فهرست مطالب

بیوتکنولوژی و بیوشیمی غلات - سال دوم شماره 2 (پیاپی 6، تابستان 1402)

نشریه بیوتکنولوژی و بیوشیمی غلات
سال دوم شماره 2 (پیاپی 6، تابستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/04/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • هژیر بهشتی زاده*، براتعلی فاخری، رضا اقنوم، نفیسه مهدی نژاد، سید سعید پورداد، بهرام مسعودی، سارا فرخ زاده صفحات 132-152
    مقدمه
    جو (Hordeum vulgare L.) به عنوان چهارمین غله مهم در جهان شناخته می شود. تنش خشکی نیز یکی از عوامل اصلی کاهش رشد و عملکرد جو است و عملکرد دانه با ویژگی های مورفولوژیکی برگ پرچم به طور مستقیم ارتباط دارد.
    مواد و روش ها
    به منظور شناسایی نواحی ژنومی اصلی و اپیستاتیک و بررسی اثر متقابل آن ها با محیط برای صفات مورفولوژیک مرتبط با برگ پرچم از جمله طول، عرض، سطح و طول غلاف برگ پرچم، آزمایشی با 136 لاین دابل هاپلویید جو به همراه والدین آن ها ‘Nure’ و  ‘Tremois’در قالب طرح آلفا لاتیس با دو تکرار تحت دو شرایط نرمال و تنش خشکی در ایستگاه تحقیقات کشاورزی زابل در سال زراعی 95-1394 اجرا شد. برای تجزیه QTL، نقشه ژنتیکی جمعیت مورد نظر شامل 543 نشانگر (DArT، SSR، SNP و AFLP) بود. در این مطالعه، تجزیه QTL تک مکانی و دو مکانی به ترتیب با استفاده از روش های نقشه یابی فاصله ای مرکب (CIM) و مدل ترکیبی بر اساس مکان یابی فاصله ای مرکب (MCIM) انجام گرفت.
    یافته ها
    بر اساس تجزیه تک مکانی، پنج QTL شامل سه QTL قوی Q1FLW-1H.SZ، Q1SHFLL-1H.NZ و Q2SHFLL-1H.NZ در فاصله های نشانگری bPb-6343-bPb-8081، bPb-1419-bPb-9180 و bPb-9108-bPb-6343 و دو QTL پیشنهادی روی کروموزوم های 1H و 5H برای صفات عرض برگ پرچم (FLW, cm) و طول غلاف برگ پرچم (SHFLL, cm) مشخص شدند. بر اساس تجزیه دو مکانی، هشت QTL افزایشی (M-QTL) و 15 جفت QTL اپستازی (E-QTL) برای صفات مختلف شناسایی شدند که در این بین، دو جفت QTL اپستازی برای صفت FLW، اثرات متقابل QTL در محیط معنی داری (AAEI) را نشان دادند. همهM-QTLهای شناسایی شده برای صفات مرتبط با برگ پرچم در دو محیط، بدون اثرات متقابل افزایشی × محیط(AEI) ، به عنوانQTLهای پایدار شناسایی شدند و بیشترین تعدادQTLهای پایدار مربوط به کروموزوم 1H بود. در این مطالعه، QTLهای مربوط به تحمل خشکی در همه کروموزوم های جو به جز کروموزوم 2H شناسایی شدند..
    نتیجه گیری
    اکثرQTL های مرتبط با صفات مورد بررسی در جمعیت Nure/Tremois در مطالعه حاضر قبلا گزارش نشده اند و جدید هستند. QTLهای قوی و پایدار کنترل کننده صفات مرتبط با برگ پرچم در این مطالعه، همراه با نشانگرهای پیوسته به این QTLها، پس از تایید و اعتبارسنجی در شرایط محیطی و زمینه های ژنتیکی مختلف، می توانند در برنامه های به نژادی انتخاب به کمک نشانگر (MAS) و هرم سازی ژن برای ایجاد ارقام جو پر محصول و متحمل به خشکی مورد استفاده قرار گیرند. علاوه بر این، یافته های این پژوهش، درک روابط ژنتیکی بین صفات مرتبط با برگ پرچم را در سطح مولکولی تسریع می کند.
    کلیدواژگان: اثرات اپیستازی، اثر متقابل QTL × محیط، تحمل به خشکی، جو، QTL افزایشی
  • محمود حدیدی، مختار قبادی*، محسن سعیدی، محمداقبال قبادی صفحات 153-169
    مقدمه
    در بین گیاهان زراعی، گندم در رتبه اول سطح زیر کشت در جهان و ایران قرار دارد. تنش خشکی رایج ترین تنش محیطی است که سبب کاهش عملکرد دانه در محصولات زراعی می گردد. از ویژگی های فیزیولوژیک به همراه صفات مربوط به عملکرد دانه و اجزای آن به عنوان شاخص هایی جهت ارزیابی رقم های گندم در شرایط تنش خشکی استفاده می شود. هدف از این آزمایش، مطالعه اجزای عملکرد دانه و برخی خصوصیات فیزیولوژیک برگ پرچم و ارتباط آن ها با عملکرد دانه در ارقام تجاری گندم آبی در شرایط تنش خشکی انتهای فصل بود.
    مواد و روش ها
