Document Type : Research Paper
Authors
1 Department Genetic and Plant Production, Vali –e- Asr University of Rafsanjan, Iran
2 Department of Plant Protection, Vali –e- Asr University of Rafsanjan, Iran.
3 Department of Crop Science & Plant Breeding, University College of Agriculture & Natural Resources, University of Tehran, Iran
Abstract
Keywords
مقدمه
گندم نان (Triticum aestivum L.) یکی از گیاهان زراعی است که در معرض عوامل بیماریزای زیادی قرار میگیرد (Habibi, 2013). در بین تنشهای زنده که گیاهان را مورد حمله قرار میدهند، میتوان به قارچها، باکتریها و ویروسها اشاره نمود که در این میان، قارچها در صدر عوامل بیماریزای گیاهی قرار دارند. یکی از بیماریهای مهم گندم نان، پاخوره با عامل Gaeumannomyces graminis var. Tritici میباشد (Karov et al., 2008). گیاهان ممکن است در هر مرحله رشدی آلوده شوند که این آلودگی در حرارت 20-12 درجه سانتیگراد تشدید میشود (Huber & Mccay-Buis, 1993). گیاهان مبتلا به بیماری پاخوره در مزرعه، به شکل لکههایی سفید قابل مشاهده هستند؛ و دانههای چروکیده تولید میکنند. علایم دیگر همچون کاهش پنجهزنی، کوتولگی و رسیدگی ناقص دانه میباشد (Liatukas et al., 2010). آلودگی متوسط تا شدید گندم به این بیماری میتواند منجر به از دست دادن عملکرد و کیفیت دانه شود، بهطوریکه در همهگیریهای شدید میتواند موجب خسارت 50 تا 60 درصدی شود (McMillan et al., 2012). این بیماری در مزارع استان مرکزی، خراسان و مازندران گزارش شده است (Ghalandar, 2001). استفاده از ارقام مقاوم یا متحمل به این بیماری، بهعنوان مهمترین راه کنترل این بیماری و یک روش اقتصادی به شمار میرود. برای تولید ارقام مقاوم، علاوه بر شناسایی منابع مقاومت، به اطلاعات جامعی در مورد ساختار و ارزش ژنتیکی والدین و همچنین ترکیبپذیری آنها نیاز میباشد که این مهم از طریق استفاده از تلاقیهای دایآلل میسر میشود (Aeineh et al., 2006). بیش از 130سال است که اصول ایزولاسیون و آزمون نتاج تست ویلمورن منتشر شده است و این روش به وفور توسط اصلاحکنندگان نبات مورد استفاده قرار گرفته است. تلاقی دایآلل را میتوان سطح بالای کاربرد تکنیک پروژنی تست ویلمورن دانست که از سالهای 1950 به بعد، بهمنظور غربال نمودن بهترین ترکیبشوندهها و استفاده از مساله هتروزیس مورد استفاده اصلاحکنندگان قرار گرفت (Brown & Caligari, 2008). تجزیه دایآلل برای مطالعه صفاتی که از توارث دیپلوییدی تبعیت میکنند، به کار میرود و اطلاعات ژنتیکی مفیدی را برای ارزیابی پتانسیل ژنتیکی لاینهای اصلاحی در اختیار قرار میدهد
.(Hallauer et al., 1966)
اصول و مبانی این نوع تلاقیها را Jinks & Hayman (1953) و Griffing (1956a, b) ارائه نمودند. مزیت اساسی مدل گریفینگ آن است که با تخمین واریانسهای ترکیبپذیری عمومی (GCA) و خصوصی (SCA) و واریانسهای افزایشی و غالبیت و وراثتپذیری، تشخیص و درک مناسبی از نقش و آثار افزایشی و غیرافزایشی از ژنها را در کنترل صفات فراهم میکند ( .(Dabholker, 1992نسبت ژنتیکی بیکر نیز که از نتایج تجزیه گریفینگ استفاده مینماید، نوع عمل ژن در کنترل صفت مربوطه را نشان میدهد. هرچه این نسبت به عدد یک نزدیکتر باشد، اثر افزایشی ژنها در صفت مربوطه اهمیت بیشتری دارد و هرچه به صفر نزدیکتر باشد، اعمال غالبیت ژنها در کنترل صفت اهمیت بیشتری دارند (Baker, 1978). مهمترین مزایای تجزیه بهروش Jinks & Hayman (1953) و تحلیل گرافیکی آن (در صورت برقرار بودن شرایط آن)، دسترسی به اطلاعاتی نظیر میانگین درجه غالبیت، نسبت توزیع و پراکنش آللهای غالب و مغلوب در والدین و جهت غالبیت میباشد (Gilbert, 1958).
