تجزیه ارتباط برای محتوای پرولین و فروکتان در جو (hordeum vulgare l.) تحت تنش سرمای دیررس بهاره با استفاده از نشانگرهای ریزماهواره

مقدمه: تنش‌های زنده و غیرزنده محیطی، کمیت و کیفیت محصولات زراعی را کاهش می‌دهند. سرمای دیررس بهاره، در صورت بروز قادر است متناسب با مراحل رشدی محصول، آسیب‌های زیادی به کشاورزان و تولیدکنندگان وارد کند. تجزیه ارتباطی امکان شناسایی اولیه و سریع جایگاه صفات کمی بر اساس عدم تعادل پیوستگی را فراهم می‌کند. این روش ابزار قدرت‌مندی جهت تشریح ژنتیک صفات پیچیده زراعی و شناسایی آلل‌های موثر بر کنترل این صفات است. هدف از این مطالعه، ارزیابی تنوع ژنتیکی، ساختار جمعیت، الگوی عدم تعادل پیوستگی و تجزیه ارتباطی برخی صفات فیزیولوژیک در جو زراعی تحت شرایط تنش سرمای دیررس بهاره با استفاده از نشانگرهای ریزماهواره (ssr) بود.مواد و روش‌ها: مواد گیاهی این تحقیق، تعداد 60 ژنوتیپ جو زراعی شامل 20 ژنوتیپ تجاری و 40 ژنوتیپ بومی بود که از موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر کرج تهیه شد. آزمایش به‌صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار اجرا شد. ژنوتیپ‌های مورد مطالعه در مرحله زایشی (سنبل‌دهی و گلدهی، زادوکس 68-50) تحت تنش سرما (8+ و 2- درجه سلسیوس) قرار گرفتند و سپس داده‌های فیزیولوژیک اندازه‌گیری و جمع‌آوری شدند. تجزیه واریانس و مقایسه میانگین داده‌ها با آزمون توکی در سطح احتمال پنج درصد با استفاده از نرم‌افزار sas نسخه 9.4 انجام شد. علاوه بر این، dna ژنومی با استفاده از روش ctab استخراج و کیفیت و کمیت آن به‌ترتیب با استفاده از الکتروفورز ژل آگارز یک درصد و اسپکتروفتومتر تعیین شد. جهت ارزیابی تنوع مولکولی بین ژنوتیپ‌ها، نمونه‌های dna با استفاده از 20 نشانگر ssr طی واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (pcr) تکثیر و محصولات به‌دست آمده روی ژل متافور- آگارز بارگذاری شدند. پس از انجام الکتروفورز، نوارهای موجود در ژل‌ها به‌صورت هم‌بارز نمره‌دهی و سپس تعداد آلل‌ها، فراوانی آلل شایع، قدرت تمایز نشانگرها، محتوای اطلاعات چندشکلی (pic) و تنوع ژنی با استفاده از نرم‌افزار power marker محاسبه شد. تجزیه موثر ساختار جمعیت نیز با استفاده از روش bayesian در نرم‌افزار structure انجام شد. به‌منظور شناسایی مکان‌های ژنی مرتبط با صفات ارزیابی شده نیز از مدل خطی مخلوط (mlm) با در نظر گرفتن ماتریس ساختار جمعیت (q) و ماتریس خویشاوندی (k) به‌عنوان متغیر کمکی در نرم‌افزار tassel استفاده شد.یافته‌های تحقیق: نتایج تجزیه واریانس داده‌های فیزیولوژیک، تفاوت معنی‌داری را از نظر تمامی صفات مورد مطالعه بین ژنوتیپ‌های جو در هر یک از شرایط دمایی 8+ و 2- درجه سلسیوس نشان داد. بر اساس نتایج مقایسه میانگین‌ها، بیش‌ترین ﻣﻘﺪار پرولین در شرایط دﻣﺎی 8+ درجه سلسیوس در رقم‌ های بومی صحرا و جنوب و در شرایط دمای 2- درجه سلسیوس در رقم‌ های نایک و زهک مشاهده شد و در مقابل، کم‌ترین میزان پرولین در شرایط دمای 8+ و 2- درجه سلسیوس ﺑﻪ‌ﺗﺮﺗﯿﺐ در رقم‌های tn-02-6297 و tn-02-6400 ثبت شد. بنابراین دو رﻗم بومی نایک و زهک با داشتن بالاترین ﻣﯿﺰان ﭘﺮوﻟﯿﻦ در شرایط دمای 2- درجه سلسیوس به‌عنوان رقم‌های متحمل به تنش سرمای دیررس بهاره معرفی می‌شوند. در مورد فروکتان نیز نتایج این مطالعه نشان داد که در دمای 8+ درجه سلسیوس، بیش‌ترین و کم‌ترین میزان فروکتان به‌ترتیب در ژنوتیپ‌های tn-02-6734 و tn-02-4975 مشاهده شد، در حالی‌که در شرایط دمای 2- درجه سلسیوس، این مقادیر به‌ترتیب در ژنوتیپ‌های بهمن و tn-02-4952 ثبت شد .محتوای اطلاعات چند شکل از 0.59 در نشانگر bmag0007 تا 0.82 در نشانگر bmag0032 متغیر بود. میزان تنوع ژنی نیز از 0.63 تا 0.84 با متوسط 0.74 و فراوانی آلل شایع از 0.21 تا 0.52 متغیر بود. تجزیه ساختار جمعیت، وجود دو زیرجمعیت را در ژنوتیپ‌های مورد مطالعه جو نشان داد. نتایج تجزیه ارتباط بر اساس مدل خطی مخلوط (mlm)، پنج ارتباط معنی‌دار (p < 0.05) نشانگر- صفت را شناسایی کرد که از این تعداد، سه نشانگر (bmag0518، bmag0211 و ebmac0674) با ژن‌های کنترل کننده پرولین در شرایط دمایی 2- درجه سلسیوس، یک نشانگر (bmag0223) با ژن‌های کنترل کننده پرولین در شرایط 8+ درجه سلسیوس و یک نشانگر (bmag0173) با ژن‌های کنترل کننده فروکتان در شرایط 8+ درجه سلسیوس ارتباط معنی‌دار داشتند. همچنین، نشانگر با ارتباط معنی‌داری برای میزان فروکتان در شرایط دمایی 2- درجه سلسیوس شناسایی نشد.نتیجه ‌گیری: نتایج حاصل از تجزیه ارتباطی در این مطالعه نشان داد که پنج نشانگر bmag0518، bmag0211، ebmac0674، bmag0223 و bmag0173 دارای ارتباط معنی‌دار با میزان پرولین و فروکتان در جو تحت شرایط تنش سرما بودند. از این نشانگرها، بعد از اعتبارسنجی با آزمایش‌های تکمیلی، می‌توان در برنامه‌های به‌نژادی از طریق گزینش به‌کمک نشانگر (mas) به‌منظور بهبود مقاومت به سرما در جو استفاده کرد.