    این آزمایش در دانشگاه رازی اجرا گردید. آزمایش به صورت اسپلیت پلات در قالب طرح پایه بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار پیاده شد. دو تیمار رطوبتی (عدم تنش و تنش خشکی پس از گرده افشانی) در کرت های اصلی و 14 رقم گندم آبی در کرت های فرعی قرار گرفتند. صفت های مربوط به عملکرد دانه (شامل عملکردهای بیولوژیک، دانه، کاه و شاخص برداشت)، اجزای عملکرد دانه (شامل تعداد سنبله در متر مربع، تعداد دانه در سنبله و وزن هزار دانه) و برخی خصوصیات فیزیولوژیک برگ پرچم (شامل سطح برگ پرچم، کلروفیل a، کلروفیل b، کلروفیل کل و نسبت کلروفیل a/b و محتوای پرولین برگ پرچم) اندازه گیری شدند.
    یافته ها
    اثر تنش خشکی بر روی عملکرد بیولوژیک، عملکرد دانه، شاخص برداشت، تعداد دانه در سنبله، وزن هزار دانه، سطح برگ پرچم، نسبت کلروفیل a/b و محتوای پرولین برگ پرچم معنی دار بود، اما بر روی عملکرد کاه، تعداد سنبله در متر مربع، کلروفیل a، کلروفیل b و کلروفیل کل غیرمعنی دار شد. رقم های گندم از نظر ویژگی های ذکر شده (به غیر از کلروفیل a، کلروفیل b و کلروفیل کل) اختلاف معنی دار با هم داشتند. خسارت تنش خشکی پس از گرده افشانی بر کاهش عملکرد دانه بیشتر از عملکرد کاه بود (41 در مقابل 9 درصد کاهش). در بین اجزای عملکرد دانه، وزن هزار دانه خسارت بیشتری نسبت به تعداد دانه در سنبله (35 در مقابل 11 درصد کاهش) در واکنش به تنش خشکی داشت. تنش خشکی باعث کاهش مقدار کلروفیل ، اما افزایش نسبت کلروفیل a/b و محتوای پرولین برگ پرچم شد. تجزیه همبستگی نشان داد که در شرایط بدون تنش خشکی، صفت های شاخص برداشت و محتوای کلروفیل a در برگ پرچم دارای بالاترین همبستگی مثبت با عملکرد دانه بودند. در حالی که در شرایط تنش خشکی پس از گرده افشانی، بالاترین همبستگی مثبت به محتوای پرولین برگ پرچم و وزن هزار دانه تعلق داشت.
    نتیجه گیری
    به نظر می رسد که از برخی ویژگی های فیزیولوژیک برگ پرچم (مثل پرولین) به همراه اجزای عملکرد دانه (مثل وزن هزار دانه) بتوان برای ارزیابی رقم های گندم آبی به هنگام شرایط تنش خشکی پس از گرده افشانی استفاده نمود.
    کلیدواژگان: پرولین، سطح برگ پرچم، شاخص برداشت، وزن هزار دانه
  • لیلا نصیرزاده، بهزاد سرخی الله لو*، اسلام مجیدی هروان، فواد فاتحی صفحات 170-189
    مقدمه
    گندم محصولی استراتژیک در امنیت غذایی جهان به شمار می رود، به طوریکه بیش از 15 درصد سطح زیر کشت جهان را پوشش می دهد. تغییرات جوی که به طور غالب در نتیجه فعالیت صنعتی زیاد ایجاد شده است، سبب ایجاد تنش خشکی در بیش تر نقاط جهان گردیده است. تنش خشکی سبب پیامدهای مخرب از جمله کاهش رشد و عملکرد با تغییر فعالیت های بیوشیمایی گیاه می شود. بنابراین به منظور دستیابی به بیش ترین سازگاری و عملکرد گندم در شرایط کم آبی، آزمایش حاضر در شرایط آب و هوایی کرج روی هشت ژنوتیپ مهم گندم نان (تهیه شده از بانک ژن گیاهی ملی ایران) انجام شد. مواو و
    روش ها
    آزمایش در قالب طرح کرت های خرد شده و بر پایه طرح کاملا تصادفی در سه تکرار در سال زراعی 96-1395 در شرایط آب و هوایی کرج انجام شد. تیمار رطوبتی در دو سطح شامل شاهد (آبیاری براساس نیاز آبی گیاه در طول دوره نمو تا زمان رسیدگی فیزیولوژیک) و تنش کم آبی به صورت قطع آبیاری از زمان ظهور سنبله ها تا رسیدگی فیزیولوژیک در کر های اصلی و 8 ژنوتیپ مختلف گندم نان (استار، سیروان، روشن، مهرگان، 1399، 3737، 3729 و 4228) در کرت های فرعی قرار گرفتند. سپس در زمان رسیدگی تکنولوژیک عملکرد دانه و برخی صفت های مرتبط با آن و همچنین در اوایل مرحله نموی رسیدگی فیزیولوژیکی صفت های فیزیولوژیک و بیوشیمایی شامل محتوای نسبی آب برگ، محتوای رنگدانه های فتوسنتزی برگ، محتوی اسید آمینه پرولین برگ، و فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانی شامل: کاتالاز و سوپراکسید دیسموتاز اندازه گیری شدند و در ادامه توسط روش تحلیل مولفه های اصلی و خوشه بندی مورد بررسی قرار گرفتند.
    یافته ها
