Skip to main content
SUPERVISOR
اقافخر میرلوحی فلاورجانی (استاد راهنما) خلیل زینلی نژاد (استاد مشاور) محمد مهدی مجیدی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Barati Naghne
محمد براتی نقنه

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1390

TITLE

Genetic Study of Barley Germplasm and Analysis of Segregating Generations from inter-specific Crosses Under Drought Stress Conditions
In this study genetic diversity of cultivated and wild barley under drought stress conditions were evaluated. Then the effect of introgressed chromosomal segments of Hordeum vulgare . spontaneum (HSP) in the cultivated background, and differences in sequence of chromosomal regions containing genes related to drought stress in tolerant and susceptible barley cultivars were assessed. Agronomic, morphological and physiological traits were studied in the field under three water environments during 2 years. The 21 diverse HSP genotypes selected were crossed with Reihan 03 cultivar and 443 BC1F2 lines were generated. Also 102 BC2F2 lines were generated from one of the crosses. These lines were evaluated for agronomic traits under 3 water environments. Finally a bacterial artificial chromosome (BAC) library was constructed for Reihan 03 cultivar and screened for HvDREB1 and HvWRKY1 genes, which have well-known role in drought tolerance. The HSP genotypes had lower yield potential, but higher yield stability under water stress condition, as well as more extensive (weight, length, area and volume) root system compared to the cultivated ones. High genetic diversity in BC1F2 and BC2F2 populations indicated that a high portion of genetic diversity of HSP is introgressed in the genetic background of Reihan 03. Transgressive segregation was observed for agronomic traits in most of the crosses and some lines with favorable characteristics and high drought tolerance were identified. High differences in DNA sequence was observed in the cloned regions between tolerant (Reihan 03) and susceptible (Morex) cultivars. Some of the in the genes caused differences in amino acid sequence or deletion in parts of the amino acid sequence. Key words: wild genome, transgressive segregation, BAC library,, Multi-parent populations
گونه‌های وحشی و خویشاوندان گیاهان زراعی سازگاری بالایی به تنش‌های محیطی مانند خشکی دارند. با اینکه مناطق خشک ایران منطقه وسیعی از مرکز تنوع، تکامل و اهلی شدن جو ( Hordeum vulgare ) را شامل می‌شود و پراکنش قابل توجهی از گونه‌های وحشی آن در ایران وجود دارد، ژرم‌پلاسم ایرانی جو وحشی جایگاه مناسبی در پژوهش‌های مرتبط با تحمل به تنش خشکی این گیاه نداشته است. مطالعه حاضر به منظور 1- بررسی تنوع ویژگی‌های زراعی، فیزیولوژیک و صفات مرتبط با ریشه در نمونه‌های جو زراعی و وحشی در شرایط تنش خشکی و شناسایی گونه ها و ژنوتیپ های متحمل به تنش، 2- بررسی اثر ادغام نواحی مختلف ژنوم جو وحشی اسپانتانئوم در زمینه ژنتیکی جو زراعی از طریق ایجاد و ارزیابی جمعیت‌های متنوع تلاقی برگشتی حاصل