پژوهشهایی در رابطه با شناسایی منابع مقاومت به بیماری پاخوره صورت گرفته است، ولی این پژوهشها بیشتر در ارقام و اجداد وحشی گندم نان گزارش شده است و تاکنون رقم گندم هگزاپلوئید کاملا مصون به این بیماری معرفی نشده است (Da-hui et al., 2007). در یک بررسی، تعدادی از غلات دانهریز نظیر جو، گندم، تریتیکاله، چاودار و یولاف اهلی، نسبت به بیماری پاخوره ارزیابی شدند. نتایج نشان داد که گندم، بیشترین حساسیت را دارد، ولی جو و تریتیکاله دارای حساسیت متوسط بودند و واکنش یولاف اهلی نسبت به قارچ مذکور، مقاوم ارزیابی شد (Fasihiani & Zare, 2010). در یک بررسی، واکنش 244 رقم گندم، 56 رقم جو شش ردیفه، 50 رقم جو بدون پوشینه و 36 رقم جو دو ردیفه را نسبت به قارچ عامل بیماری پاخوره گندم مورد بررسی قرار دادند. نتایج نشان داد که بین ارقام جو و گندم نسبت به بیماری پاخوره گندم تفاوت وجود دارد و گندم، حساسترین و جو شش ردیفه و دو ردیفه، تحمل بیشتری نسبت به بیماری داشتند. در پژوهش دیگر در بین ارقام جو، رقم جو محلی یا بدون پوشینه، بیشترین و جو شش ردیفه، کمترین حساسیت را به قارچ Gaeumannomyces graminis var. tritici داشتند (Oyanagi et al., 1990). در یک ارزیابی مزرعهای، واکنش سی رقم هگزاپلوئید گندم نان شامل رقمهای بهاره و پاییزه، نسبت به پاخوره در پنج سال زراعی بررسی شد و نتایج به دست آمده از بررسی رقمها از نظر صفات زراعی نشان داد که رقم پاییزه Solstice در سه سال زراعی نسبت به دیگر رقمها مقاومتر بود (McMillan et al., 2014).
تا به حال روشهای اصلاح سنتی برای بررسی نوع مقاومت و اثر ژنها در گندم نان نسبت به بیماری پاخوره انجام نشده است. از تلاقیهای دایآلل، بهطور گستردهای در مطالعات ژنتیکی مقاومت به بیماریها در گندم همچون زنگ زرد و زنگ ساقه، سفیدک پودری، ویروس موزائیک گندم، ویروس کوتولگی زرد جو و ویروس موزائیک رگهای گندم استفاده شده است. مقاومت به ویروس موزائیک رگهای گندم با استفاده از تلاقی دایآلل در نه رقم گندم مطالعه شد و نتایج نشان داد که اثرات غالبیت و اپیستازی در مقاومت به این بیماری از اهمیت بیشتری برخوردارند (Hakizimana et al., 2004). در مطالعه دیگری بر روی بیماری موزائیک رگهای گندم از طریق تلاقی دایآلل با استفاده از پنج والد مقاوم که در آزمایشات قبل مقاومت خوبی نشان دادند و یک رقم حساس به روش Jinks & Hayman (1953) و روش I و مدل I گریفینگ مشخص شد که اثرات افزایشی و غیرافزایشی ژنها در کنترل مقاومت به این ویروس دخالت دارند و اهمیت اثرات افزایشی بیشتر بود (Saeednia et al., 2012).
در پژوهشی بهمنظور تجزیه ژنتیکی مقاومت به بیماری سفیدک پودری، از طرح دایآلل با هفت والد استفاده نمودند و نتایج نشان داد که برای صفت شدت بیماری، مدل افزایشی غالبیت صدق میکند (Pesaraklu et al., 2013). در تجزیه ژنتیکی بیماری لکهبرگی سپتوریا در گندم از طریق تجزیه میانگین نسل، نقش اثرات غالبیت به مراتب بیشتر از اثرات افزایشی بود و اثر متقابل غیرآللی غالبیت × غالبیت، بهطور معنیداری در صفات مربوط به مقاومت به این بیماری شرکت داشتند (Soltanloo et al., 2013). در مطالعه دیگری بهمنظور مطالعه ژنتیک مقاومت به زنگ قهوهای گندم، از تلاقی دایآلل استفاده شد (Ghannadha et al., 2004). با هدف بررسی نحوه توارث زنگ زرد، آزمایش دایآلل پنج در پنج انجام گرفت و نتایج نشان داد که اثرات غالبیت در مقاومت به بیماری زنگ زرد نقش دارند ((Bihamta et al., 2013. مقاومت و حساسیت در برابر بیماریهای گیاهی، تا حدودی تحت تاثیر در دسترس بودن عناصر کممصرف (ریز مغذی) به ویژه عناصر منگنز و روی است (Akter et al., 2015). تاثیر عنصر روی، در بعضی بیماریها بررسی و مشخص شده است که در بعضی موارد، افزایش، کاهش و در مواردی تاثیری روی بیماری ندارد، ولی در بیشتر موارد باعث کاهش شدت بیماری میشود (Dordas, 2008; Graham & Webb, 1991). بهطورکلی نقش مهم عنصر روی در مقاومت به بیماریهای گیاهی، سلامت غشای سلولهای ریشه و ایجاد ثبات در غشای سلول و محافظت در برابر تنش اکسیداتیو است (Cakmak et al., 1998). نقش عنصر آهن در مقاومت به بیماریهای گیاهی به خوبی مورد مطالعه قرار نگرفته است. افزودن عناصر مس، منگنز و بور بهطورکلی به نفع میزبان است، ولی عنصر آهن میتواند اثر مثبت یا منفی بر شدت بیماری داشته باشد؛ آهن میتواند بیماری زنگ و سیاهک را در گندم کنترل کند (Graham & Webb, 1991). عنصر منگنز، تعدادی از پاتوژنهای بیماریزا شبیه سفیدک سطحی، پاخوره و چندین بیماری دیگر را کنترل
میکند. منگنز نقش مهمی در بیوسنتز لیگنین و سوبرین از طریق فعال شدن برخی آنزیمها دارد. احتمالا لیگنین و سوبرین در گندم در مقاومت به بیماریهای سفیدک سطحی و بیماریهای ناشی از قارچ Gaeumannomyces graminis نقش مهمی دارند و از خسارت دیوارههای سلول میزبان جلوگیری میکنند (Dordas, 2008).