    طبق نتایج تحقیق، اختلاف معنی داری بین ژنوتیپ های مختلف گندم از نظر کاهش عملکرد بیولوژیک و عملکرد دانه در شرایط تنش کم آبی نسبت به تیمار کنترل مشاهده شد. در این شرایط بیش ترین و کم ترین کاهش عملکرد دانه به ترتیب در ژنوتیپ های 3737 (47 درصد) و 4228 (24 درصد) مشاهده شد. همچنین محتوای رنگدانه های فتوسنتزی و محتوای نسبی آب برگ های ژنوتیپ های مورد بررسی در تیمار تنش کم آبی کاهش یافت. در شرایط تنش کم آبی، علی رغم کاهش محتوی کلروفیل a در ژنوتیپ های 4228 و 3729، اختلاف معنی داری با تیمار شاهد نداشتند. بیش ترین تغییرات در این شرایط مربوط به ژنوتیپ 3737 با 25 درصد کاهش نسبت به تیمار شاهد بود. محتوای اسید آمینه پرولین برگ ها به عنوان فاکتوری مهم در شرایط کم آبی، برعکس عملکرد گیاه افزایش یافت. بیش ترین تجمع پرولین برگ ها در شرایط تنش در ژنوتیپ 4228 با 1/9 برابر و کم ترین مقدار آن در ژنوتیپ 3729 با 5/2 برابر نسبت به شرایط آبیاری نرمال گزارش شد. نتایج تجزیه به مولفه های اصلی نشان داد که ژنوتیپ های 4228 و 3729 دارای رابطه منفی و معنی داری با مهرگان و استار بودند. نتایج خوشه بندی سلسله مراتبی بیانگر این بود که ژنوتیپ های 3729 و 4228 در کلاستر 1، ژنوتیپ های 1399، 3737 و سیروان در کلاستر 2 و ژنوتیپ های استار، مهرگان و روشن در کلاستر 3 قرار گرفتند.
    نتیجه گیری
    پاسخ های فیزیولوژیکی ژنوتیپ های گندم نان به تنش کم آبی انتهای فصل رشد متفاوت بود به طوریکه سبب تغییرات متفاوت در رشد و عملکرد گیاهان تحت تنش شد.
    کلیدواژگان: آنزیم های آنتی اکسیدانی، پرولین، تحلیل مولفه های اصلی، رنگدانه های فتوسنتزی
  • مهستی عباسی، رضا محمدی* صفحات 190-208
    استفاده از کشت بافت های گیاهی از جمله کشت جنین یکی از راه های افزایش تنوع ژنتیکی برای تحمل تنش های محیطی از جمله تحمل شوری در گیاهان می باشد. در این بررسی واکنش 20 ژنوتیپ گندم دوروم متنوع شامل لاین های اصلاحی، اکسشن های بومی و دو رقم شاهد زردک و ساجی به القاء تشکیل کالوس و باززایی گیاه از طریق کشت جنین بالغ و مقایسه پاسخ کالوس به شرایط تنش شوری مورد ارزیابی قرار گرفتند. واکنش به شوری کالوس های حاصل از جنین های بالغ در محیط کشت موراشیک و اسکوگ حاوی مقادیر متفاوت کلرور سدیم (صفر، 4، 8، 12، 16 و 20 دسی زیمنس بر متر) به صورت آزمایش فاکتوریل 6 ×20 در قالب طرح کاملا تصادفی با سه تکرار بررسی شد. در مرحله القاء کالوس از جنین بالغ درصد القاء کالوس، سرعت رشد کالوس (میلیمتر قطر در روز)، رشد نسبی کالوس (بر اساس وزن تر)، سرعت رشد نسبی کالوس (بر اساس وزن تر) و در شرایط تنش صفات سرعت رشد کالوس (میلیمتر قطر در روز)، رشد نسبی کالوس (بر اساس وزن تر)، درصد کلروز کالوس و سرعت رشد نسبی کالوس (بر اساس وزن تر) مورد مطالعه قرار گرفتند نتایج تجزیه ضرایب همبستگی صفات مورد بررسی در شرایط القا کالوس نشان داد که صفت درصد القاء کالوس با سرعت رشد کالوس همبستگی مثبت و معنی دار در سطح احتمال 1% دارد. همچنین بین صفت رشد نسبی کالوس با صفت سرعت رشد نسبی کالوس همبستگی مثبت و معنی داری در سطح احتمال 5% مشاهده شد. در شرایط تنش شوری صفت رشد نسبی کالوس با صفات سرعت رشد نسبی کالوس همبستگی مثبت و معنی دار و با درصد کلروز کالوس همبستگی منفی و معنی داری در سطح احتمال 1% نشان داد. نتایج تجزیه خوشه ای بر اساس صفات اندازه گیری شده تحت تنش نشان داد که ژنوتیپ های 65-12-3-3 و 75-5-3-5 به همراه رقم بومی زردک در یک گروه تحت عنوان گروه ژنوتیپ های متحمل به شوری قرار گرفتند. بر اساس نتایج حاصل، رقم زردک و اکسشن های 65-12-3-3 و 75-5-3-5 بدلیل داشتن سرعت رشد نسبی و رشد نسبی کالوس بالا و داشتن درصد کلروزه پایین در محیط شوری به عنوان ژنوتیپ های متحمل به شوری تحت شرایط درون شیشه ای شناسایی شدند. ژنوتیپ 25-25-1-5 دارای بیشترین واکنش به کشت جنین بالغ بود. نتایج بیانگر تنوع قابل توجهی برای توانایی القای کالوس در مواد ژنتیکی تحت شرایط تنش شوری بود که می تواند در برنامه اصلاحی گندم دوروم مورد استفاده قرار گیرد. روش غربالگری آزمایشگاهی برای تحمل به تنش شوری ژنوتیپ های گیاهی می تواند مسیر مناسبی برای توسعه لاین های متحمل به شوری در گندم دوروم فراهم نماید.
    کلیدواژگان: القاء کالوس، تحمل شوری، کشت جنین، گندم دوروم
  • لیلا اکبری*، کیانوش چقامیرزا، عزت الله فرشادفر صفحات 209-220
    مقدمه