از تلاقی رقم ریحان 03 با انواع جو وحشی اسپانتانئوم و 3- تجزیه و تحلیل توالی نوکلئوتیدی نواحی کروموزومی حاوی ژن‌های مرتبط با تحمل به تنش خشکی در ارقام حساس و متحمل به تنش صورت گرفت. در مطالعه اول 128 ژنوتیپ جو زراعی و وحشی در مزرعه در شرایط عدم تنش، تنش متوسط و تنش شدید رطوبتی طی دو سال از نظر خصوصیات زراعی، مرفولوژیک و فیزیولوژیک بررسی شدند. سپس واکنش خصوصیات سیستم ریشه‌ای جو زراعی و وحشی اسپانتانئوم به تنش خشکی در شرایط گلدانی در دو مرحله رویشی و زایشی (از طریق سیستم اسکن ریشه) و در شرایط جوانه‌زنی بررسی شدند. در مطالعه دوم 21 ژنوتیپ متنوع جو وحشی اسپانتانئوم با رقم زراعی ریحان 03 تلاقی داده شدند و جمعیت تلاقی برگشتی BC1F2 برای هر تلاقی ایجاد و ارزیابی گردید (در مجموع 443 لاین). همچنین 102 لاین BC2F2 از یکی از تلاقی‌ها ایجاد و ارزیابی شد. در مطالعه سوم برای رقم ریحان 03 یک کتابخانه کروموزوم مصنوعی باکتریایی (BAC) ایجاد شد. پس از غربال کتابخانه برای فاکتورهای رونویسی HvDREB1 و HvWRKY1 که نقش آن‌ها در تحمل به تنش خشکی مشخص شده است، توالی نواحی کروموزومی کلون شده تجزیه و تحلیل شد. نتایج مطالعه اول نشان داد که تنوع ژنتیکی وسیعی بین و درون هر یک از دو گروه ژنوتیپ جو زراعی و وحشی برای صفات زراعی، فیزیولوژیک و صفات مرتبط با ریشه وجود داشت و ژنوتیپ‌های جو وحشی که از نظر هریک از صفات مذکور برتر بودند شناسایی شدند. ژنوتیپ‌های جو وحشی اسپانتانئوم در مقایسه با ارقام زراعی پتانسیل عملکرد پایین‌تر ولی پایداری عملکرد بیشتری در شرایط تنش خشکی داشتند و از نظر ویژگی‌های مرتبط با ریشه نیز نسبت به جو زراعی برتر بودند که نشان دهنده نقش ساختمان ریشه در تحمل بیشتر آن‌ها به تنش خشکی می‌باشد. نتایج مطالعه دوم نشان داد که تنوع زیادی نیز برای ویژگی‌های زراعی و تحمل به تنش خشکی در جمعیت‌های تلاقی برگشتی وجود دارد که بخش زیادی از تنوع ژنتیکی جو وحشی را در زمینه ژنتیکی رقم ریحان 03 شامل می‌شوند. نتایج اولیه ارزیابی این جمعیت‌ها نشان داد امکان استفاده از ویژگی‌های مطلوب جو وحشی اسپانتانئوم برای اصلاح ارقام زراعی از نظر صفاتی مانند تعداد دانه در سنبله، زودرسی، عملکرد و تحمل به تنش خشکی وجود دارد. برای صفات ذکر شده در بیشتر تلاقی‌ها تفکیک متجاوز مشاهده شد و در همه محیط‌های رطوبتی ژنوتیپ‌هایی که از نظر این صفات نسبت به رقم ریحان 03 برتر بودند شناسایی شد. نتایج مطالعه سوم نشان داد که ناحیه کروموزومی حاوی ژن HvDREB1 حفاظت شدگی کمتری در مقایسه با ناحیه کروموزومی حاوی ژن HvWRKY1 داشت. تفاوت‌های نوکلئوتیدی زیادی در برخی از نواحی ژنوم بین در دو رقم متحمل به تنش خشکی (ریحان 03) و رقم حساس (مورکس) مشاهده شد. بیشتر این تفاوت‌ها در نواحی بین ژنی بود ولی در بیشتر ژن‌های مورد بررسی نیز تفاوت‌های نوکلئوتیدی در هر دو ناحیه اینترون و اگزون مشاهده شد. بعضی از این تفاوت‌های نوکلئوتیدی درون اگزون‌ها منجر به تفاوت‌های تک آمینواسیدی و حتی حذف تعدادی آمینواسید در پروتئین مربوطه گردید. با توجه به نتایج، تفاوت بین ژنوتیپ?های با واکنش مختلف به تنش خشکی کمتر به دلیل تفاوت در توالی ژن?های مورد بررسی است و احتمالا بیشتر تحت تاثیر بیان آن‌ها قرار می?گیرد. کلمات کلیدی: ژنوم وحشی، پایداری عملکرد، جمعیت چندوالدی، تفکیک متجاوز، کتابخانه BAC، تفاوت تک نوکلئوتیدی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی