بررسی انتقال پذیری نشانگرهای SSR، تنوع ژنتیکی بین و درون گونه ای و تجزیه ژنتیکی صفات مختلف در اسپرس(Onobrychis viciifolia Scop.)

STUDENT

DEGREE

YEAR

This research was conducted in three different studies. In the first study, thirty half-sib families (16 polycross and 14 open pollinated families) were evaluated under water stress and non-stressed conditions during two years. Water deficit decreased plant height, plant density, dry matter yield, relative water content and increased carotenoid content, proline content, specific catalase and ascorbate peroxidase activity. Moderate to high heritability for most traits showed the contribution of additive genetic effects suggesting phenotypic selection could be successful. Open pollinated families had higher mean values and general combining ability for most of the traits while polycross families had higher heritability and genetic gain from selection. In the second study, one hundred sainfoin genotypes from ten ecotypes were clonally propagated and evaluated under water stress and non-stressed conditions during two years. Compared to variance among ecotypes, the variance within ecotypes was at least four times higher for most of the measured traits. Genotypic differences for water stress tolerance identified in this study were mainly attributed to the ability of tolerant ecotypes to accumulate greater amount of proline in their leaves in response to water stress. In the third study, the transferability of microsatellite markers from Medicago genus to sainfoin was evaluated. The Medicago SSR markers that amplified polymorphic bands in sainfoin were subsequently used to investigate genetic diversity on Onobrychis taxa. Cluster analysis of SSR marker distances grouped the 102 sainfoin accessions into sainfoin wild species, Iranian and exotic sainfoin cultivated accessions. The analysis of variance of the morphological data revealed significant differences among accessions for all measured traits. Keywords: Sainfoin, Water stress, Clonal propagation, Genetic parametes, Transferability, SSR markers