    گندم دوروم به عنوان هشتمین محصول مورد کشت در دنیا جهت تولید اسپاگتی و ماکارونی کاربرد زیادی دارد. هم چنین از روش های کشت درون شیشه ای در مطالعات زیادی جهت کوتاه کردن دوره های اصلاحی استفاده زیادی شده است.  جنین نابالغ گندم به عنوان بهترین ریزنمونه در استفاده از ریزنمونه های مختلف گیاه گندم در تولید کالوس شناخته شده است. باززایی گیاه از کالوس نیز یک پدیده مورفوژنتیکی پیچیده است که تحت تاثیر عوامل مختلف داخلی و خارجی قرار می گیرد.

    مواد و روش ها

    به منظور بررسی القای کالوس از جنین نابالغ آزمایش بر اساس طرح پایه کاملا تصادفی در پنج تکرار و با 11 ژنوتیپ گندم دوروم و برای مرحله باززایی از کالوس نیز آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب طرح پایه کاملا تصادفی با دو فاکتور ژنوتیپ (11 سطح) و غلظت های متفاوت هورمون بنزیل آمینوپورین در (سه سطح) در سه تکرار اجرا گردید.

    یافته ها

    تجزیه های آماری صفات درصد القای کالوس، سرعت رشد (CGR) و درصد باززایی کالوس مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج در مرحله کالوس زایی جنین نابالغ نشان داد که بین ژنوتیپ ها از نظر درصد القای کالوس و سرعت رشد اختلاف معنی دار وجود داشت. در باززایی نیز بین ژنوتیپ ها و سطوح مختلف تنظیم کننده های رشد گیاهی از نظر درصد باززایی نیز اختلاف معنی دار مشاهده شد(P≤%1). نتایج مقایسه میانگین نیز نشان داد که برای صفت سرعت رشد کالوس به ترتیب ژنوتیپ های Stj3//Bcr/lks4 و Quadalete//Erp/mol/3/unk/4/Mrb3/Mnal بیشترین سرعت رشد و برای درصد القاء کالوس ژنوتیپ25-25-1-5  بیشترین میزان القاء را نشان دادند. در مرحله باززایی نیز با بررسی سه غلظت متفاوت تنظیم کننده رشد گیاهی بنزیل آمینو پورین و تاثیر آن بر باززایی کالوس، ژنوتیپ های 409 و Stj3//Bcr/lks4 بیشترین و ژنوتیپ 25-25-1-5 کمترین درصد باززایی را نشان دادند. بنابراین بر اساس نتایج به دست آمده ژنوتیپ Stj3//Bcr/lks4 در بین ژنوتیپ های مورد مطالعه به علت دارا بودن میزان کالوس زایی و باززایی بیشتر به عنوان ژنوتیپ برتر در بین ژنوتیپ ها در شرایط کشت درون شیشه ای شناسایی گردید.

    نتیجه گیری

    بنابراین با توجه به در دسترس بودن جنین گندم می توان آن را به عنوان یک منبع موثر در کشت بافت از طریق عوامل غیر وابسته که ممکن است در هسته یا سیتوپلاسم قرار گرفته به حساب آورد. طبق نتایج می توان بیان داشت که موفقیت در کشت بافت تحت تاثیر عوامل مختلفی از قبیل ژنوتیپ، نوع ریز نمونه و غلظت تنظیم کننده های رشد می باشد که از نحوه پاسخ دهی از رقمی به رقم دیگر نیز متفاوت است.

    کلیدواژگان: باززائی، القای کالوس، جنین نابالغ، تنظیم کننده رشد گیاهی، گندم دوروم
  • ناهید نیاری خمسی*، مریم گودرزی صفحات 221-242
    مقدمه

    در صورت وجود مقدار کافی نیتروژن، پتاسیم و فسفر در خاک، گیاهان زراعی دارای رشد رویشی، سطح برگ بیشتر و عملکرد مناسب خواهند بود. با توجه به خشک و نیمه خشک بودن ایران، میزان مواد آلی خاک های آن پایین بوده و در نتیجه دارای سطوح پایین نیتروژن می باشند. اغلب گیاهان در چنین مناظقی دچار کمبود نیتروژن می شوند و به همین دلیل تامین نیتروژن از طریق کودهای شیمیایی و آلی ضروری است. امروزه با توجه به مشکلاتی که به دنبال مصرف بی‎رویه کودهای شیمیایی به وجود آمده، کاربرد کودهای بیولوژیک مورد توجه بیشتری قرار گرفته است. کودهای بیولوژیک به مجموعه مواد نگهدارنده با تعداد زیادی از یک یا چند میکروارگانیسم مفید خاکزی و یا فرآورده‎های متابولیک آن‎ها اطلاق می شود که بیشتر به منظور تامین عناصر غذایی مورد نیاز گیاه و ایجاد شرایط فیزیکی و شیمیایی مناسب خاک برای رشد و نمو گیاه مصرف می شود .کودهای زیستی به صورت مایه تلقیح زنده برای مصرف در خاک و یا مصرف همراه با بذر تولید می شوند.

    مواد و روش ها

    آزمایش بصورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با چهار تکرار به اجرا در آمد. فاکتورهای مورد استفاده شامل: ارقام ذرت در دو سطح (سیمون(Simon) و بی سی (BC))، فاکتور دوم باکتری ازتوباکتر Azotobacter chrocooccum در دو سطح (عدم مصرف باکتری و مصرف باکتری) و فاکتور سوم، کود نیتروژن در دو سطح (عدم مصرف نیتروژن و مصرف نیتروژن) بود. صفات ارتفاع بوته، تعداد بلال در هر بوته و در واحد سطح، تعداد دانه در بلال، قطر بلال، وزن دانه‎های هر بلال، وزن تر، وزن خشک، وزن صد دانه، شاخص برداشت کل، شاخص برداشت بلال و عملکرد دانه در هکتار، شاخص سطح برگ، کلروفیل a و کلروفیل bاندازه گیری شد

    یافته ها

    بر اساس نتایج مقایسه میانگین ها، بیشترین ارتفاع بوته، تعداد بلال در هر بوته و در واحد سطح، تعداد دانه در بلال، قطر بلال، وزن دانه‎ای هر بلال، وزن تر، وزن خشک، وزن صد دانه، شاخص برداشت کل، شاخص برداشت بلال و عملکرد دانه در هکتار، شاخص سطح برگ، کلروفیل a و کلروفیل bدر تیمار مصرف نیتروژن و ازتوباکتر در رقم سیمون به دست آمد و کمترین مقدار مربوط به تیمار شاهد (عدم مصرف نیتروژن، عدم مصرف ازتوباکتر) در رقم Bc بود.

    نتیجه گیری

    کاربرد کود نیتروژن به همراه تلقیح بذر با ازتوباکتر در مقایسه با عدم تلقیح بذر، منجر به افزایش ارتفاع بوته، تعداد دانه در ردیف، قطر بلال، تعداد برگ، شاخص برداشت، شاخص سطح برگ، وزن تر و خشک برگ برگ و نهایتا عملکرد دانه ذرت گردید. به نظر می رسد به کارگیری تلفیقی دو عامل کود زیستی و شیمیایی روشی مناسب در بهبود عملکرد و مصرف کود نیتروژن است. از این رو به منظور افزایش عملکرد دانه، می‏توان پیشنهاد نمود که ازتوباکتر در تلقیح بذر و توام با مصرف بهینه نیتروژن جهت کاهش مصرف کودهای شیمیایی به کار برده شود.

    کلیدواژگان: ازتوباکتر، ذرت، شاخص برداشت، شاخص سطح برگ (LAI)، کلروفیل a و b، کود نیتروژن
  • بابک عبدالهی مندولکانی، حسین عباسی هولاسو*، سالار شعف صفحات 243-268

    آگاهی از تنوع ژنتیکی و درک صفات پیچیده ژنتیکی در گونه های زراعی نقش مهمی در بهره برداری از منابع ژنتیکی داشته و باعث سازگاری، توسعه و گسترش کشت ارقام زراعی به ویژه غلات در مناطق مختلف جغرافیایی می گردد. در این راستا، شناسایی و استفاده از نشانگرهای آگاهی بخش مرتبط با صفات کمی جهت استفاده در برنامه های به نژادی و انتخاب به کمک نشانگر از اهمیت زیادی برخوردار می باشد. یکی از کاربردهای اصلی نشانگرها تهیه نقشه های مولکولی ژنوم و آنالیز پیوستگی جمعیت های نقشه یابی است. در مطالعات پیوستگی و انتخاب ژنومی تعیین میزان و گستره عدم تعادل پیوستگی (LD) در تشخیص تعداد نشانگر مورد نیاز و اندازه نمونه، اهمیت به سزایی دارد. علاوه بر این، گزینش به منظور افزایش فراوانی موتاسیون های جدیدی که فقط در برخی از زیر جمعیت ها سودمند هستند، باعث باقی گذاشتن علایمی در سطح ژنوم می شود. اغلب این مناطق با ژن ها و QTLهای مرتبط با صفات مهم اقتصادی در ارتباط هستند. دسترسی به فناوری های نسل جدید توالی یابی، حجم بالای داده های فنوتیپی و تنوع زیاد ابزارهای آماری موجب شده است که مطالعات مکان یابی ارتباطی مبتنی بر عدم تعادل پیوستگی در گیاهان بتواند موفقیت های فراوانی را در شناسایی مکان های ژنی کنترل کننده صفات کمی به همراه داشته باشد. نقشه یابی ارتباطی مبتنی بر عدم تعادل پیوستگی می تواند وضوح نقشه ژنتیکی را با توجه به ارایه مخزن ژنی گسترده تر و وقایع نوترکیبی افزایش دهد. برخلاف نقشه یابی پیوستگی، روش مکان یابی ارتباطی با بهره گیری از تنوع موجود در جمعیت های طبیعی و لحاظ کردن تمامی وقایعی که در طول تکامل افراد رخ داده است، ارتباط بین تنوع فنوتیپی و چند شکلی موجود در ژنوم را شناسایی می کند و روشی امیدوار کننده برای غلبه بر محدودیت های نقشه یابی پیوستگی است. علی رغم اینکه نقشه یابی ارتباطی از توان آماری بالایی برخوردار است اما کاربرد این روش در جمعیت های دارای ساختار، در گونه های با میزان کم عدم تعادل پیوستگی و در صفاتی که توسط آلل های نادر کنترل می شود، بسیار پیچیده و گاهی ناممکن است. LD پایه و اساس نقشه یابی در سطح ژنوم (GWAS) است، که تحت تاثیر عوامل متعددی از جمله رانش ژنتیکی، ساختار جمعیت و گزینش طبیعی است. از عوامل محدود کننده فوق، ساختار جمعیت به عنوان یکی از عوامل اصلی اعتبارسنجی نتایج GWAS شناخته می شود. بنابراین آگاهی در مورد الگوی عدم تعادل پیوستگی به منظور مطالعات بیشتر GWAS و گزینش ژنومی اهمیت بسزایی دارد. معیار تعیین کننده موفقیت استفاده از مطالعات GWAS و گزینش ژنومی (GS) به مقدار LD بین نشانگرها و جایگاه های ژنومی مسبب صفات کمی در طول کل ژنوم بستگی دارد. با توجه به اهمیت روش عدم تعادل پیوستگی در مطالعات نقشه یابی صفات کمی، در این مقاله سعی شده است تا به عمده ترین ابعاد عدم تعادل پیوستگی، نحوه کاربرد آن در جمعیت، محدودیت های آن و استفاده از آن در به نژادی گیاهی به ویژه غلات پرداخته شود. همچنین، در این مقاله برخی از اطلاعات مربوط به نرم افزارهای آماری مورد استفاده در عدم تعادل پیوستگی ارایه می شود و در نهایت چالش ها و چشم اندازهای استفاده از این رویکرد بحث خواهد شد. 

    کلیدواژگان: غلات، مدل خطی ترکیبی، ساختار جمعیت، ارتباط نشانگر- صفت، مکان یابی ارتباطی
|
  • Hazhir Beheshtizadeh *, Barat Ali Fakheri, Reza Aghnoum, Nafiseh Mahdi Nezhad, Seyyed Saeid Pourdad, Bahram Masoudi, Sara Farokhzadeh Pages 132-152
    Introduction
    Barley (Hordeum vulgare L.) is known as the fourth most important grain crop in the world. Drought stress is also one of the main factors that reduce the growth and yield of barley, and grain yield is directly related to the morphological characteristics of the flag leaf..
    Materials and methods
    In order to identify the main and epistatic genomic regions and investigate their interaction with the environment for morphological traits related to flag leaf, including length, width, area, and flag leaf sheath length, an experiment was conducted with 136 doubled haploid lines of barley along with their parents 'Nure' and 'Tremois' using an alpha lattice design with two replications under normal and drought stress conditions at the Zabol Agricultural Research Station, Iran, in 2015-16 growing season. The genetic map of the target population comprised 543 markers (including DArT, SSR, SNP, and AFLP markers) for the QTL analysis. In this study, single-locus and two-locus QTL analyses were performed using the composite interval mapping (CIM) and mixed-model based composite interval mapping (MCIM) methods, respectively.
    Results
    Based on a single-locus analysis, five QTLs were identified, including three putative QTLs, Q1FLW-1H.SZ, Q1SHFLL-1H.NZ and Q2SHFLL-1H.NZ at bPb-6343-bPb-8081, bPb-1419-bPb-9180, and bPb-9108-bPb-6343 marker intervals, and two suggestive QTLs, on chromosomes 1H and 5H for the traits of flag leaf width (FLW, cm) and flag leaf sheath length (SHFLL, cm). Based on a two-locus analysis, eight additive (M-QTL) QTLs and 15 pairs of epistatic effects (E-QTL) were detected for different traits, among which two pairs of epistatic QTLs for the FLW trait showed significant QTL × environment interactions (AAEI). All detected M-QTLs for flag-leaf-related traits across two environments, without additive × environment interactions (AEI), were identified as stable QTLs, and the highest number of stable QTLs was associated with chromosome 1H. In this study, drought stress-tolerant QTLs were identified in all barley chromosomes except chromosome 2H.
    Conclusion
    Most of the QTLs associated with the investigated traits in the Nure/Tremois population in the present study have not been reported previously and, therefore, are novel. The stable and putative QTLs controlling flag-leaf-related traits in this study, along with the markers linked to these QTLs, can be utilized in marker-assisted selection (MAS) and gene pyramiding breeding programs after confirmation and validation in different environmental conditions and genetic backgrounds to create high-yielding and drought-tolerant barley cultivars. Additionally, these findings will accelerate the understanding of the genetic relationships among spike-related traits at the molecular level.
    Keywords: Additive QTL, Barley, Drought tolerance, epistatic effects, QTL × environment interaction
  • Mahmood Hadidi, Mokhtar Ghobadi *, Mohsen Saeidi, Mohammad Eghbal Ghobadi Pages 153-169
    Introduction
    Wheat ranks first among crops regarding cultivated area and production worldwide and in Iran. Drought stress is the most common abiotic stress that decreases the grain yield of crops. Physiologic characteristics with some traits related to grain yield and its components are used as indices to evaluate wheat cultivars under drought stress conditions. This experiment aimed to study the grain yield components and some physiologic characteristics of the flag leaf and their relationship with grain yield in commercial wheat varieties under post-anthesis drought stress conditions.
    Materials and methods
    This experiment was conducted at Razi University. The experiment was arranged as a split plot basis on a randomized complete block design with three replications. Two moisture treatments (no stress and post-anthesis drought stress) were placed in the main plots and 14 wheat cultivars were considered in the sub-plots. Traits related to grain yield (including biologic, grain and straw yields and harvest index), grain yield components (including number of spikes per square meter, number of grains per spike and 1000-grains weight) and some physiologic characteristics of flag leaf (including flag leaf area, chlorophyll a, chlorophyll b, total chlorophyll, chlorophyll a/b ratio and proline content) were measured.
    Results
    The effect of drought stress on biological yield, grain yield, harvest index, number of grains per spike, 1000-grain weight, flag leaf area, chlorophyll a/b ratio and flag leaf proline content was significant, but on straw yield, number of spikes per square meter, chlorophyll a, chlorophyll b, and total chlorophyll was not significant. Wheat cultivars significantly differed in the mentioned characteristics (except for chlorophyll a, chlorophyll b and total chlorophyll). The damage of post-anthesis drought stress on the grain yield reduction was more than straw yield (41 vs. 9% reduction). Among the grain yield components, 1000-grain weight had greater damage than the number of grains per spike (35 vs. 11% reduction) in response to drought stress. Drought stress decreased the amount of chlorophyll but increased the chlorophyll a/b ratio and proline content of the flag leaf. Correlation analysis showed that under normal moisture conditions, harvest index and chlorophyll content in flag leaf had the highest positive correlation with grain yield. While, under post-anthesis drought stress conditions, the highest positive correlation belonged to the proline content of flag leaf and 1000-grain weight.
    Conclusion
    Some physiologic characteristics of flag leaf (such as proline) with grain yield components (such as 1000-grain weight) could be used to evaluate wheat cultivars under post-anthesis drought stress conditions.Keywords: 1000-grain weight, flag leaf area, harvest index, proline.
    Keywords: 1000-grain weight, flag leaf area, Harvest index, proline
  • Leila Nasirzadeh, Behzad Sorkhilaleloo *, Eslam M Eslam Majidi Haravan, Foad Fatehi Pages 170-189
    Introduction
