ارزیابی تنوع ژنتیکی لاین های ذرت دانه ای با استفاده از نشانگرهای ریزماهواره

مقدمه: ذرت یکی از مهم ترین منابع تآمین انرژی در تغذیه طیور، دام و همچنین انسان و ماده خام تولیدات صنعتی و غذایی است. این گیاه زراعی ارزشمند از نظر تولید جهانی بعد از گندم و برنج در رتبه سوم دنیا قرار دارد. از آن جایی که آگاهی از میزان تنوع ژنتیکی در مجموعه ژرم پلاسم و تعیین روابط ژنتیکی بین مواد اصلاحی، اولین و اصلی ترین مرحله در پژوهش های به نژادی است، از این رو شناسایی لاین های با پتانسیل ژنتیکی مناسب و تنوع بالا یکی از اهداف به نژادگران گیاهی جهت تهیه و معرفی ارقام جدید می باشد. هدف از این پژوهش، بررسی میزان تنوع ژنتیکی 18 لاین اینبرد ذرت با استفاده از نشانگرهای ریزماهواره (ssr)، ارزیابی کارآیی نشانگرها و معرفی مناسب ترین آنها در تعیین تنوع ژنتیکی لاین های ذرت بود.مواد و روش ها: مواد گیاهی این تحقیق شامل 18 لاین اینبرد ذرت تهیه شده از مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی استان خراسان رضوی بود. استخراج dna به روش ctab از نمونه های برگی تازه و جوان پس از رسیدن گیاهچه ها به مرحله سه برگی انجام شد. واکنش زنجیره ای پلیمراز (pcr) در حجم نهایی 10 میکرولیتر انجام و جهت مشاهده قطعات تکثیرشده، از الکتروفورز افقی روی ژل های آگارز سه درصد و نیز از الکتروفورز عمودی روی ژل های پلی آکریل آمید شش درصد استفاده شد. برای تجزیه و تحلیل داده ها، ابتدا قطعات تکثیرشده (نوارها) روی ژل ها، ارزش گذاری و کمی شدند، به این ترتیب که اعداد یک و صفر به ترتیب برای وجود و عدم وجود هر نوار در هر یک از لاین های ذرت در نظر گرفته شد. سپس جهت ارزیابی تنوع ژنتیکی، شاخص های مختلف تنوع از جمله تعداد آلل موثر، محتوای اطلاعات چندشکلی و تنوع ژنی نئی با استفاده از نرم افزار popgen برآورد و مناسب ترین نشانگرها معرفی شدند. برای گروه بندی لاین های ذرت مورد مطالعه نیز تجزیه خوشه ای و تجزیه به مختصات اصلی انجام و نمودارهای مربوطه با استفاده از نرم افزار2.0  ntsyspc رسم شدند.یافته های تحقیق: ارزیابی تنوع ژنتیکی لاین های ذرت بر اساس نشانگرهای ریزماهواره نشان داد که 20 نشانگر ریزماهواره استفاده شده در این پژوهش در مجموع 81 مکان قابل امتیازدهی تولید کردند که اندازه آنها در محدوده 200-65 جفت باز متغییر بود. متوسط تعداد آلل موثر، محتوای اطلاعات چندشکلی و تنوع ژنی نئی به ترتیب 2.05، 0.71 و 0.62 محاسبه شد و نشان داد که تنوع قابل توجهی بین لاین های مورد مطالعه وجود داشت. بررسی محتوای اطلاعات چندشکلی (pic) نشان داد که نشانگرهای استفاده شده در این پژوهش دارای pic بسیار متغیر از 0.28 (برای نشانگر phi024) تا 0.91 (برای نشانگر phi038) با میانگین 0.71 بودند. تجزیه خوشه ای به روش upgma با استفاده از ضریب تشابه جاکارد، 18 لاین اینبرد ذرت را در سه خوشه متمایز به ترتیب با تعداد 1، 6 و 11 لاین گروه بندی کرد. تجزیه واریانس مولکولی بر اساس سه گروه حاصل از تجزیه خوشه ای نیز نشان داد که 11 درصد از تنوع کل در بین گروه ها و 89 درصد در درون گروه ها وجود داشت. نتایج حاصل از تجزیه به مختصات اصلی و گروه بندی لاین ها بر اساس بای پلات حاصل از دو بردار اول و دوم، گروه بندی حاصل از تجزیه خوشه ای را مورد تایید قرار داد.نتیجه گیری: نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که تنوع ژنتیکی قابل توجهی در بین لاین های ذرت مورد مطالعه وجود داشت که از این تنوع می توان در برنامه های به نژادی استفاده کرد. همچنین، نشانگرهای ریزماهواره (ssr) توانایی تشخیص تنوع و تفکیک ژنوتیپ های ذرت را از یکدیگر دارند. ارزیابی شاخص های مختلف تنوع برای نشانگرهای مطالعه شده در این تحقیق نشان داد که نشانگرهایphi034 ، phi038،phi076 ، phi084 و phi092 نشانگرهای بهتری برای تعیین تنوع ژنتیکی بودند. بنابراین، استفاده از این نشانگرهای آگاهی بخش جهت تعیین تنوع ژنتیکی و نیز شناسایی الگوی هتروتیک در برنامه های به نژادی ذرت پیشنهاد می شود.

