GWM408 markers are suggested due to the high explanation coefficient (18-35%) and the most significant relationship with yield traits as the most suitable markers to improve most of the traits related to yield in rain-fed conditions.

    Conclusion

    In the supplementary irrigation environment, a total of 24 significant markers were identified with the studied traits; among them, the number of seeds per spike had the highest amount of changes explained (30%) by the associated marker. In the rain-fed environment, a total of 21 significant associations of markers with the studied traits were identified among them; the number of seeds per spike had the highest coefficient explained (35%) by the associated marker. In the supplementary irrigation environment, 17 SSR markers significantly related to the studied traits, five markers, and in the rain-fed environment, out of 13 markers related to traits in this environment four markers participated in more than one feature.

    Keywords: Quantitative traits, association mapping, microsatellite markers
  • Mehrzad Allahgholipour, Alireza Haghighi Hasanalideh * Pages 52-66
    Introduction

    Due to the future demand for rice, as a food required by humans, it is necessary to produce new cultivars whose yield exceeds the existing cultivars. Success in any breeding program depends on selecting appropriate genotypes as parents in the crossing program. Estimating genetic parameters such as heritability, gene effect, and the relationship between traits is fundamental to developing the most beneficial breeding method. Various mating designs such as the North Carolina I, II, and III designs are used to estimate genetic diversity and variance components. This study was performed to evaluate heterosis, genetic parameters, gene effect, and heritability of important quantitative traits in rice using the North Carolina III mating design.

    materials and methods

    In this study, two cultivars, Deylamani and Gilaneh, were used for the North Carolina III mating design according to the results of a study using microsatellite markers. After the crosses were performed, the progenies from the North Carolina III mating design were planted with their parents in a randomized complete block design with three replications. Prior to evaluation, off-type plants were removed, and then the mean of observations per plot was used for statistical analysis. SPSS and Excel softwares were used to analyze variance and estimate NCIII genetic parameters.

    Results

    Estimation of additive and dominance variances indicated the presence of additive and non-additive effects in genetic control of grain yield, 100-grain weight, plant height, number of panicles per plant, number of spikelet per panicle, panicle length, and number of filled grains per panicle. Non-additive effects played an essential role in plant height, the number of panicles per plant, and the number of filled grains per panicle. The overdominance phenomenon was observed in grain yield, 100-grain weight, plant height, number of panicles per plant, number of spikelet per panicle, panicle length, and number of filled grains per panicle. In grain yield, the range of heterosis was -12.64% for the cross of F2 No. 1 × Gilaneh up to 38.5% for the cross of F2 No. 11 × Deylamani. For plant height, the highest relative heterosis based on the average parent to reduce plant height was seen at the cross of F2 No. 9 × Deylamani (-11.4%).

    Conclusion

    The results of this study indicate the existence of additive and non-additive effects in genetic control of grain yield, 100-seed weight, plant height, number of panicles per plant, number of spikelets, panicle length, and filled grain number per panicle. On the other hand, in genetic control of grain yield, 100-grain weight, number of spikelets per panicle, and panicle length, additive effects had a greater role. However, in addition to additive effects, non-additive effects were also involved in genetic control of grain yield, 100-grain weight, number of panicles, and panicle length. The study of heterosis also showed the existence of superior offspring in the studied traits and the possibility of using them in breeding programs.

    Keywords: Genetic effect, Heritability, Heterosis
  • Negin Rezaei, Mohsen Saeidi *, Shahryar Sasani, Saeid Jalali Honarmand, Mohammad Eghbal Ghobadi Pages 67-87
    Introduction

    Wheat has more distribution range than any crop in the word due to its wide adaptation to different climatic conditions. Occurrence of environmental stresses during wheat growth period significantly reduces its yield in most of its cultivated areas. Among different stresses, cold stress is one of the environmental factors that limiting the cultivation of wheat in the cold and the mountainous areas. Cold stress causes changes in physiological and biochemical traits in plants. This research was conduct to evaluation of some physiological and biochemical traits that related to cold tolerance in different wheat genotypes in semi cold winter region.

