ارزیابی برهمکنش ژنوتیپ × محیط (تاریخ کاشت) و پایداری ژنوتیپ‎ های کنجد با مدل‌ اثرهای‌ مختلط خطی (lmm) و شاخص پایداری چندصفتی (mtsi)

مقدمه و هدف: شناسایی ارقام و ژنوتیپ‎هایی با عملکرد بالا و سازگاری به دامنه گسترده‎ای از محیط‎ها (تاریخ کاشت‎ها) یکی از هدف‎های عمده در برنامه‎های به ‎نژادی گیاهان زراعی است. ترکیب دو روش ارزیابی پایداری بهترین پیش‎بینی نااریب خطی (blup) و اثرات اصلی جمع ‎پذیر و برهمکنش‎های ضرب پذیر (ammi) در آزمایش‎های چندمحیطی و گزینش پایداری چندصفتی (mtsi) به ارزیابی بهتر ارقام و ژنوتیپ‎های گیاهی و دستیابی به نتایج دقیق‎تر کمک می ‎کند. مدل‎های اثرات اصلی جمع‎ پذیر و برهمکنش ضرب‎ پذیر (ammi) و بهترین پیش‎ بینی نااریب خطی (blup)، از جمله روش‎های چند متغیره کاربردی در ارزیابی آزمایش‎های چندمحیطی هستند. هدف از پژوهش حاضر، شناسایی ارقام و ژنوتیپ ‎های کنجد با عملکرد بالا، پایدار از نظر عملکرد دانه و مطلوب از نظر سایر صفات با بهره‎ گیری از شاخص‎های مدل اثرهای مختلط خطی (lmm) و شاخص پایداری چندصفتی (mtsi) است.مواد و روش‎ها: به‎ منظور تعیین مناسب‎ترین تاریخ کاشت و ژنوتیپ پایدار در ارقام و ژنوتیپ‎های کنجد با استفاده از مدل‌ اثرهای‌ مختلط خطی (lmm) و شاخص پایداری چندصفتی (mtsi) و ارزیابی برهمکنش ژنوتیپ × تاریخ کاشت بر عملکرد دانه و تعیین پایداری عملکرد دانه چهار ژنوتیپ و رقم کنجد با استفاده از مدل‎های ammi و blup، این آزمایش طی دو سال زراعی (400-1398) در ایستگاه تحقیقات کشاورزی بروجرد اجرا شد. این آزمایش به‎ صورت فاکتوریل دو عاملی در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار انجام شد. عامل‌های آزمایش شامل چهار تاریخ کاشت (23 خرداد ،11 تیر ،30 تیر و 24 مرداد)، و چهار ژنوتیپ (داراب1، اولتان، هلیل و jl16) بودند. هر محیط ترکیبی از سال و تاریخ کاشت بود. برای اندازه‌گیری ارتفاع بوته، تعداد کپسول در بوته و تعداد دانه در هر کپسول، از ده بوته در هر کرت استفاده شد که پس از رسیدگی فیزیولوژیک، از هر کرت انتخاب شده بودند. میانگین داده‌های ده بوته در تجزیه واریانس داده‌ها استفاده شد. برای تجزیه‎های آماری، بسته تجزیه آزمایش‎های چندمحیطی با نام metan ver.1.9.0، در محیط نرم ‎افزار r به‎ کار گرفته شد. یکنواختی خطاهای آزمایشی در محیط‎ ها با روش بارتلت آزموده شد و سپس تجزیه واریانس مرکب داده‎ها با فرض ثابت بودن اثر ژنوتیپ و تصادفی بودن اثر سال و تاریخ کاشت با روش حداکثر درست‎ نمایی محدودشده (reml) انجام شد. معنی‎ داری اثرهای تصادفی با آزمون نسبت درست‎ نمایی (lrt) و اثرهای ثابت با روش کمترین مربعات آزموده شد. برای برآورد کمیت‎های پایداری، تجزیه مقادیر منفرد (svd) بر روی ماتریس بهترین پیش‎ بینی‎ های نااریب خطی (blup‎ها) به ‎دست آمده از برهمکنش ‎های ژنوتیپ × محیط با یک مدل اثر مختلط خطی (lmm) به‎ کار برده شد. اجزای واریانس با روش حداکثر درست ‎نمایی محدودشده (reml) برآورد شدند. پس از تجزیه واریانس داده ‎ها، برای برآورد پارامترهای پایداری waasb و waasby (برای انتخاب همزمان بر اساس میانگین عملکرد و پایداری) ریشه‎های مشخصه حاصل از تجزیه ammi بر روی blup، به ‎کار برده شدند و بهترین ژنوتیپ ‎ها با این دو شاخص گزینش شدند. شاخص پایداری چندصفتی (mtsi) نیز برآورد شد. از شاخص میانگین هارمونیک ارزش ‎های ژنوتیپی (hmgv)، مقادیر پایداری ژنوتیپی به ‎دست آمد. سازگاری ژنوتیپ ‎ها بر پایه شاخص عملکرد نسبی ارزش‎های ژنوتیپی (rpgv) ارزیابی شد و شاخص میانگین هامونیک و عملکرد نسبی ارزش ژنوتیپی (hmrpgv) برای ارزیابی همزمان پایداری، سازگاری و عملکرد دانه استفاده شد.یافته‎ها: اثرات محیط (تاریخ کاشت)، ژنوتیپ و برهمکنش ژنوتیپ در محیط بر صفات عملکرد زیست ‎توده، تعداد دانه در کپسول و درصد روغن معنی‎ دار بودند. بر پایه تجزیه بای‎ پلات، رقم اولتان علاوه بر داشتن بیشترین عملکرد دانه، از پایداری عملکرد بیشتری هم برخوردار بود. بر پایه مقادیر متفاوت برای عملکرد دانه و شاخص پایداری میانگین وزنی نمرات مطلق بهترین پیش‎ بینی نااریب خطی (waasb)، ارقام داراب 1 و اولتان پرمحصول و پایدار بودند و ژنوتیپ ‎های برتر از نظر شاخص گزینش چندصفتی (mtsi)، ژنوتیپ jl16 و رقم اولتان بودند. شاخص میانگین هارمونیک و عملکرد نسبی ارزش ژنوتیپی (hmrpgv)، ارقام داراب 1 و اولتان را به ‎عنوان ارقامی معرفی کرد که علاوه بر عملکرد دانه، از پایداری و سازگاری بالایی نیز برخوردار بودند. نتیجه‎گیری: نتایج نشان دادند که برهمکنش ژنوتیپ در محیط (تاریخ کاشت) بر عملکرد دانه، ارتفاع بوته، عملکرد زیست‎توده، تعداد کپسول در بوته، تعداد دانه در کپسول، درصد روغن و عملکرد روغن معنی ‎دار بود. بر اساس نمودار گرمائی، رقم اولتان را می ‎توان پایدار در نظر گرفت. بر اساس شاخص گزینش چندصفتی (mtsi)، ژنوتیپ‎ jl16 و رقم اولتان نیز به‎ عنوان ژنوتیپ‎ های برتر انتخاب شدند. 