    Wheat is a strategic product in the world's food security, as it occupies one-sixth of the world's cultivated area. It is the main food crop in Iran, and at the same time, most of the cultivated areas of this crop face environmental stresses such as drought, which leads to a decrease in its yield. Drought stress causes a wide range of plant reactions, including growth and yield changes. Therefore, to achieve maximum adaptability and yield in drought conditions, the present experiment was conducted in Karaj's climatic conditions on eight important wheat genotypes (obtained from the National Plant Gene Bank of Iran).
    Materials and methods
    The experiment was conducted as a split-plot design based on randomized complete block design (RCBD) with three replicates during the 2016-2017 cropping season in Karaj. The main factor was the irrigation regime at two levels, including control (irrigation based on the water requirement of the plant during the growth period until physiological maturity) and water deficit stress (interruption of irrigation from the beginning of spike appearance until physiological maturity) in the main plots and eight different bread wheat genotypes (Star, Sirvan, Roshan, Mehrgan, 2019, 3737, 3729, and 4228) in the sub-plots. Seed yield and physiological traits, including leaf relative water content, leaf photosynthetic pigment content, leaf proline content, and the activity of antioxidant enzymes (catalase and superoxide dismutase) were measured at the end of grain filling stage; then, data analyzed using principal component analysis and cluster analysis.
    Results
    According to the results, a significant difference was observed between different genotypes of wheat in terms of reduced biological yield and grain yield under water deficit stress compared to the control treatment. In these conditions, the highest and lowest decrease in grain yield was observed in genotypes 3737 (47%) and 4228 (24%), respectively. Also, the content of photosynthetic pigments and the relative water content of the studied genotypes decreased under water deficit condition. Despite the decrease in "chlorophyll a" content in genotypes 4228 and 3729, there was no significant difference with the control treatment under water deficit conditions. The most changes in these conditions were related to Genotype 3737, with a 25% decrease compared to the control treatment. Contrary to plant performance, leaf proline content increased as an important factor in water deficit conditions. The highest accumulation of proline in leaves was observed in Genotype 4228 at 9.1 times under water deficit conditions and the lowest amount in Genotype 3729 at 2.5 times compared to normal irrigation conditions. The results of principal component analysis (PCA) showed that Genotypes 4228 and 3729 had a negative and significant relationship with Mehregan and Star. The results of agglomerative hierarchical clustering (AHC) demonstrated that Genotypes 3729 and 4228 were placed in Cluster 1, genotypes 1399, 3737 and Sirvan were grouped together in Cluster 2, and Genotypes Star, Mehrgan and Roshan were located in Cluster 3.
    Conclusion
    Physiological responses of bread wheat genotypes to water deficit stress at the end of the growing season were different, which caused different alternations in the growth and yield of plants under water deficit conditions.
    Keywords: Antioxidant enzymes, Photosynthetic pigments, Principal component analysis, proline
  • Mahasti Abbasi, Reza Mohammadi * Pages 190-208
    Introduction
    Using plant tissue culture, including embryo culture, is one of the ways to increase genetic diversity to withstand environmental stresses, including salinity tolerance in plants.
    Materials and methods
    In this study, the reaction of 20 different durum wheat (Triticum turgidum var. durum Desf.) genotypes, including improved lines, native accessions, and two control cultivars, Zardak and Saji, were evaluated to the induction of callus formation and plant regeneration through mature embryo culture and comparison of callus response to salt stress condition. Murashige and Skoog (MS) medium was used for the mature embryo culture of durum wheat. For assessment of genotypes to salt stress, growing morphogenic calli were exposed to different concentrations of NaCl (0, 4, 8, 12, 16 and 20 dSm-1) added to the culture medium. The response of genotypes to in vitro NaCl stress was analyzed as a 20 × 6 factorial experiment based on a completely randomized design with three replications. Comparison of genotypes for callus induction from mature embryos was based on callus induction frequency, relative fresh weight growth of callus (RFWG), relative growth rate (RGR) and callus growth rate. The relative fresh weight growth of callus (RFWG), relative growth rate (RGR), callus growth rate and necrosis percent of callus were used for salt stress.
    Results
    The analysis of the correlation coefficients of the investigated traits in the conditions of callus induction showed that the callus induction percentage has a positive and significant correlation (P<0.01) with the callus growth rate. A positive and significant correlation (P<0.05) was also observed between the relative callus growth and the relative callus growth rate. Under salinity stress, relative callus growth showed a positive and significant correlation (P<0.01) with callus relative growth rate and a negative and significant correlation with callus chlorosis percentage. The results cluster analysis showed that genotypes 65-12-3-3, 75-5-3-5 and Zardak were classified in the same group of tolerant salt stress genotypes. Based on the results, Zardak variety and accessions 65-12-3-3 and 75-5-3-5 due to high relative growth rate and relative growth of callus and low chlorosis percentage in the saline environment were identified as tolerant genotypes to salinity under in vitro conditions. Genotype 25-25-1-5 had the highest response to adult embryo culture. The results showed a significant variation in the ability to callus induction in the genetic material under salinity stress conditions, which can be used in the durum wheat breeding program. It could be suggested to evaluate genotypes in field conditions and study the relationships between traits in vitro and in vivo.
    Conclusion
    Selected cells and plants provide a tool to determine the mechanisms involved in salt stress tolerance. The laboratory screening method for tolerance to salinity stress of plant genotypes can provide a suitable path for developing salinity-tolerant lines in durum wheat.
    Keywords: Callus induction, Durum wheat, embryo culture, salinity tolerance
  • Leila Akbari *, Kianoosh Cheghamirza, Ezzatolah Farshadfar Pages 209-220
    Introduction