با توجه به اینکه هیچ اطلاعی در مورد ترکیبپذیری مقاومت به بیماری پاخوره گندم، نحوه توارث آن و پارامترهای ژنتیکی مقاومت در دست نیست و همچنین اطلاعی در خصوص ارتباط مقاومت به این بیماری و عناصر معدنی موجود در بافت گیاهی وجود ندارد، مطالعه کنونی با استفاده از والدین با واکنشهای متفاوت نسبت به پاخوره اجرا شد تا با استفاده از تلاقی دایآلل، ترکیبپذیری عمومی و خصوصی و نحوه توارث و نوع عمل ژنها در مقاومت به پاخوره تعیین شود و با برآورد پارامترهای ژنتیکی و وراثتپذیری مقاومت به این بیماری، استراتژیهای مناسبی برای اصلاح این صفت در گندم ارائه و پیشنهاد شود.
مواد و روشها
در این آزمایش، از قارچ Gaeumannomyces graminis var. Tritici جدایه T-41 که از کلکسیون قارچشناسی آزمایشگاه بیماریشناسی دانشگاه ولی عصر (عج) رفسنجان تهیه شده بود، استفاده شد. محیط کشت انتخابی برای کشت قارچ، Potato Dextrose Agar (PDA)، همراه با آنتیبیوتیک استرپتومایسین بود.
تلاقی دایآلل یک طرفه شش در شش با شش والد (ژنوتیپ) و 15 نسل F1، از منبع ژنتیکی مورد استفاده بود. لازم به توضیح است که شش ژنوتیپ والدین، در سال زراعی 1393 در مزرعه دانشگاه ولی عصر (عج) رفسنجان کاشته شدند و در بهار 1394 در موقع مناسب، تلاقی بین آنها انجام شد. این شش ژنوتیپ، بر اساس ارزیابیهای گذشته در مقابل بیماری پاخوره (جدایه خاص T-41)، از بین 960 ژنوتیپ گندم نان که از مناطق مختلف ایران و همچنین خارج از کشور تهیه شده بود، انتخاب شدند. پس از کاشت این ژنوتیپها در مزرعه دانشکده کشاورزی دانشگاه ولی عصر (عج)، تکخوشه (تکبوته) از داخل آنها انتخاب شد و بذر آنها در حال حاضر در دانشگاه ولیعصر (عج) رفسنجان موجود میباشد (Gholizadeh Vazvani et al., 2015, 2016, 2017). خصوصیات ژنوتیپهای مورد استفاده در این پژوهش در جدول 1 آمده است.
تهیه زادمایه بیمارگر
از آنجا که سرعت کلنیزاسیون و زادمایههای یکنواخت روی ماده غذایی ارزن بیشتر است، ارزن جهت تهیه مایه تلقیح انتخاب شد. بدین منظور، بذر ارزن پخته شده که حداکثر جذب آب را داشت به همراه 100 گرم ماسه مرطوب، درون ارلن ریخته شد و پس از مسدود کردن درب آن به فاصله یک روز، سه بار در اتوکلاو در دمای 120 درجه سانتیگراد به مدت 20 دقیقه سترون شد. چند حلقه میسلیومی با قطر یک سانتیمتر از حاشیه در حال رشد کلنی قارچ عامل بیماری به هر یک از ارلنها مایهزنی شد و در انکوباتور در دمای 25-20 درجه سانتیگراد به مدت 15 روز نگهداری شدند. در دوره اخیر، چندین بار ارلنها جهت هوادهی و جلوگیری از گلوله شدن، تکان داده شدند.
جدول 1- مشخصات نژادگانهای مورد استفاده در این پژوهش
Table 1- Characteristics of genotypes are used in this study
Characteristics |
Genotype code |
Number of Genotype |
Winter- Moderately resistant |
1 |
2109 |
Winter- Highly Sensitive |
2 |
1546 |
Winter-Highly Resistance |
3 |
1528 |
Winter- - Highly Sensitive |
4 |
1526 |
Winter- Highly Resistance |
5 |
1622 |
Winter- Highly Resistance |
6 |
729 |
هر نمونه بذر به مدت یک دقیقه در محلول هیپوکلریتسدیم یک درصد قرار داده شد و پس از چندین مرحله شستوشو با آب مقطر استریل، کشت شدند.