evaluation of the genotype × environment (planting date) interaction and stability of sesame genotypes by linear mixed-effects models (lmm) and the multi-trait stability index (mtsi)

extended abstractbackground: the identification of high- yield cultivars and genotypes with adaptation to a wide range of environments (planting date) is one of the major goals in crop breeding programs. combining the best linear unbiased predictions (blup) and additive main effects and multiplicative interaction (ammi) methods in multi-environment experiments and multi-trait stability selection (mtsi) helps to better evaluate cultivars and plant genotypes and achieve more accurate results. the present study aims to identify high-yielding cultivars and genotypes that are stable in terms of grain yield and desirable in terms of other traits using the linear mixed effects model (lmm) and multi-trait stability index (mtsi) indices.methods: to determine the most appropriate planting date and stable genotype in sesame cultivars and genotypes using the lmm and mtsi, evaluate the genotype × planting date interaction on grain yield, and determine the grain yield stability of four sesame genotypes and cultivars using the ammi and blup models, this experiment was conducted at the borujerd agricultural research station during two years (2019-2020). this experiment was conducted as a two-factorial in a randomized complete block design with three replications. the experimental factors included four planting dates (june 13, july 11, july 30, and august 15), and four genotypes (darab1, oltan, halil, and jl16). each environment was a combination of the year and planting date. ten plants per plot were used to measure plant height, the number of capsules per plant, and the number of seeds per capsule, which were selected from each plot after physiological maturity. the mean of the ten plant data was used in the analysis of variance of the data. for statistical analyses, the multi-environmental experiments analysis package, called metan ver.1.9.0, was used in the r software environment. the uniformity of experimental errors across environments was tested using the bartlett method, and then the combined analysis of variance of the data was performed using the restricted maximum likelihood (reml) method, assuming a fixed genotype effect and a random year and location effect. the significance of random effects was tested by the likelihood ratio test (lrt) and fixed effects by the least squares method. to estimate stability quantities, singular value decomposition (svd) was applied to the matrix of best linear unbiased predictions (blups) obtained from genotype-by-environment interactions with an lmm. variance components were estimated using the reml method. after analysis of variance for the data, the characteristic roots obtained from the ammi analysis on blup were used to estimate the stability parameters waasb and waasby (for simultaneous selection based on average yield and stability), and the best genotypes were selected with these two indices. the mtsi was estimated as well. genotypic stability values were obtained from the harmonic mean index of genotypic values (hmgv). genotypic compatibility was assessed based on the relative yield index of genotypic values (rpgv), and the harmonic mean index and relative yield of genotypic values (hmrpgv) were used to simultaneously assess stability, compatibility, and grain yield.results: the effects of the environment (planting date), genotype, and genotype-environment interaction were significant on biomass yield, the number of seeds per capsule, and oil percentage. based on the biplot analysis, genotype 2, in addition to having the highest grain yield, gsined greater yield stability. based on different values for the grain yield and stability index, waasb scores, cultivars darab 1 and ultan were high-yielding and stable, and the superior cultivars in terms of the mtsi were genotype jl16 and the ultan cultivar. the hmrpgv index identified darab1 and ultan as cultivars that, in addition to grain yield, showed high stability and adaptability.conclusion: the results showed that the genotype by environment (planting date) interaction was significant on seed yield, plant height, biomass yield, the number of capsules per plant, the number of seeds per capsule, oil percentage, and oil yield. based on the heat map, the ultan cultivar can be considered stable. based on the mtsi, the jl16 genotype and ultan cultivar were selected as superior genotypes.