SUPERVISOR
قاسم محمدی نژاد (استاد مشاور) قدرت اله سعیدی (استاد راهنما) احمد ارزانی (استاد راهنما)
STUDENT
Somayeh Karimi
سمیه کریمی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1388
TITLE
Study of Physiological Traits and Microsatellite Markers Associated with Salt Tolerance in Safflower (CarthamustinctoriusL.)
This research was conducted in three experiments. The results of the first and second experiments were used for designing the third one. In the first experiment the response of eight safflower genotypes (four salt-sensitive and four salt-tolerant) to 0, 50, 100, 150 and 200 mM NaCl salinity were evaluated. Salinity stress increased proline, total carbohydrate, chlorophyll a, chlorophyll b, total chlorophyll, carotenoid contents, Na + concentration in leaves and roots, K + in roots, Ca 2+ in leaves and peroxidase activity, however, it decreased dry weight, concentration of K + in leaves, Ca 2+ in roots, K + /Na + and Ca 2+ /Na + ratios in roots and leaves, relative water content and catalase activity. In the second experiment, genetic diversity of the eight safflower genotypes was analyzed using 168 microsatellite markers. Cluster analysis based on the Jaccard’s similarity coefficient separated the genotypes into two groups according to their salinity tolerance. Based on the results of the first and the second experiments, PI-506426, as the most salt-tolerant, and 307-S6-697, as the most salt-sensitive, were selected and crossed to generate a mapping population. Seventy-one polymorphic SSRs were used to construct a linkage map of 877 cM (Kosambi), with a mean intermarker distance of 13.8 cM .The 71 markers coalesced into 11 linkage groups (LGs). Quantitative trait loci (QTLs) controlling physiological and yield related traits were identified by using F 3 population in normal and salt stress conditions. A total of 21 QTLs in normal conditions and 26 QTLs in salt stress conditions were detected for the 17 investigated traits. In control conditions, the major effects QTLs were identified for 1000-grain weight and biological yield. Under salt stress conditions, QTLs with major effects were detected for grain yield, 1000-grain weight, harvest index, capitula diameter, relative water content, membrane stability index, K + content and K + /Na + ratio. The highest number of QTL clusters for different component traits were co-localized on linkage group LG5. The results suggest that Na + and K + contents, K + /Na + and Ca 2+ /Na + ratios and malondialdehyde ( MDA ) concentration are the most important traits contributing to salt tolerance at the reproductive stage in safflower. The current study reports the construction of a genetic map for salt tolerance at reproductive-stagein safflower and demonstrates its implication for molecular mapping of QTLs controlling salinity tolerance-related traits, which will facilitate application of marker-assisted selection in the future.