    Durum wheat is known as the eighth agricultural product in the world and is used for spaghetti and pasta. In many studies, in vitro cultivation methods have been used a lot to shorten breeding periods. The use of different explants in the production of wheat embryo callus is known as the best explant in the production of callus. Plant regeneration from callus is also a complex morphogenetic phenomenon that can be affected by various internal and external factors.

    Materials and methods

    An experiment was conducted to study callus induction and regeneration of immature embryos with 11 genotypes of durum wheat. In the callus induction stage, two characteristics, callus induction, and callus growth rate based on the completely randomized design with five replications were measured. Callus derived from an immature embryo was conducted in MS medium containing BAP (0.5, 1 and 1.5 g/l) using an 11*3 factorial experiment based on the completely randomized design with three replications.

    Results

    Statistical analysis results in the callus induction stage showed a significant difference in the percentage of callus induction and callus growth rate among genotypes. Mean comparison results indicated that in the callus growth rate of genotypes, respectively Stj3//Bcr/lks4 and Quadalete//Erp/mol/3/unk/4/Mrb3/Mnal, had the fastest growth rate and at percentage callus induction genotype 25-25-1-5 showed the highest induction. In the regeneration phase with different concentrations of BAP growth regulator, genotypes 409 and Stj3//Bcr/lks4 showed the highest regeneration. Therefore, based on the results obtained in this study, Genotype Stj3//Bcr/lks4 was introduced as the best genotype among others due to giving the highest callus induction and regeneration.

    Conclusion

    Therefore, according to the availability of wheat embryos, it can be considered a suitable source in tissue culture through independent factors, which are located in the nucleus or cytoplasm. According to the results, it could be stated that the success in tissue culture is influenced by various factors such as genotype, type of micro sample, and concentration of growth regulators, which differs from one cultivar to another.

    Keywords: regeneration, Callus induction, Immature embryo, Durum wheat, Growth Regulator
  • Nahid Niari Khamssi *, Maryam Godarzi Pages 221-242
    Introduction

    If there is enough nitrogen, potassium and phosphorus in the soil, the crops will have vegetative growth, more leaf area and proper performance. Due to the arid and semi-arid nature of Iran, the amount of organic matter in the soils is low and as a result, they have low nitrogen levels. Most plants suffer from nitrogen deficiency in the conditions, so it is necessary to provide nitrogen through chemical and organic fertilizers. Nowadays, due to the problems caused by the excessive use of chemical fertilizers, biological fertilizers have attracted more attention. Biological fertilizers are defined as a set of preservatives with a large number of one or more beneficial soil micro-organisms or their metabolic products, which are mostly consumed to provide the nutrients required by the plant and create suitable physical and chemical conditions for the growth of the plant. Bio-fertilizers are produced in the form of live inoculum for use in the soil or use with seeds.

    Materials and methods

    The experiment was carried out as a factorial design based on a randomized complete block design with four replications. The factors used included: corn cultivars in two levels (Simon and BC), the second factor was Azotobacter chrocooccum bacteria in two levels (use of bacteria and no bacteria) and the third factor nitrogen fertilizer in two levels (use of nitrogen and no nitrogen). The attributes of plant height, number of ears per plant and per unit area, number of seeds per ear, ear diameter, weight of seeds per ear, fresh weight, dry weight, hundred seed weight, total harvest index, ear harvest index, seed yield per hectare, leaf area index, chlorophyll a, and chlorophyll b were measured.

    Results

    Based on the results of mean comparisons, the highest plant height, the number of ears per plant and per unit area, the number of seeds per ear, ear diameter, weight of seeds per ear, fresh weight, dry weight, weight of 100 seeds, total harvest index, seed yield per hectare, leaf area index, chlorophyll a, chlorophyll b were obtained in the treatment of nitrogen and azotobacter in the Simon cultivar, and the lowest amounts were recorded in the control treatment (no nitrogen and no azotobacter) in the B.C. cultivar.

    Conclusion

    The use of nitrogen fertilizer along with seed inoculation with azotobacter in comparison with no seed inoculation leads to an increase in plant height, number of seeds in a row, ear diameter, number of leaves, harvest index, leaf area index, fresh and dry weight of leaves and finally grain yield. Combining biological and chemical fertilizers seems to be a suitable method for improving the performance and consumption of nitrogen fertilizers. Therefore, to increase grain yield, it could be suggested that azotobacter be used in seed inoculation and optimal use of nitrogen to reduce the consumption of chemical fertilizers.

    Keywords: Azotobacter, Harvest Index, leaf area index (LAI), Chlorophyll a, b, Nitrogen Fertilizer Mays
  • Babak Abdollahi Mandolakani, Hossein Abbasi Holasou, Salar Shaaf Pages 243-268

    Knowledge of genetic diversity and understanding the genetic architecture of complex traits in crop species can play a key role in exploiting genetic diversity and lead to crop cultivation's adaptation, development and expansion in different geographical environments. In this regard, identifying and utilizing informative markers related to quantitative traits is a prerequisite for application in breeding programs and marker-assisted selection (MAS). One of the major uses of these markers is the construction of genome-wide molecular maps and genetic analysis. In genome-wide association study (GWAS) and genomic selection (GS), determining of extent and level of linkage disequilibrium (LD) is critical in sample size and marker density. Moreover, selection for increasing frequency in new mutations advantageous only in a subset of populations leaves some signatures in the genome. Locations of selection signatures are often correlated with genes and QTLs affecting economically important traits. Access to next-generation sequencing technologies, high phenotypic data and a variety of sophisticated statistical tools have enabled LD-based association mapping studies in plants to identify gene loci controlling quantitative traits successfully. Alternatively, the LD-based association mapping (AM) approach can enhance the genetic map resolution to a greater extent due to the representation of a more comprehensive gene pool and more recombination events in history. Association mapping has emerged as a tool to resolve complex trait variation down to the sequence level by exploiting evolutionary recombination events at the population level. Genetic diversity, LD extent in genome and intra-population relationship, determine quality of mapping, marker diversity, statistical methods and power of mapping. LD in population is the foundation of GWAS, whereas it is always affected by genetic drift, population stratification and natural selection. Of the above threats, population stratification is recognized as a major one to the validity of GWAS results. Therefore, knowledge concerning the pattern of LD is essential for performing GWAS and GS. As one of the most important measures in population genetics, LD is the basis of effective population size estimation, genomic selection, GWAS study and QTL mapping. Due to the importance of LD method in mapping studies of the quantitative traits, in this review, we will present LD, its application in population, current status, limitations, and its use in plant breeding, especially in cereals. Finally, this study provides some information about commonly used statistical software and packages in the calculation of LD, and the challenges and perspectives of this approach have been discussed in this study as well.

    Keywords: Cereal, Mixed Linear Model, Population Structure, Marker-Trait Association, Association mapping