SUPERVISOR
Mehdi Rahim malek,Seyed ali mohammad MirmohammadyMaibody,Ahmad Arzani
مهدی رحیم ملک (استاد مشاور) سیدعلی محمد میرمحمدی میبدی (استاد راهنما) احمد ارزانی (استاد راهنما)
STUDENT
FARZANE KARAMZADE
فرزانه کرم زاده
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
TITLE
Genetic diversity of backcross population derived from crossing between cultivated and wild barley using SSR markers
Barley ( Hordeum vulgare L.) is one of the most important cereal crops worldwide, with increasing demand for its production. However, during the long-term domestication of the cultivated barley, especially after the modern breeding and intensive cultivation, the genetic variation reduced significantly, leading to genetic erosion in this crop as well. A shorter growing season, more tolerant to soil salinity and drought than wheat are the advantages of this crop. Wild relatives of cultivated barley are potential source of valuable genetic materials for barley improvement. Genetic variation of wild species belonging to primary gene pool of barley is important in employing in barley breeding program, particularly for tolerance to biotic and abiotic stresses. Being a close relative of wild species ( H. spontaneum L.) and the lack of tolerance genes among the cultivated genotypes of barley makes gene introgression the appropriate avenue to transfer desired genes such as abiotic stress tolerance. In this research a backcross populations (BC 2 F 1 ) developed from interspecific hybridization between cultivated barley and its wild relative ( H. spontaneum L.) was assessed for genetic diversity using molecular markers which are valuable to assist background selection for recurrent parent. Results of cluster analysis (9 clusters) showed that only small number of the families from the population used (142 families) distantly clustered from their recurrent (cultivated) parent. Out of the 42 microsatellite (SSR) primers used, 23 were polymorphic and produced 123 bands. Polymorphism information content (PIC) ranged from 0.28-0.49 with an average value estimated for all loci 0.46. The highest PIC estimated for S2 and Xcinau167 markers shows that these markers are more efficient to differentiate backcross families. Principal coordinates analysis (PCoA) supported the results of clustering analysis. Arliquin and POPGENE softwares were used to analyze genetic diversity and molecular variance (AMOVA) among populations, respectively. Gst and Nm parameters had an average of 0.59 and 0.34, respectively, indicating a low gene flow among nine groups of backcross families. The AMOVA results showed that majority of genetic diversity belonged to within population variation (86.48%). Nei's genetic similarity ranged from 0.41 to 0.92 which were consistent with those of genetic distance. According to the obtained results, SSR and EST-SSR markers could be used as a valuable tool for acquiring molecular information and investigating genetic diversity. Furthermore, SSR markers have the potential to increase efficiencies of barley alien gene introgression programs in order to promote barley improvement particularly for tolerance to biotic and abiotic stresses. According to the results, since (1) the majority of genetic variation belonged to within the groups from the cluster analysis, (2) most of the families were grouped along with their recurrent parent, it can be concluded that microsatellite markers have strong differentiation ability to discriminate the resultant genotypes from a bi-parental cross. Keywords : Molecular marker, Genetic variation, Backcross population, Polymorphism, Genetic distance.
جو( Hordeum vulgare L.) یکی از غلات مهم در سراسر جهان است که با افزایش تقاضا برای تولید آن مواجه است. با این حال در طی مدت طولانی اهلی شدن جو زراعی، بویژه پس از استفاده از روش های اصلاحی مدرن و کشت فشرده، تنوع ژنتیکی به میزان قابل توجهی کاهش یافته ومعضل فرسایش ژنتیکی در این گیاه نیز مطرح می باشد. فصل رشد کوتاه تر، تحمل به شوری و خشکی بیشتر از گندم از جمله مزایای جو می باشد. خویشاوندان وحشی جو زراعی دارای مواد ژنتیکی با ارزش برای اصلاح جو هستند. تنوع ژنتیکی گونه های وحشی متعلق به خزانه ژنی اولیه جو در بکارگیری برنامه های اصلاحی جو به خصوص برای تحمل در برابر تنش های زنده و غیر زنده حائز اهمیت بسیاری است. با توجه به قرابت گونه وحشی ( spontaneum L. H. ) با گونه زراعی و عدم اقبال در یافتن ژن های مقاومت در گونه زراعی، اینترگرسیون ژنی راه حلی مناسب برای انتقال ژن های مطلوب است. در این پژوهش تنوع ژنتیکی جمعیت تلاقی برگشتی حاصل از تلاقی بین گونه ای جو زراعی و وحشی با استفاده از نشانگرهای مولکولی که در تسریع انتخاب برای سهم بیشتر والد دوره ای در روند تلاقی برگشتی مفید است، ارزیابی شده است. نتایج تجزیه خوشه ای نشان داد که در بین 142 فامیل حاصل از تلاقی برگشتی گروه هایی با تعداد اندک دارای فاصله ژنتیکی با والد زراعی حاصل شده است. از42 آغازگر ریزماهواره (SSR) استفاده شده 23 آغازگر چندشکل بود که 123 باند چندشکل ایجاد کرد. محتوای اطلاعات چندشکل دامنه ای بین 28/0 تا 49/0 با ارزش میانگین 46/0 برای تمامی مکان های ژنی برآورد گردید. بالاترین میزان محتوی اطلاعات چندشکل در نشانگرهای S2 و Xcinau167 بیان کننده کارایی بیشتر این آغازگرها در تفکیک فامیل ها بوده است. روش تجزیه به مختصات اصلی (PCoA) نتایج تجزیه خوشه ای را تأیید نمود. همچنین برای بررسی تنوع ژنتیکی بین گروه ها و واریانس مولکولی(AMOVA) به ترتیب از دو نرم افزار POPGENE و Arliquin استفاده شد. میانگین شاخص های Gst و Nm که نشان دهنده میزان تفرق ژنی و جریان ژنی بین گروه ها است به ترتیب معادل 59/0 و 34/0 بود، که بیانگر یک تبادل ژنی پایین بین 9 گروه حاصل از تلاقی برگشتی بوده است. تجزیه واریانس مولکولی گروه ها نشان داد که عمدة تنوع ژنتیکی 5/86 شناسایی شده مربوط به درون گروه ها بوده است. داده های حاصل از تشابه ژنتیکی نی در دامنه ای از 92/0-41/0 قرار گرفتند، که با نتایج فاصله ژنتیکی تطابق داشت. استفاده از نشانگرSSR و EST-SSR یک روش کارآمد و قدرتمند مولکولی در بررسی تنوع ژنتیکی بود. علاوه بر این، نشانگرهای SSR جهت افزایش کارایی برنامه های انتقال ژن از گونه های خویشاوند جو بمنظور اصلاح جو به ویژه برای تحمل تنش های زنده و غیرزنده دارای پتانسیل ارزشمندی است. با توجه به اینکه بیشترین تنوع ژنتیکی جمعیت تلاقی برگشتی به درون گروه های حاصل از تجزیه خوشه ای اختصاص داشت، ضمن اینکه همانطوری که انتظار می رود تعداد زیادی از فامیل ها به همراه والد دوره ای در یک گروه قرار گرفتند، می توان نتیجه گیری نمود که نشانگرهای ریز ماهواره از قابلیت تفکیکی قوی در تمایز ژنوتیپ های حاصل از تلاقی دو والدی برخوردارند. کلمات کلیدی : نشانگر مولکولی، تنوع ژنتیکی، جمعیت تلاقی برگشتی، چند شکلی، فاصله ژنتیکی.