خاک و سترون کردن آن
خاک از نظر اسیدیته، شوری و بافت مورد بررسی قرار گرفت و پس از اطمینان از مناسب بودن خاک، کاملاً غربال شد تا مواد خارجی و کلوخههای بزرگ از آن حذف شود. سپس برای سترون کردن و حذف میکروارگانیسمهای موجود در خاک، از اتوکلاو استفاده شد. کیسههای خاک به مدت یک ساعت در دمای 121 درجه سانتیگراد قرار داده شدند.
شش والد و 15 نسل F1 در قالب طرح کاملا تصادفی با سه تکرار (گلدان) مورد آزمایش قرار گرفتند. در هر گلدان، سه بذر کشت شد و پس از سبز شدن، وقتی ارتفاع گیاهچهها حدودا 20 سانتیمتر شد (در مرحله دو برگی)، عملیات تلقیح روی گیاهچهها انجام گرفت. به هر گلدان نیم درصد وزنی حجمی مایه تلقیح اضافه شد و در گلخانه در شرایط نور طبیعی و در دمای 28-22 درجه سانتیگراد نگهداری شدند و هر روز یک بار و بسته به نیاز گیاهان آبیاری شدند. شش هفته پس از تلقیح، درصد سیاهشدگی طوقه بررسی شد و علاوه بر این، وزن خشک ساقه و ریشه، تعداد پنجه و عناصر پتاسیم (K)، روی (Zn)، آهن (Fe) و منگنز (Mn) اندازهگیری شدند. برای اندازهگیری عناصر، از دستگاه جذب اتمی استفاده شد.
سیاهشدگی ریشه و طوقه و شدت بیماری
روش نمرهدهی (اسکوردهی) برای صفت شاخص علایم بیماری بر اساس مقیاس صفر تا پنج به شرح زیر برای هر گیاه داخل گلدان انجام گرفت (Ownley et al., 2003).
صفر: ریشهها و طوقهها بدون لکه نکروزه، یک: ریشه دارای یک یا چند لکه نکروزه و طوقه فاقد علایم، دو: ریشه دارای لکههای ممتد نکروزه (نکروزه شدن بیشتر از 25 درصد و کمتر از 50 درصد ریشهها) و طوقه فاقد علایم، سه: نکروزه شدن بیشتر از 50 درصد ریشهها و سیاهشدگی طوقه، چهار: ریشهها تقریبا سیاهرنگ با توسعه 75 درصد سیاهشدگی طوقه . پنج: ریشه و طوقه سیاه و سبزخشکیدگی گیاه. Hakizimana et al. (2004) و Saeednia et al. (2012) هم به ترتیب نمرههای صفر تا پنج و صفر تا هفت برای ارزیابی مقاومت به ویروس رگهای گندم در نظر گرفتند.
همچنین درصد شدت بیماری (Disease Intensity) طبق رابطه (1) برآورد شد:
رابطه 1
تجزیههای آماری و پارامترهای ژنتیکی
تجزیه واریانس ژنوتیپها بر اساس طرح کاملا تصادفی، تجزیه به روش دوم گریفینگ ((Griffing, 1956b و مدل I (جدول 2)، تجزیه به روش هیمن-جینکز(Jinks & Hayman ,1953) و تجزیه و تحلیل گرافیکی انجام شد. تجزیه دادهها با نرمافزارهای SAS و Diallel 98 انجام گرفت و پارامترهای ژنتیکی با استفاده از امید ریاضی میانگین مربعات بر اساس مدل I (جدول 2) برآورد شدند.
وراثتپذیری عمومی (h2b) با رابطه 2 و وراثتپذیری خصوصی (h2n) با استفاده از رابطه 3 محاسبه شدند (Teklewold et al., 2005). برای محاسبه نسبت ژنتیکی، از رابطه 4 استفاده شد (Baker, 1978). در این روابط 2، 3 و4، بهترتیب بیانگر واریانس ترکیبپذیری عمومی و خصوصی میباشد. میانگین درجه غالبیت (ƌ) با رابطه (5) بهدست آمد. همچنین متوسط ژنهای دارای اثر مثبت و منفی (UV) با استفاده از رابطه 6، نسبت ژنهای غالب و مغلوب در والدین از رابطه 7، تعداد گروههای ژنی از رابطه 8 و واریانس افزایشی و واریانس غالبیت، بهترتیب از رابطههای 9 و 10 محاسبه شدند (Moghaddam & Amiri Oghan, 2010).
