تحلیل ارتباط در گستره ژنوم صفات زراعی در گندم نان بهاره تحت شرایط متفاوت آبی

مقدمه: هدف اصلی تحلیل ارتباط در گستره ژنوم (GWAS)، شناسایی ژن­های مرتبط با یک صفت خاص است. در این روش نقشه­یابی، محققین توالی DNA کل ژنومی افراد جامعه را با هدف یافتن تفاوت­های تک­نوکلئوتیدی بین آن ها مورد مقایسه قرار می­دهند. شناسایی و مکان­یابی ژن­های موثر در واکنش به کم آبی، علاوه بر شناخت مکانیسم­های مولکولی و فیزیولوژیک، می تواند درک بهتری از ساختار ژنتیکی جمعیت و کنترل ژنتیکی تنش و نحوه اصلاح آن را در جمعیت مورد مطالعه در اختیار به­نژادگر قرار دهد. در این آزمایش نیز نقشه­یابی ژن­های کنترل کننده صفات مهم زراعی گندم نان تحت دو شرایط بدون تنش و تنش کم آبی با استفاده از روش تحلیل ارتباطی گستره ژنوم انجام شد. هدف از آزمایش، تحلیل QTLهای مرتبط با واکنش به کم آبی و  شناسایی نشانگرهای مرتبط با برخی صفات مهم و موثر در گندم نان بود.مواد و روش­ ها: مواد گیاهی این آزمایش، ۱۲۱ ژنوتیپ گندم نان بهاره شامل ۱۱۱ لاین حاصل از تودههای محلی گندم نان بهاره با منشا ۲۸ کشور از پنج قاره مختلف و ۱۰ ژنوتیپ گندم نان بهاره از کشورهای ایران و پاکستان بود که تحت دو شرایط بدون تنش و  تنش کم آبی در شرایط مزرعه مورد ارزیابی قرار گرفتند. تعیین ژنوتیپ برای نمونه­ها با استفاده از نشانگرهای SNP (۱۵ K SNP array) در شرکت TraitGenetic کشور آلمان انجام و هر ژنوتیپ با استفاده از مجموعه­ای از SNPها ارزیابی شد. برای تعیین ساختار جمعیت، از ۱۴۷ نشانگر SNP فاقد داده گم شده و با توزیع مناسب روی ۲۱ جفت کروموزوم‎ همولوگ گندم نان (هر کروموزوم هفت نشانگر) استفاده شد. به منظور تعیین زیرگروه­های احتمالی و بررسی ساختار جمعیت از روش بیزین و نرم افزار Structure V ۲.۳.۴ استفاده و سپس با تعیین تعداد بهینه زیرگروه­ها، میانگین شاخص تثبیت (Fst) و ماتریس سهم عضویت (Q) با همین نرم افزار محاسبه شد. در ادامه به منظور شناسایی نشانگرهای مرتبط با صفات مورد مطالعه در شرایط عدم تنش و تنش کم­آبی از تحلیل ارتباطی در گستره ژنوم با روش مدل خطی عمومی (Q+PCA) با میانگین داده­ها در نرم افزار TASSEL ۵.۰ استفاده شد.یافته­ های تحقیق: نتایج تجزیه واریانس نشان داد که تنوع ژنتیکی قابل قبولی از نظر کلیه صفات مورد مطالعه بین ژنوتیپ­ها وجود داشت و واکنش ژنوتیپ­ها در مواجهه با تنش کم آبی متفاوت بود. بر اساس نقشه­یابی ارتباطی در سطح ژنوم، در مجموع در شرایط عدم تنش و تنش کم آبی به­ترتیب ۵۱۱ و ۴۶۹ ارتباط معنی­دار نشانگر- صفت شناسایی شد. بیش­ترین ارتباط معنی­دار نشانگر- صفت در تنش کم آبی برای صفات ارتفاع بوته، سطح برگ پرچم، طول پدانکل و تعداد دانه در سنبله به­ترتیب روی کروموزوم­های ۱A، ۲A، ۳B و ۲A مشاهده شد. همچنین، پنج نشانگر SNP به­ترتیب در جایگاه های ۳۰/۱۱۳، ۰۲/۲۵، ۹۰/۱۳، ۱۰/۴۳ و ۹۷/۷۱ سانتی­مورگان روی کروموزومهای ۲A، ۲A، ۵A، ۶A و ۶B  دارای بالاترین ارتباط معنی­دار با صفات طول و سطح برگ پرچم، ارتفاع بوته، طول پدانکل و عملکرد سنبله تحت شرایط تنش کم آبی بودند. علاوه بر این، مکان­های چند صفتی نیز روی کروموزوم ۲A برای صفات طول، عرض و سطح برگ پرچم، ارتفاع بوته و عملکرد سنبله تحت شرایط تنش کم­آبی شناسایی شد. در نهایت بر اساس تحلیل ارتباطی گستره ژنوم، به­ترتیب ۲۱، ۱۲، ۱۴، ۴۴، ۹۲ و ۱۴ ارتباط معنی­دار نشانگر- صفت (QTLs) برای صفات طول، عرض و سطح برگ پرچم، ارتفاع بوته، طول پدانکل و عملکرد سنبله تحت شرایط تنش کم­آبی شناسایی شد.نتیجه­ گیری: نتایج حاصله از این مطالعه، اطلاعات ارزشمندی را در زمینه مبنای ژنتیکی صفات مورد مطالعه در محیط تنش کم آبی ارایه داد که می توان از آنها در برنامه­های به­نژادی گندم نان از جمله گزینش به­کمک نشانگر (MAS) استفاده کرد.