association analysis for proline and fructan content in barley (hordeum vulgare l.) under late spring cold stress using microsatellite markers

introductionbiotic and abiotic environmental stresses reduce the quantity and quality of agricultural products. late spring cold stress, if it occurs, can cause significant damage to farmers and producers depending on the growth stage of the crop plants. association analysis allows for the rapid and initial identification of quantitative trait loci based on linkage disequilibrium. this method is a powerful tool for explaining the genetics of complex agricultural traits and identifying alleles controlling these traits. the objective of this study was to evaluate the genetic diversity, population structure, linkage disequilibrium pattern and association analysis of some physiological traits of cultivated barley genotypes under late spring cold stress conditions using microsatellite (ssr) markers.materials and methodsthe plant materials of this study were 60 cultivated barley genotypes including 20 commercial and 40 landraces, which were obtained from the seed and plant improvement research institute, karaj, iran. the experiment was carried out as a factorial in a completely randomized design with three replications. the studied genotypes were placed under cold stress (+8 and -2 °c) at the reproductive stage (heading and flowering, zadoks 68-50) and physiological data were measured and collected. analysis of variance and comparison of means were performed by tukey’s test at a probability level of 5% using sas software version 9.4. software version 9.4. also, genomic dna was extracted using the ctab method and its quality and quantity were determined using 1% agarose gel electrophoresis and spectrophotometer, respectively. to assess molecular diversity among the studied barley genotypes, dna samples were amplified by 20 ssr markers using polymerase chain reaction (pcr) and the pcr products were loaded on metaphor-agarose gels. after electrophoresis, the bands in the gels were scored as co-dominant, and then the number of alleles, common allele frequency, marker discrimination power, polymorphic information content (pic) and gene diversity were calculated using power marker software. effective population structure analysis was also conducted using the bayesian method in the structure software. to identify genomic regions associated with the measured traits, association analysis based on mixed linear model (mlm) was conducted in tassel software, considering the population structure (q) and the kinship (k) matrices as covariate variables.research findingsthe results of the variance analysis for the physiological data indicated significant differences in all studied traits among barley genotypes under both temperature conditions of 8 °c and -2 °c. according to the mean comparison results, the highest amount of proline was observed in the local varieties sahra and jonoob at 8 °c, while in the -2 °c conditions, the highest levels were found in the genotypes naik and zahek. conversely, the lowest proline levels at both temperature conditions were identified in the genotypes tn-02-6297 and tn-02-6400. therefore, the two local varieties naik and zahek, with their higher proline levels at -2 °c, are introduced as cold-tolerant genotypes against late spring frost stress. regarding fructan, this study also revealed that at 8 °c, the highest and lowest fructan levels were observed in the genotypes tn-02-6734 and tn-02-4975, respectively. additionally, under -2 °c conditions, these values were recorded in the genotypes bahman and tn-02-4952. polymorphic information content varied from 0.59 for the marker bmag0007 to 0.82 for the marker bmag0032. the gene diversity ranged from 0.63 to 0.84, with an average of 0.74, and the frequency of common alleles varied from 0.21 to 0.52. population structure analysis indicated the presence of two subpopulations among the studied barley genotypes.