h2b = رابطه 2
h2n = رابطه 3
Gb= رابطه 4
ƌ = رابطه 5
رابطه 6
رابطه 7
رابطه 8
= رابطه 9
= رابطه 10
جدول 2- تجزیه واریانس ترکیبپذیری در روش دوم گریفینگ برای مدلهای ثابت (I) و تصادفی (II)
Table 2. Griffing method II combining ability analysis of variance for I and II models
E (MS) |
S.O.V |
|
Model II* |
Model I* |
|
General Combining Ability |
||
Specific Combining Ability |
||
Error |
* در مدل I، Ʃgi2: واریانس ترکیبپذیری عمومی و sij2 ƩƩ: واریانس ترکیبپذیری خصوصی، در مدل II، σ2s و :σ2g بهترتیب واریانس ترکیبپذیری خصوصی و ترکیبپذیری عمومی است. : واریانس خطا است
*: In model I, Ʃgi2: general combining variance and ƩƩ sij2: specific combining variance. In model II, σ2s and σ2g: specific and general combining variances, receptivity. : Error variance
نتایج و بحث
تجزیه دایآلل به روش گریفینگ
نتایج تجزیه واریانس صفات مورد مطالعه نشان داد که میانگین مربعات ژنوتیپها برای کلیه صفات به استثنای عناصر منگنز و آهن از نظر آماری معنیدار بودند. این امر نشاندهنده وجود تفاوتهای ژنتیکی ژنوتیپها در اکثر صفات مورد ارزیابی میباشد؛ بنابراین برای کلیه صفات به استثنای این دو عنصر میتوان تجزیه دایآلل را انجام داد (جدول 3). همبستگی بین شدت بیماری و نمره بیماری با سایر صفات مورد مطالعه نشان داد که شدت بیماری با صفت تعداد پنجه، وزن خشک ریشه و عناصر منگنز، روی و پتاسیم همبستگی معنیدار داشت (جدول 4). در غربالگری ذخایر توارثی گندم نان که در گلخانه صورت گرفت، مشخص شد که شدت بیماری همبستگی معنیداری با وزن خشک ریشه داشت و با افزایش شدت بیماری، وزن خشک ریشه کاهش یافت و نژادگان )ژنوتیپ (های پاییزه نسبت به نژادگانهای بهاره، مقاومت بالاتری به بیماری پاخوره داشتند و مقاومت به این بیمار،ی به اندازة شبکۀ ریشهای و تولید ریشههای اضافی بستگی داشت
(Gholizadeh Vazvani et al., 2015; 2016) . در این پژوهش نیز همبستگی بین شدت بیماری و وزن خشک ریشه معنیدار بود. عنصر منگنز با شدت بیماری همبستگی مثبت و معنیدار نشان داد و عناصر روی و پتاسیم با نمره بیماری و شدت بیماری همبستگی منفی و معنیدار نشان دادند که بیانگر این است که با افزایش عناصر روی و پتاسیم، شدت بیماری کاهش و مقاومت افزایش مییابد که با نتایج برخی از مطالعات انجام شده مبنی بر اینکه این عناصر در بیشتر موارد، باعث بهبود مقاومت به بیماری میشود، مطابقت داشت (Dordas, 2008). نقش عنصر روی در مقاومت به بیماریهای گیاهی، ایجاد ثبات و سلامت غشای سلولهای ریشه در برابر تنش اکسیداتیو است (Cakmak et al., 1998).
جدول 3-تجزیه واریانس صفات مورد مطالعه
Table 3. Analysis of variance of the studied traits
MS |
Df |
S.O.V |
||||||||
Dry stem weight |
Dry root weight |
Number of tillers |
Mn |
Zn |
K |
Fe |
Disease intensity |
Score of disease |
||
0.53** |
0.54** |
1.03** |
2519.85ns |
5489.81** |
0.25* |
53282.69ns |
1959.67** |
4.58** |
20 |
Genotype |
0.064 |
0.10 |
0.34 |
1924.69 |
795.88 |
0.13 |
54853.82 |
68.60 |
0.15 |
63 |
Error |
ns ، * و **: بهترتیب غیرمعنیدار و معنیدار در سطح احتمال پنج و یک درصد
ns, * and **: no significant and significant at 0.05 and 0.01 of probability levels, respectively.
جدول 4- ضرایب همبستگی بین صفات مورد مطالعه
Table 4. Correlation coefficient between traits under study
K |
Zn |
Mn |
Number of Tillers |
Dry root weight |
Disease intensity |
Dry weight of stem |
Score of disease |
Traits |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
Score of disease |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
-0.170ns |
Dry stem weight |
|
|
|
|
|
|
1 |
-0.148ns |
0.936*** |
Disease intensity |
|
|
|
|
|
1 |
-0.740*** |
0.881*** |
-0.124ns |
Dry root weight |
|
|
|
|
1 |
0.140ns |
-0.531*** |
0.215ns |
-0.460*** |
Number of Tillers |
|
|
|
1 |
-0.322* |
-0.278ns |
0.435** |
-0.360** |
0.469*** |
Mn |
|
|
1 |
0.171ns |
-0.368** |
-0.718*** |
-0.298* |
-0.669*** |
-0.290* |
Zn |
|
1 |
0.277* |
-0.321* |
0.013ns |
-0.333** |
-0.257* |
-0.229ns |
-0.330* |
K |
1 |
-0.246ns |
-0.017ns |
0.501*** |
-0.028ns |
-0.080ns |
0.093ns |
-0.197ns |
0.144ns |
Fe |
ns، *، **، ***: بهترتیب غیرمعنیدار و معنیدار در سطح پنج، یک و یک دهم درصد.
ns, * ,**, ***: no significant and significant at 0.05, 0.01, and 0.001 of probability levels, respectively.
