مطالعه ساختار جمعیت ژنوتیپ های گندم بهاره و تجزیه ارتباط نشانگر- صفت تحت شرایط کم آبی

مقدمه و هدف: تنش کم‌آبی یک تهدید جدی برای امنیت غذایی در سراسر جهان است. نقشه یابی ارتباطی روش مناسبی جهت شناسایی جایگاه صفات کمی بر اساس عدم تعادل پیوستگی است که در تشریح نحوه توارث صفات پیچیده ژنتیکی کارآیی بالایی دارد. هدف از این مطالعه ارزیابی ساختار جمعیت و تجزیه ارتباط نشانگرهای snp با صفات مورفولوژیکی ژنوتیپ های گندم بهاره در شرایط تنش کم‌آبی بود. مواد و روش ها: در این پژوهش نقشه یابی ارتباطی در سطح ژنوم برای 111 ژنوتیپ گندم بهاره انجام شد. ارزیابی فنوتایپینگ در قالب طرح لاتیس ساده با دو تکرار در سال زراعی 1400-1399 در ایستگاه تحقیقات کشاورزی دیم گچساران تحت دو شرایط عدم تنش و تنش کم آبی صورت گرفت. ژنوتایپینگ نمونه ها با استفاده از نشانگرهای snp (15 k snp array) در شرکت traitgenetic در کشور آلمان صورت گرفت. هر ژنوتیپ با استفاده از 15 هزار نشانگر snp مورد ارزیابی قرار گرفت. داده های snp به دست آمده از نظر شاخص هایmaf و داده های از دست رفته (missing data >10%) فیلتر شدند. از هر یک از 21 جفت کروموزوم‎ همولوگ گندم نان، هفت نشانگر snp فاقد داده گم‌شده و با توزیع مناسب انتخاب (147 نشانگر در مجموع) شد. حصول ماتریس q و تعیین تعداد گروه‌ها (k) با استفاده از نرم‌افزار structure 2.3 صورت گرفت. صفات مورد مطالعه سطح برگ پرچم، تعداد گره، طول اولین میان گره، تعداد پنجه در بوته، تعداد پنجه بارور در بوته، تعداد پنجه نابارور در بوته و وزن سنبله اندازه گیری شد. برای نقشه یابی ارتباطی در سطح ژنوم با استفاده از نرم افزار tassel 5.0 و روش مدل خطی عمومی (glm) همراه با ماتریس q و تجزیه به مولفه‌های اصلی با توجیه بیش از 80 درصد (pca) با 52 مولفه استفاده گردید. یافته ها: نتایج تجزیه واریانس نشان داد که از نظر کلیه صفات مورد مطالعه تنوع ژنتیکی قابل قبولی وجود داشت و همچنین واکنش ژنوتیپ ها در مواجهه با تنش کم آبی متفاوت بود. در شرایط عدم تنش آبی کروموزوم 2a با 39 عدد بیشترین ارتباط معنی دار و کروموزوم 5a با چهار عدد کمترین ارتباط نشانگر با صفت را به خود اختصاص دادند. در شرایط تنش کم‌آبی ژنوم های سه گانه گندم نان (a، b و d) به ترتیب هر یک 53، 36 و 11 درصد فراوانی ارتباط نشانگر با صفت را به خود اختصاص دادند. ژنوم هایa و d گندم نان در شرایط تنش کم  آبی نسبت به شرایط عدم تنش نقش بارزتری را برای صفات مورد بررسی به خود اختصاص دادند. در مجموع در شرایط عدم تنش و تنش کم آبی به‌ترتیب 180 و 111 ارتباط نشانگر با صفت (mta) شناسایی شد. در شرایط تنش کم آبی تعداد ارتباط با نشانگر برای صفات سطح برگ پرچم، طول اولین میان گره، تعداد پنجه در بوته و وزن سنبله به ترتیب 17، 24، 10 و 19 بود. در شرایط تنش کم آبی فراوانی ارتباط معنی دار نشانگر بیشتری نسبت به شرایط عدم تنش آبی برای صفات طول اولین میان گره و تعداد پنجه بارور در بوته مشاهده گردید. ژنوم های سه گانه گندم نان از نظر تعداد ارتباط نشانگر با صفت (mta) شناسایی شده، سهم نابرابری را برای صفات مورد مطالعه نشان دادند.همچنین ژنوم a با برخورداری از 74 درصد از ارتباطات معنی‌دار نشانگر با صفت وزن سنبله، سهم بسزایی در عملکرد دانه تحت شرایط تنش کم‌آبی داشت. نتیجه گیری: در نهایت mtaهای شناسایی شده در مطالعه حاضر می تواند در توسعه برنامه های به نژادی گندم در شرایط تنش کم‌آبی به ویژه هرمی ساختن ژن‌ها و یا انتخاب به کمک نشانگر مورد استفاده قرار بگیرند.

studying the population structure of spring wheat genotypes and analysis of marker-trait association under water deficit conditions

extended abstractintroduction and objective: water deficit stress is a serious threat to food security worldwide. association mapping is a suitable method to identify the location of quantitative traits based on linkage disequilibrium, which is highly effective in describing complex genetic traits. this study aimed to evaluate the population structure and the snp markers association morphological traits of spring wheat genotypes under water deficit stress conditions.material and methods: in this research, genome-wide association mapping was done for 111 spring wheat genotypes. phenotyping evaluation was done in the form of a simple lattice design with two replications in the agricultural year 2020-2021 under non stress and water deficit stress conditions in the experimental field of gachsaran rain-fed agricultural research station in iran. genotyping of the samples was done using snp markers (15 k snp array) in trait-genetic company in germany. each genotype was evaluated using 15 thousand snp markers. the obtained snp data were filtered in terms of maf indices (minor allele frequency) and missing data (missing data >10%). from each of the 21 pairs of bread wheat homologous chromosomes, seven snp markers with no missing data and with suitable distribution were selected (147 markers in total) to determine the structure of the studied population (q matrix) using structure 2.3 software and the number of groups (k) was identified. the studied traits were flag leaf area, number of nodes, first internode length, number of tiller per plant, number of fertile tillers per plant, number of infertile tiller per plant, and spike weight. genome-wide association mapping using tassel 5.0 software and the general linear model (glm) method with q matrix and decomposition into principal components with more than 80% justification (pca) with 52 components was used.results: the results of the analysis of variance showed that there was an acceptable genetic variation in terms of all studied traits and also the reaction of genotypes was different in facing water deficit stress. in the water deficit stress condition, chromosome 2a had the maximum significant correlation with 39 and chromosome 5a had the minimum association marker with the trait with four. in the of water stress conditions, three bread wheat genomes (a, b, and d) accounted for 53, 36, and 11% of the frequency of marker-trait association, respectively. a and d genomes of bread wheat under water deficit stress conditions ratio to non-stress conditions assigned a more prominent role for the examined traits. in total in the non-stress and water deficit stress condition 180 and 111 marker trait association (mta) were identified respectively. in the water deficit stress conditions, the number of correlations with markers for flag leaf area, first internode length, tiller of number per plant, and spike weight were 17, 24, 10 and 19, respectively. in the water deficit stress condition, the frequency of significant marker association more significant than in non-stress condition for traits of first internode and fertile tiller of number per plant. three bread wheat genomes showed an unequal contribution for the studied traits in terms of the number of identified marker-trait associations (mta). also, genome a had a significant contribution to grain yield under water stress conditions with 74% of significant correlations between the marker and the spike weight trait.conclusion: finally, the mtas identified in the present study can be used in the development of wheat breeding programs under water deficit conditions especially gene pyramiding or marker-assisted selection.