بررسی تنوع ژنتیکی و ساختار جمعیت ژنوتیپ‌های گندم نان (triticum aestivum l.) با استفاده از نشانگرهای ریزماهواره

مقدمه: گندم نان( triticum aestivum l) یکی از مهم‌ترین گیاهان زراعی جهان است که بیش از 40 درصد از غذای اصلی مردم دنیا را تامین می‌کند. افزایش تولید گندم به‌منظور تغذیه جمعیت در حال رشد، مستلزم اصلاح ژنوتیپ‌ها برای کاهش اثرات زیان‌آور تنش‌های محیطی و تغییرات آب و هوایی است. برای دستیابی به پتانسیل عملکرد بالاتر، آسیب‌پذیری ژنتیکی کم‌تر، مقاومت در برابر تنش‌ها و سازگاری در برابر تغییرات آب و هوایی، تنوع بخشیدن به منابع ژرم‌پلاسم گندم اهمیت اساسی دارد. برای این منظور، ارزیابی تنوع ژنتیکی موجود در ژرم‌پلاسم گندم و شناسایی ژنوتیپ‌های برتر به‌منظور استفاده از آن‌ها در برنامه‌های به‌نژادی ضروری است. نشانگرهای ریزماهواره (ssr) به‌عنوان محبوب‌ترین نشانگرهای مولکولی مبتنی بر pcr به‌طور گسترده‌ای برای تجزیه و تحلیل تنوع ژنتیکی در گونه‌های مختلف گیاهی استفاده شده‌اند. هدف از این پژوهش، ارزیابی تنوع ژنتیکی و تعیین ساختار جمعیت تعدادی از ژنوتیپ‌های گندم نان با استفاده از نشانگرهای ریزماهواره بود.مواد و روش‌ها: مواد گیاهی این تحقیق، 70 ژنوتیپ گندم نان بود که در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار در گلخانه دانشگاه تربیت مدرس کشت شدند. dna ژنومی با استفاده از کیت شرکت ویراژن استخراج و کیفیت و کمیت نمونه‌های dna به‌ترتیب با استفاده از دستگاه نانودراپ و الکتروفورز ژل آگارز تعیین شد. به‌منظور بررسی تنوع بین ژنوتیپ‌ها، از 30 جفت آغازگر ریزماهواره سری xgwm گندم استفاده و شاخص‌های محتوای اطلاعات چندشکلی (pic) و تنوع ژنی با استفاده از نرم‌افزار powermarker محاسبه شد. برای تعیین ساختار جمعیت نیز از تجزیه خوشه‌ای به‌روش neighbor-joining استفاده شد و ژنوتیپ‌های گندم نان با استفاده از نرم‌افزار tassel گروه بندی شدند.یافته‌های تحقیق: نتایج این آزمایش نشان داد که از 30 جفت آغازگر ریزماهواره‌ مورد مطالعه، 24 جفت دارای چندشکلی مناسبی در بین ژنوتیپ‌های مختلف گندم نان بودند. این آغازگرها موفق به شناسایی 79 آلل با میانگین 3.29 آلل در هر جایگاه نشانگر شدند. تعداد آلل‌های مشاهده شده در هر جایگاه نشانگر بین دو تا هفت آلل متغیر بود و نشانگر xgwm443 با شناسایی هفت آلل، بیش‌ترین تعداد آلل مشاهده شده را به‌خود اختصاص داد. محتوای اطلاعات چندشکلی، با میانگین 0.56 از 0.14 در نشانگر xgwm129 تا 0.92 در نشانگرهای xgwm174 و xgwm162 متغییر بود. میزان تنوع ژنی نیز با میانگین 0.62 از 0.15 در نشانگر xgwm129 تا 0.97 در نشانگر xgwm162 متغیر بود. مقایسه میزان اطلاعات چندشکلی و تنوع ژنی نشان داد که این دو پارامتر رابطه مستقیمی با یکدیگر دارند. تجزیه خوشه‌ای بر اساس داده‌های نشانگرهای ریزماهواره با استفاده از روش نزدیک‌ترین همسایه‌ها نیز ژنوتیپ‌های مورد بررسی را در سه گروه متفاوت طبقه‌بندی کرد.نتیجه‌گیری: بر اساس نتایج این پژوهش، نشانگر xgwm443 با بیش‌ترین تعداد آلل و دو نشانگر xgwm174 و xgwm162 با بیش‌ترین محتوای اطلاعات چندشکلی، به‌عنوان نشانگرهای مفید و آگاهی‌بخش جهت ارزیابی تنوع و تفکیک ژنوتیپ‌های گندم و احتمالاً سایر غلات معرفی می‌شوند. این نشانگرها علاوه بر کاربرد در گروه‌بندی ارقام، در شناسایی ژن‌های دخیل در کنترل صفات آگرومورفولوژیک نیز کارایی دارند. تجزیه خوشه‌ای، 70 ژنوتیپ گندم نان مطالعه شده را در سه گروه مجزا قرار داد و این گروه‌بندی با تیپ رشدی ژنوتیپ‌ها مطابقت نداشت، به‌طوری که هر خوشه به‌طور تصادفی شامل تعدادی از ژنوتیپ‌ها با تیپ رشدی متفاوت بود.

studying genetic diversity and population structure of bread wheat (triticum aestivum l.) genotypes using microsatellite markers

introduction bread wheat (triticum aestivum l.) is one of the most important crops in the world, providing more than 40% of the world’s food. increasing wheat production to feed a growing population requires the improvement of genotypes to reduce the harmful effects of environmental stresses and climate changes. to achieve higher yield potential, lower genetic vulnerability, resistance to stresses, and adaptation to climate changes, it is necessary to diversify wheat germplasm resources. for this purpose, it is essential to evaluate the genetic diversity of wheat germplasm and identify superior genotypes for use in breeding programs. microsatellite (ssr) markers, as the most popular pcr-based molecular markers, have been widely used to analyze genetic diversity in various plant species. the objective of this study was to evaluate the genetic diversity and determine the population structure of a number of bread wheat genotypes using microsatellite markers.materials and methodsthe plant materials of this study were 70 bread wheat genotypes that were cultivated in a completely randomized design with three replications in the greenhouse of tarbiat modares university, tehran, iran. genomic dna was extracted using the viragen company kit and the quality and quantity of dna samples were determined using the nanodrop and agarose gel electrophoresis, respectively. to investigate the diversity among bread wheat genotypes, 30 pairs of wheat xgwm microsatellite primers were used, and polymorphic information content (pic) and gene diversity indices were calculated using powermarker software. cluster analysis using the neighbor-joining method was used to determine the population structure and bread wheat genotypes were grouped using tassel software.research findingsthe results of this experiment showed that out of 30 pairs of the studied microsatellite primers, 24 pairs had suitable polymorphism among different bread wheat genotypes. these primers successfully identified a total of 79 alleles, with an average of 3.29 alleles per marker locus. the number of observed alleles at each marker locus varied from two to seven alleles. xgwm443 marker with seven alleles had the highest number of observed alleles. polymorphism information content (pic) with an average of 0.56 varied from 0.14 in xgwm129 marker to 0.92 in xgwm174 and xgwm162 markers. gene diversity with an average of 0.62 varied from 0.15 in xgwm129 marker to 0.97 in xgwm162 marker. comparison the polymorphism information content and gene diversity showed that these two parameters have a direct relationship with each other. cluster analysis based on microsatellite markers data using the neighbor-joining method also classified the studied bread wheat genotypes into three different clusters.conclusionbased on the results of this study, xgwm443 marker with the highest number of alleles and xgwm174 and xgwm162 markers with the highest polymorphism information content are introduced as useful and informative markers for evaluating the diversity and differentiation of wheat genotypes and possibly other cereals. in addition to their application in grouping the genotypes, these markers can also be used effectively in identifying genes involved in the control of agromorphological traits. cluster analysis classified the 70 bread wheat genotypes into three separate groups that did not correspond to the growth type of the genotypes, so that each cluster randomly included a number of genotypes with different growth types.