ترکیبپذیری عمومی در صفات مرتبط با شدت بیماری پاخوره
تجزیه ترکیبپذیری برای صفاتی انجام شد که ابتدا در تجزیه واریانس ژنوتیپ معنیدار شدند و سپس همبستگی معنیداری با نمره و شدت بیماری داشتند؛ بنابراین عناصر منگنز و آهن در تجزیههای بعدی حذف شدند. با توجه به جدول 5 مشخص میشود که ترکیبپذیری عمومی و خصوصی برای کلیه صفات معنیدار شد، بجز عنصر پتاسیم و تعداد پنجه که در آنها، فقط ترکیبپذیری خصوصی معنیدار بود که بیانگر وجود اثرات افزایشی و غیرافزایشی ژن در کنترل ژنتیکی این صفات بود. اما در خصوص صفات تعداد پنجه و محتوای پتاسیم، فقط اثرات غیرافزایشی ژنها در کنترل آنها دخالت داشت.
با توجه به معنیدار بودن GCA، جزء افزایشی واریانس قابل توارث، در وراثت صفات مربوطه بجز عنصر پتاسیم و تعداد پنجه نقش داشت. همچنین معنیدار بودن میانگین مربعات SCA تمام صفات، نشاندهنده حضور قابل توجه جزء غیرافزایشی واریانس قابل توارث در تمام صفات بود. مقادیر ترکیبپذیری عمومی GCA والدین برای کلیه صفات محاسبه شد که در جدول 6 آمده است.
جدول 5-میانگین مربعات تجزیه گریفینگ صفات مورد مطالعه گندم در تلاقی دای آلل شش در شش
Table 5. Mean square of Griffing analysis of studied traits in 6 × 6 diallel cross
K |
Zn |
Number of Tillering |
Dry root weight |
Disease intensity |
score of disease |
df |
S.O.V |
0.25* |
5489.81** |
1.03** |
0.54** |
1959.67** |
4.58** |
20 |
Genotype |
0.22ns |
3998.02** |
0.55ns |
0.25* |
5148.74** |
12.24** |
5 |
GCA |
0.30* |
6865.13** |
1.38* |
70**.0 |
1271.82** |
2.91** |
15 |
SCA |
ns ، * و **: بهترتیب غیرمعنیدار و معنیدار در سطح احتمال پنج و یک درصد
ns, * and **: no significant and significant at 0.05 and 0.01 of probability levels, respectively.
جدول6- میزان ترکیبپذیری عمومی صفات در گندم در تلاقی دای آلل شش در شش برای صفات مختلف
Table 6. General combining ability of traits in wheat at 6 × 6 diallel cross for different traits
K |
Zn |
Number of Tillers |
Dry root weight |
Disease intensity |
score of disease |
Parent |
-0.14* |
-4.74ns |
0.10ns |
-0.0008ns |
2.50ns |
0.23ns |
1 (2109) |
-0.03ns |
-17.68** |
-0.019ns |
0.13* |
6.22** |
0.28* |
2 (1546) |
0.03ns |
-0.508ns |
0.019ns |
-0.12* |
-0.66ns |
-0.059ns |
3 (1528) |
0.10ns |
1.12ns |
-0.23* |
-0.04ns |
19.43** |
0.90** |
4 (1526) |
0.01ns |
16.66** |
0.13ns |
0.055ns |
-12.46** |
-0.70** |
5 (1622) |
0.02ns |
5.15* |
-0.005ns |
-0.015ns |
-15.03** |
-0.66** |
6 (729) |
ns ، * و **: بهترتیب غیرمعنیدار و معنیدار در سطح احتمال پنج و یک درصد
ns, * and **: no significant and significant at 0.05 and 0.01 of probability levels, respectively.
شدت بیماری و نمره بیماری: در مورد این صفات که نشان دهنده مقاومت و حساسیت است، آثار ترکیبپذیری عمومی والدین 1546، 1526، 1622 و 729 معنیدار بودند. با توجه به این که شدت بیماری پایینتر مد نظر بود، بنابراین مقادیر ترکیبپذیری منفی مطلوب بود. والدهای 1622 و 729 با بیشترین ترکیبپذیری منفی بهعنوان بهترین والدین از نظر مقاومت و والدهای 1546 و 1526 با بیشترین ترکیبپذیری مثبت بهعنوان حساسترین والدین شناخته شدند (جدول6).
تعداد پنجه: با در نظر گرفتن همبستگی منفی این صفت با شدت بیماری مشخص شد که مقادیر با ترکیبپذیری مثبت مدنظر بود، اما از آنجا که ترکیبپذیری عمومی برای این صفت معنیدار نشد، بنابراین هر اظهارنظری در مورد بهترین و یا بدترین والد ترکیبشونده در مورد این صفت نمیتواند معتبر باشد.