    Materials and methods

    This study was conducted at research farm and laboratory crop physiology, Department of Plant Production and Genetics, Razi University, Kermanshah, Iran during 2013-2014 cropping cycles. The farm experiment was a Randomized Complete Block Design (RCBD) with three replications. Sowing date was mid-November. The purpose of field cultivation was to induce the normal induction of cold acclimation in different wheat cultivars under natural field conditions. In this research 12 bread wheat cultivars such as: Norstar, Zarin, Kavir, Baz, Sivand, Alvand, Pishgam, Pishtaz, Orum, Shahryar, Bahar and Parsi were evaluated. These cultivars were purposefully selected from different wheat growth types of spring, autumn and qualitative cultivars. Then, at different stages of cold acclimation, the crowns of the studied cultivars were transferred to the laboratory and in order to evaluation of physiological traits were studied under different temperatures in thermogradient freezer. To this end, a Factorial experiment based on Completely Randomized Design (CRD) with three replications was used. In this experiment, the first factor was 12 above mentioned wheat cultivars, and second treatment was five temperature treatments (+3, -3, -6, -9 and -12 ○C).

    Results

    The results showed that, winter and facultative cultivars had more crown soluble proteins, membrane stability and antioxidant enzymes activity (peroxidase, superoxide dismutase and catalase) than spring cultivars. The LT50 average was -6.5 ○C. In the meantime, LT50 in winter and facultative wheat cultivars was -8.5 ○C and in spring cultivars was -4.7 ○C. The soluble proteins and catalase activity had the highest positive and significant correlation with cold tolerance.

    Conclusion

    In general, physiological and biochemical characteristics in winter and facultative cultivars (Norstar, Zarin, Orum, and Alvand) were more associated with cold tolerance than the others. In this research, Norstar cultivar with LT50= -14 ○C and Orum cultivar with LT50= -11.5 ○C were identified as resistant cultivars to cold stress.

    Keywords: Crown, LT50, Membrane stability, Osmotic potential, Soluble proteins
  • Firuzeh Sharifi Kalyani, Adel Siosemardeh *, Farzad Hosseinpanahi, Saeid Jalali Honarmand Pages 88-100
    Introduction

    Wheat is the most important source of protein in human nutrition, accounting for 22% of the world cultivated area. Drought stress is one of the most significant constraints to wheat production around the world. Plant growth in adverse situations can be improved by a variety of tactics, one of which is seed priming with various chemicals. Because wheat products are mostly cooked, the quality of the flour is very important. Grain protein is one of the factors that determines the quality of wheat flour. Because of the calcareous soil, lack of organic matter, and high acidity in Iran, soil application of nutrients has minimal effect on plant access to them. In such conditions, seed priming can help increase nutritional content in the wheat grain.

    Materials and methods

    This experiment aimed to investigate the effect of seed priming on yield, protein percentage and concentration of some nutrients of dryland wheat grain (cultivar Azar 2). The experiment was carried out based on a randomized complete blocks design with three replications in the Research Farm of Kurdistan University during two cropping years (2018-2019 and 2019-2020). Priming treatments were included control (without priming), potassium chloride (1%), urea (2%), zinc sulfate (0.6%), calcium chloride (1.4%), vitasprin (0.1 %), cytokinin (50 mg / L) and hydroprim.

    Results

    The results showed that grain yield was higher in 2018-2019 than in 2019-2020, which is likely due to the higher rainfall this year (19%). Seed priming with water led to improved grain yield in both cropping years. The highest and lowest percentages of grain protein were observed in seed priming treatment with potassium chloride and seed priming treatment with calcium chloride, respectively. Also, the highest concentration of zinc in the grain was obtained in the treatment of seed priming with zinc sulfate. Seed priming had no significant effect on the grain concentrations of potassium and phosphorus in both cropping years.