این پژوهش در قالب سه آزمایش به منظور نیل به هدف نهایی شناسایی نشانگرهای ریزماهواره همبسته با مکان‌های ژنی مرتبط با صفات فیزیولوژیک تحمل به تنش شوری در گیاه گلرنگ اجرا گردید. تلفیق نتایج آزمایش‌های اول و دوم برای اجرای آزمایش سوم به‌کارگرفته‌شد. در آزمایش اول پاسخ‌های فیزیولوژیک هشت ژنوتیپ انتخابی گلرنگ که بر مبنای نتایج تحقیق قبلی در مزرعه شور انتخاب شده بودند، (چهارژنوتیپ حساس و چهار ژنوتیپ متحمل به شوری) در پنج سطح مختلف شوری در شرایط کشت گلخانه‌ای مورد ارزیابی قرار گرفت. این آزمایش به صورت کرت‌های خرد شده در قالب طرح بلوک کامل تصادفی با سه تکرار در شرایط گلخانه‌ای و کشت ماسه‌ای انجام شد.فاکتور شوری در پنج سطح با استفاده از کلرورسدیم در محلول غذایی هوگلند در سطوح شوری 0، 50، 100، 150 و 200 میلی مولار به عنوان فاکتور اصلی اعمال گردید.نتایج تجزیه واریانس نشان داد کهاثر شوری، ژنوتیپ و اثرمتقابل شوری×ژنوتیپبر همه صفات مورد مطالعه معنی‌دار بوده است.تنش شوری موجب افزایش معنی‌دار محتوای پرولین، کربوهیدرات‌های محلول، کلروفیل a، b، ab و محتوای کارتنوئید، محتوای یون Na + در برگ‌ها و ریشه‌ها، محتوای یون K + در ریشه، محتوای یون Ca 2+ در برگ و فعالیت آنزیم پراکسیداز و کاهش معنی دار وزن خشک ریشه و اندام هوایی، محتوای یون K + در برگ، محتوای یون Ca 2+ در ریشه، نسبت K + /Na + و Ca 2+ /Na + در ریشه و برگ‌ها، محتوای نسبی آب برگ و فعالیت آنزیم کاتالازگردید. در آزمایش دوم با استفاده از 168 نشانگر ریزماهواره تجزیه و تحلیل مولکولی انجام شد ودر مجموع 279 نوارچندشکل بین هشت ژنوتیپ گلرنگ تکثیر گردید. تجزیه خوشه‌ای براساس نشانگرهای ریزماهواره چندشکل به خوبی ژنوتیپ‌ها را براساس تحمل و حساسیت به تنش شوری گروهبندی نمود. بر اساس فاصله اقلیدسی ژنوتیپ‌ها در آزمایش اول و ضریب تشابه ژنتیکی در آزمایش دوم، PI-506426 بعنوان متحمل‌ترین و307-S6-697 بعنوان حساس ترین ژنوتیپ نسبت به شوری شناسایی گردید وبرایایجادجمعیت نقشه یابی تلاقی داده شدند. در آزمایش سوم جمعیت‌های F 2 و F 3 حاصل از این تلاقی مزبور مورد استفاده قرار گرفت. نمونه hy;های DNA جمعیت F 2 برایژنوتیپ یابی نشانگرهای ریزماهواره و 124 فامیل F 3 به همراه والدین بر اساس طرح لاتیس 12×12 در دو محیط بدون تنش و تنش شوری با دو تکرار در مزرعه مورد ارزیابی فنوتیپی قرار گرفتند. نتایج ارزیابی مزرعه ای فامیل‌های F 3 در شرایط شور نشان داد که میانگین صفات زراعی نظیر عملکرد دانه، وزن هزاردانه، عملکرد بیولوژیک، شاخص برداشت، ارتفاع، روز تا رسیدگی، تعداد طبق در بوته در شرایط تنش شوری بطور معنی داری کاهش یافت، در حالی که قطر طبق در محیط شور افزایش نشان داد. در شرایط تنش شوری محتوای Na + ، Ca 2+ ، MDA و H 2 O 2 افزایش و صفات فیزیولوژیک شامل محتوای نسبی آب (RWC)، و نسبت K + /Na + و Ca 2+ /Na + و شاخص پایداری غشا (MSI) کاهش یافت. تنوع زیاد و معنی‌داری بین ژنوتیپ‌های والدینی در محیط عدم تنش و تنش شوری از نظر صفات مهم عملکردی و فیزیولوژیکی وجود داشت که گویای گزینش صحیح والدین و امکان اجرای نقشه‌یابی صفات مرتبط با تحمل به تنش شوری بوده است. نتایج نقشه یابی ژنوتیپی با 60 نشانگر ریزماهواره‌ای چندشکل نشان داد که 71 جایگاه نشانگری با فاصله متوسط بین نشانگرهای مجاور 8/13 سانتی‌مورگان، 877 سانتی‌مورگان از ژنوم گلرنگ را پوشش داده است. شناساییQTLهای اصلی و اپیستاتیک به روش مکان‌یابی فاصله‌ای مرکب پوششی (ICIM) برای صفات فنوتیپی در دو محیط انجام و 21 QTL اصلی و 56 QTL اپیستاتیک در شرایط عدم تنش و در شرایط تنش شوری به ترتیب 26 و 60 QTL اصلی و اپیستاتیک تشخیص داده شد. در شرایط عدم تنشQTLهای بزرگ‌اثر برای صفات وزن هزاردانه و عملکرد بیولوژیک شناسایی شدند. در شرایط تنش شوری QTLهای بزرگ اثر شناسایی شده به صفات عملکرد دانه، وزن هزاردانه، شاخص برداشت، قطر طبق، محتوای نسبی آب برگ، شاخص پایداری غشا، محتوای یون K + و نسبت K + /Na + اختصاص داشتند. دو جایگاه نشانگری پیوسته در ابتدا و انتهای گروه پیوستگی LG5، به ترتیب در بر گیرنده نه و سه صفت موثر در تحمل به تنش شوری، نقش مهمی در اعطای تحمل به تنش در گلرنگ داشته اند. استفاده از QTLهای بزرگ اثر شناسایی شده برای صفات مرتبط با تحمل به تنش شوری در برنامه اصلاح برای تحمل به شوری گلرنگ قابل بهره برداری می باشد. کلمات کلیدی : تحمل به شوری، صفات فیزیولوژیک، عملکرد دانه، QTL اصلی، QTL اپیستاتیک، گلرنگ، نقشه‌یابی QTL