عنصر روی: با توجه به آن که این صفت دارای ضریب همبستگی منفی با شدت بیماری بود، بنابراین والدین با ترکیبپذیری مثبت در جهت کاهش شدت بیماری مناسب بودند. با توجه به این امر، والدین 1622 و 729 بهترین والدین از نظر ترکیبپذیری عمومی برای مقاومت بودند و والد 1546 از این نظر، ترکیبشونده مناسبی نبود.
عنصر پتاسیم: در این مورد نیز با توجه به همبستگی منفی آن با شدت بیماری، مقادیر مثبت ترکیبپذیری مناسب بود، اما چون آنالیز واریانس ترکیبپذیری عمومی برای این صفت مانند صفت تعداد پنجه معنیدار نشد، در مورد بهترین و یا بدترین ترکیبشونده عمومی اظهارنظری نشد.
آنچه از مجموع اثرات ترکیبپذیری عمومی با توجه به معنیدار بودن آثار و ضرایب مثبت یا منفی آنها ملاحظه میشود این است که والدین 1622 و 729 بهعنوان بهترین والدین ترکیبپذیر از لحاظ مقاومت به پاخوره بودند و والد 1526 بهعنوان حساسترین والد ترکیبپذیر انتخاب شدند.
ترکیبپذیری خصوصی در صفات مرتبط با شدت بیماری پاخوره
نمره بیماری و شدت بیماری: با توجه به مقادیر ترکیبپذیری خصوصی (جدول 7)، بیشترین ترکیبپذیری خصوصی مطلوب را هیبریدهای 1546×2109 و 1528× 1546 و 1526×1622 به خود اختصاص دادهاند و حساسترین هیبریدها 1528×2109 و 1526×2109 و 1622×1546 و 1526×1528 و 729×1526 و 729×1622 بودند. با توجه به اینکه والد 1622 از لحاظ کاهش شدت بیماری، بهترین والد با بیشترین GCA در جهت منفی بود و والد 1526 بدترین والد با بیشترین GCA در جهت مثبت بود، بنابراین این نتایج تا حدی دور از انتظار بود. به عبارت دیگر، در هیبرید 1622×1526 اثر مثبت والد 1622 بسیار بیشتر از اثر منفی والد 1526 بوده است.
تعداد پنجه: در خصوص این صفت، هیبریدهای 1528×2109 و 1528×1546و 1528×1622 و 1528×729 با توجه به مثبت و معنیدار بودن مقادیر SCA، بهترین هیبریدهای ترکیبپذیر و هیبریدهای 2109×1528و 1528×1526 و 1622×729 با ترکیبپذیری خصوصی منفی، بهعنوان بدترین هیبریدها در خصوص افزایش تعداد پنجه و کاهش شدت بیماری بودند. در عنصر روی، هیبریدهای دارای ترکیبپذیری مثبت و معنیدار مطلوب میباشند، بنابراین هیبریدهای 2109×1526، 1528×1546 و 1526×1622 بهعنوان بهترین ترکیبشوندههای خصوصی شناخته شدند که با بهترین ترکیبشوندههای خصوصی صفات نمره و شدت بیماری هماهنگی نسبی داشتند. هیبریدهای 1546×1528 و 1622×1526 با بیشترین ترکیبپذیری مثبت و معنیدار، بهعنوان بهترین هیبریدها از نظر محتوای پتاسیم شناسایی شدند که با بهترین هیبریدهای صفات نمره و شدت بیماری مطابقت داشتند.
در کلیه صفات، پایین بودن نسبت ژنتیکی بیکر، حاکی از تاثیر بیشتر اثرات غالبیت ژنها در مقایسه با اثر افزایشی در کنترل ژنتیکی صفات بود (جدول 8). در صفات نمره و شدت بیماری نسبت به سایر صفات، اثرات افزایشی، سهم بیشتری در تغییرات ژنتیکی داشتند. همچنین وراثتپذیری عمومی بالا و وراثتپذیری خصوصی پایین برای صفات، بیانگر نقش زیاد اثرات غالبیت و غیرافزایشی و سهم پایین اثرات افزایشی در کنترل صفات بود (جدول 8).