    Conclusion

    Due to the high cost of using chemical compounds for seed priming and the positive effects of hydroprim in increasing grain yield in this experiment, hydroprim can be suggested as a cost-effective way to increase yield in dryland conditions. On the other hand, with the positive effects that seed priming has on the percentage of grain protein (prime with potassium chloride) and zinc concentration (prime with zinc sulfate) in the grain, it can be used to improve grain protein, increase the quality of wheat flour, increase zinc concentration and reduce malnutrition due to zinc deficiency.

    Keywords: Dryland wheat, Grain quality, Hydropriming, Pretreatment, Zinc
  • Mehdi Sohani *, Tayebeh Fallahi, Saideh Alidoost Pages 101-138

    Although all cells in a plant contain the same genes and the same genetic information, only a small group of genes are expressed at any given time to coordinate cell division, growth, differentiation, development, reproduction, environmental control, and other important cell processes. And these complex tasks are performed in a coordinated way. In general, gene expression can be regulated and controlled at any of the following stages: transcription, mRNA processing, transcription stability, mRNA transfer to the cytoplasm, translation, or protein modification. A key point in regulating expression is the beginning of copying, and there is a lot of information about setting up a copying machine near where the copying begins. Studies have shown that the main components in these processes are highly conserved in yeast, animals and plants. All transgenic structures - including target genes and marker genes - require promoters to regulate replication reproducibly and predictably. Transgenes are cloned together with different types of non-institutional promoters (from other sources) or co-institutional (studied plant) during the construction of chimeric genes within transgenic vectors, thus providing biotechnologists with a wide range of expression patterns that Suitable for their research and testing. The promoter (s) used in transgenic plants are the factors that in many cases distinguish between a successful plant biotechnology project and unknown and unsuccessful projects, so careful selection is crucial in any project. This article reviews the structure of promoters in eukaryotes and plants and describes the types of plant promoters and their most significant function as much as possible.Although all cells in a plant contain the same genes and the same genetic information, only a small group of genes are expressed at any given time to coordinate cell division, growth, differentiation, development, reproduction, environmental control, and other important cell processes. And these complex tasks are performed in a coordinated way. Although all cells in a plant contain the same genes and the same genetic information, only a small group of genes are expressed at any given time to coordinate cell division, growth, differentiation, development, reproduction, environmental control, and other important cell processes. And these complex tasks are performed in a coordinated way. Although all cells in a plant contain the same genes and the same genetic information, only a small group of genes are expressed at any given time to coordinate cell division, growth, differentiation, development, reproduction, environmental control, and other important cell processes. And these complex tasks are performed in a coordinated way. In general, gene expression can be regulated and controlled at any of the following stages: transcription, mRNA processing, transcription stability, mRNA transfer to the cytoplasm, translation, or protein modification. A key point in regulating expression is the beginning of copying, and there is a lot of information about setting up a copying machine near where the copying begins. Studies have shown that the main components in these processes are highly conserved in yeast, animals and plants. All transgenic structures - including target genes and marker genes - require promoters to regulate replication reproducibly and predictably. Transgenes are cloned together with different types of non-institutional promoters (from other sources) or co-institutional (studied plant) during the construction of chimeric genes within transgenic vectors, thus providing biotechnologists with a wide range of expression patterns that Suitable for their research and testing. The promoter (s) used in transgenic plants are the factors that in many cases distinguish between a successful plant biotechnology project and unknown and unsuccessful projects, so careful selection is crucial in any project. This article reviews the structure of promoters in eukaryotes and plants and describes the types of plant promoters and their most significant function as much as possible. Although all cells in a plant contain the same genes and the same genetic information, only a small group of genes are expressed at any given time to coordinate cell division, growth, differentiation, development, reproduction, environmental control, and other important cell processes. And these complex tasks are performed in a coordinated way. Although all cells in a plant contain the same genes and the same genetic information, only a small group of genes are expressed at any given time to coordinate cell division, growth, differentiation, development, reproduction, environmental control, and other important cell processes. And these complex tasks are performed in a coordinated way.

    Keywords: Promoter structure, constitutive, spatio-temporal, synthetic promoters