این پژوهش طی سه مطالعه جداگانه انجام شد. خانواده های ناتنی پلی کراس و آزاد گرده افشان در برنامه های اصلاح نباتات به منظور برآورد اطلاعات ژنتیک کمی، روش های متداول و با کارایی بالا هستند. در مطالعه اول 30 خانواده ناتنی اسپرس (16 پلی کراس و 14 آزاد گرده افشان) در دو سال تحت شرایط بدون تنش و تنش خشکی (آبیاری پس از تخلیه 40 و 80 درصد رطوبت قابل استفاده خاک) از نظر صفات مورفولوژیک، زراعی و فیزیولوژیک مورد ارزیابی قرارگرفتند. برای اکثر صفات مورد مطالعه تنوع ژنتیکی بالایی بین خانواده های ناتنی اسپرس مشاهده گردید. اکثر صفات مورد مطالعه وراثت پذیری خصوصی متوسط تا بالایی را نشان دادند که بیانگر این است که بخش قابل توجهی از واریانس ژنتیکی، واریانس ژنتیکی افزایشی است و بهبود صفات از طریق انتخاب دوره ای امکان پذیر است. خانواده های ناتنی آزاد گرده افشان مقادیر میانگین و قابلیت ترکیب پذیری بالاتری برای اکثر صفات مورد مطالعه نشان دادند، در حالی که خانواده های پلی کراس وراثت پذیری و بازده ژنتیکی بالاتری داشتندکه نشان می دهد خانواده های پلی کراس کارایی بالاتری در برنامه های انتخاب و پیشرفت ژنتیکی نشان خواهند داد. خانواده hy;های ناتنی 16 (بردسیر)، 23 (نجف آباد) و 27 (بروجرد) بعنوان خانواده های با پتانسیل عملکرد بالا و متحمل به تنش خشکی معرفی گردیدند. در مقابل خانواده ناتنی 4 (اراک) با پتانسیل عملکرد پایین بعنوان خانواده حساس به تنش خشکی شناسایی گردید. تحت هر دو محیط عدم تنش و تنش خشکی، عملکرد علوفه خشک در چهار چین با ارتفاع بوته، تعداد ساقه در متر مربع و محتوی نسبی آب برگ همبستگی مثبت و معنی داری را نشان داد. بنابراین، انتخاب غیر مستقیم بر اساس ارتفاع بوته و تعداد ساقه در متر مربع برای بهبود عملکرد علوفه می تواند مورد استفاده قرار گیرد. مواد گیاهی کلونی با ژنوتیپ های یکسان در برنامه های اصلاحی به منظور برآورد دقیق اثر محیط، اثر متقابل ژنوتیپ × محیط و تخمین پارامترهای ژنتیکی استفاده می شود. در مطالعه دوم، به منظور بررسی تنوع ژنتیکی بین و درون توده های اسپرس ایرانی از طریق ارزیابی کلونی 177 ژنوتیپ (21-11 ژنوتیپ از 11 اکوتیپ) از طریق برش طوقه به هشت کلون تقسیم شدند و از نظر صفات مختلف در گلخانه مورد ارزیابی قرار گرفتند. در این مطالعه، تنوع ژنتیکی بالایی برای درصد کلون های زنده در بین اکوتیپ ها مشاهده شد. اکوتیپ شماره 11 (بروجن) با 50 درصد کمترین توان کلون زایی و اکوتیپ شماره 2 (نجف آباد) با 97 درصد بیشترین توان کلون زایی را به خود اختصاص دادند. در ادامه آزمایش، 100 ژنوتیپ برتر (10 ژنوتیپ از 10 اکوتیپ)، که از طریق کلون کردن بوته ها بدست آمده بودند، در دو سال تحت شرایط بدون تنش و تنش خشکی (آبیاری پس از تخلیه 40 و 80 درصد رطوبت قابل استفاده خاک) از نظر صفات مورفولوژیک، زراعی و فیزیولوژیک مورد ارزیابی قرارگرفتند. واریانس درون اکوتیپ ها، در مقایسه با واریانس بین اکوتیپ ها حداقل چهار برابر بیشتر بود که امکان بهبود عملکرد علوفه را از طریق انتخاب در درون جمعیت ها افزایش می دهد. پایین ترین درصد واریانس درون اکوتیپ ها نسبت به واریانس ژنتیکی کل برای صفت عملکرد علوفه خشک و بالاترین مقدار آن در صفت تعداد روز تا گلدهی مشاهده گردید. در مجموع تنوع درون جمعیت بالایی برای صفات مختلف مشاهده گردید و از آن می توان بعنوان یک منبع مکمل تنوع ژنتیکی دربرنامه های اصلاحی به منظور رسیدن به حداکثر بازده ژنتیکی استفاده کرد. ضریب تنوع ژنتیکی در محیط تنش خشکی برای اکثر صفات مورد مطالعه بالاتر از محیط عدم تنش بود که بیانگر این است که تنش خشکی تنوع ژنتیکی را افزایش داد و انتخاب در شرایط تنش خشکی موثرتر است. بر اساس نتایج تجزیه به مولفه های اصلی، اکوتیپ شماره 8 (بافت) بعنوان اکوتیپ با پتانسیل عملکرد بالا و متحمل به تنش خشکی معرفی گردید. در مطالعه سوم، درصد انتقال پذیری نشانگرهای جنس Medicago بر روی جنس اسپرس بررسی و تنوع ژنتیکی مولکولی و مورفولوژیک گونه های مختلف اسپرس مطالعه گردید. میزان انتقال پذیری نشانگرهای مذکور بر روی جنس اسپرس برابر 50 درصد بود. بر اساس تجزیه خوشه ای داده های حاصل از آغازگرهای SSR، ژنوتیپ های مورد مطالعه به گروه های گونه های اسپرس وحشی، زراعی ایرانی و خارجی تفکیک شدند. همچنین بر اساس نتایج حاصل از نشانگر SSR، گونه های O. argentea ، O. gracilis ، O. inermis ، O. altissima ، O. transcaucasica ، O. cyri ، O. biebersteinii و O. arenaria بیشترین شباهت را به اسپرس زراعی ( O. viciifolia ) داشتند. در تجزیه به مولفه های اصلی بر اساس داده های مورفولوژیک، گونه های O . argyrea ، O. persica ، O. altissima و O. transcaucasic بعنوان گونه هایی با پتانسیل صفات مورفولوژیک و عملکرد بالا و در مقابل نسبت برگ به ساقه کم معرفی شدند. گونه های O. michauxii و O. vassilczenkoi گونه هایی با پتانسیل صفات مورفولوژیک و نسبت برگ به ساقه بالا انتخاب شدند. شناسایی صفات برتر در گونه های وحشی مطالعه شده در این تحقیق، می تواند شروع برنامه های اصلاحی آتی اسپرس از طریق تلاقی گونه های وحشی با اسپرس زراعی به منظور برطرف نمودن نقاط ضعف گونه زراعی اسپرس باشد. واژه های کلیدی اسپرس، تنش خشکی، تکثیر کلونی، پارامترهای ژنتیکی، انتقال پذیری، نشانگر ریزماهواره