investigating the genetic diversity of grain maize lines using microsatellite markers

introductionmaize is one of the most important sources of energy supply to feed poultry, livestock, as well as humans, and the primary and raw material for industrial and food products. this valuable crop plant in terms of world production ranks third after wheat and rice. since knowing the genetic diversity in germplasm collections and determining the genetic relationships between breeding materials is the first and most important step in breeding researches, so identifying high diversity and suitable genetic potential lines is one of the goals of plant breeders to product and introduce new varieties. the objective of this study is to investigate the genetic diversity of 18 maize inbred lines using microsatellite (ssr) markers, to evaluate the efficiency of the studied markers, and to introduce the most appropriate ones in determining the genetic diversity of maize lines.materials and methodsthe plant materials of this research included 18 inbred lines of maize prepared from the agriculture and natural resources research center of khorasan-razavi province, iran. dna extraction was carried out by ctab method from fresh and young leaf samples after the three-leaf stage of seedlings. polymerase chain reaction (pcr) was performed in a final volume of 10 μl, and horizontal electrophoresis on 3% agarose gels as well as vertical electrophoresis on 6% polyacrylamide gels were used to observe the amplified fragments. for data analysis, first the amplified fragments (bands) on the gels were valued and quantified, so that the numbers 1 and 0 were considered for the presence and absence of each band in each maize line, respectively. to evaluate the genetic diversity, different diversity indices including number of effective alleles, polymorphic information content (pic) and nei’s gene diversity were estimated using popgen software, and the most suitable markers were introduced. to group the studied maize lines, cluster analysis and principal coordinates analysis were performed and the corresponding graphs were drawn using ntsyspc 2.0 software.research findingsassessing the genetic diversity of maize lines based on microsatellite markers showed that 20 ssr markers used in this research amplified a total of 81 scorable loci, whose size ranged from 65 to 200 bp. the average number effective alleles, polymorphism information content and nei’s gene diversity were calculated as 2.05, 0.71 and 0.62, respectively, indicating that there was a considerable genetic diversity among the studied maize lines. evaluating the polymorphic information content (pic) index showed that the markers used in this study had highly variable pic from 0.28 (for phi024) to 0.91 (for phi038) with an average of 0.71. cluster analysis by upgma method using jaccard similarity coefficient grouped 18 maize inbred lines into three distinct clusters with 1, 6 and 11 lines, respectively. molecular analysis of variance based on three groups derived from cluster analysis showed that 11% and 89% of the total variance was between and within population, respectively. the results of principal coordinate analysis and grouping if maize lines based on the bi-plot of the first and second vectors confirmed the grouping of the cluster analysis.conclusionthe results of the current study showed that there was a significant genetic diversity among the studied maize lines, which can be used in breeding programs. also, microsatellite markers (ssrs) had the ability to assess the genetic diversity and separation of maize genotypes from each other. evaluating the different diversity indices for the studied markers in this research showed that the markers phi034, phi038, phi076, phi084, and phi092 were more suitable markers for determining genetic diversity. therefore, it is recommended to use these informative markers to determine genetic diversity as well as to identify heterotic pattern in maize breeding programs.