جدول 7- میزان ترکیبپذیری خصوصی صفات مختلف گندم نان در تلاقی دای آلل 6×6
Table 7. Specific combining ability of different bread wheat traits at 6 × 6 diallel cross
K |
Zn |
Number of Tillers |
Dry root weight |
Disease intensity |
score of disease |
Cross |
0.0008ns |
-32.90** |
-0.18ns |
0.36** |
1.99ns |
-0.22ns |
1 × 1 |
-0.003ns |
-10.64ns |
-0.04ns |
-0.09ns |
-19.64* |
-1.16** |
2 × 1 |
-0.13ns |
10.05ns |
-0.39* |
0.09ns |
17.83** |
1.04** |
3 × 1 |
-0.06ns |
82.42** |
-0.23ns |
-0.52** |
15.47** |
0.62** |
4 × 1 |
-0.10ns |
-22.08ns |
0.01ns |
0.26ns |
4.88ns |
0.11ns |
5 × 1 |
0.30ns |
6.07ns |
1.03** |
-0.29* |
-22.54** |
-0.16ns |
6 × 1 |
-0.22ns |
-21.74* |
-0.63** |
0.17ns |
12.47** |
0.76** |
2 × 2 |
0.32* |
31.89* |
0.75** |
-0.42** |
-15.63** |
-0.82** |
3 × 2 |
0.27ns |
-6.70ns |
0.13ns |
0.23* |
-11.23* |
-0.56** |
4 × 2 |
-0.17ns |
-9.27ns |
0.39ns |
-0.21ns |
25.32** |
1.27** |
5 × 2 |
0.01ns |
-35.21** |
0.03ns |
0.15* |
-3.76ns |
-0.25ns |
6 × 2 |
-0.26* |
24.32* |
-0.59** |
0.41** |
-13.73** |
-0.66** |
3 × 3 |
-0.18ns |
18.44ns |
-0.53* |
-0.17ns |
17.41** |
0.86** |
4 × 3 |
0.23ns |
-30.59* |
0.60* |
0.29* |
2.22ns |
0.12ns |
5 × 3 |
0.30ns |
18.86ns |
0.74** |
-0.42* |
5.62ns |
0.12ns |
6 × 3 |
0.08ns |
37.91** |
0.06ns |
0.29* |
-16.44** |
-0.70** |
4 × 4 |
0.35* |
94.41** |
0.36ns |
-0.22ns |
-9.54* |
-0.42** |
5 × 4 |
-0.39* |
-18.54ns |
0.14ns |
0.09* |
20.77** |
0.92** |
6 × 4 |
-0.25ns |
-9.61ns |
-0.31ns |
0.32** |
-20.15** |
-0.93** |
5 × 5 |
0.19ns |
13.22ns |
-0.74** |
-0.77** |
17.42** |
0.77** |
6 × 5 |
-0.59* |
-65.49** |
-1.20** |
1.25** |
-17.51** |
-1.40** |
6 × 6 |
ns ، * و **: بهترتیب غیرمعنیدار و معنیدار در سطح احتمال پنج و یک درصد
ns, * and **: no significant and significant at 0.05 and 0.01 of probability levels, respectively.
تجزیه به روش هیمن
برای انجام تجزیه به روش هیمن (Hayman,1954)، ابتدا باید وجود اثرات اپیستازی صفات را آزمون کرد. برای این منظور، معنیدار بودن ضریب رگرسیون wr (کوواریانس نتاج با والد غیرمشترکشان) روی vr (واریانس ردیفها) مورد آزمون قرارگرفت. معنیدار نبودن اختلاف ضریب رگرسیون wr روی vr با عدد یک، پیشفرضهای لازم برای به کارگیری مدل هیمن را که مهمترین آنها عدم وجود اثر اپیستاتیک ژنهای غیر آللی والدین مورد تلاقی میباشد را تایید مینماید.
جدول 8- برآورد پارامترهای ژنتیکی صفات مختلف کمی گندم در تلاقی دای آلل 6×6
Table 8. Estimation of genetic parameters of different quantitative traits of wheat at 6 × 6 diallel cross
K |
Zn |
Number of Tillers |
Dry root weight |
Disease intensity |
Score of disease |
S.O.V |
0.05625 |
2001.34 |
0.131 |
0.093 |
3175.08 |
7.55 |
g i2 |
2.552 |
91129.9 |
15.615 |
9.0 |
18066.37 |
41.44 |
S ij2 |
2.552 |
91129.9 |
15.615 |
9.0 |
18066.37 |
15.1125 |
dominance Variance |
0.1125 |
4002.68 |
0.2625 |
0.187 |
6350.17 |
41.44 |
Additive Variance |
0.042 |
0.042 |
0.0165 |
0.02 |
0.26 |
0.26 |
Baker’s ratio |
0.040 |
0.041 |
0.0161 |
0.0201 |
0.259 |
0.26 |
h2n |
0.95 |
0.99 |
0.97 |
0.98 |
0.997 |
0.99 |
h2b |
g2 i , S2 ij : بهترتیب واریانس ترکیبپذیری عمومی و خصوصی،h2n و h2b: بهترتیب وراثتپذیری خصوصی و عمومی
g2 i , S2 ij are and , respectively.h2n and h2b: narrow and broad sense heritabilities, receptivity.
بنابراین با توجه به جدول شماره 9، تجزیه واریانس و تجزیه گرافیکی هیمن برای صفات نمره بیماری (اسکور) و شدت بیماری انجام گرفت و پارامترهای ژنتیکی برآورد شدند. در صفات شدت بیماری و نمره بیماری فرضیات صادق بود و به عبارتی، مدل افزایشی- غالبیت کفایت میکرد. شیب خط رگرسیون (b) برای صفات اسکور و شدت بیماری، با عدد یک اختلاف معنیداری نداشت، پس میتوان گفت که در مورد این صفات، اثر غیرآللی وجود نداشت، اما برای سایر صفات، شیب خط رگرسیون دارای اختلاف معنیدار با یک بود که نشاندهنده از اثرات غیر آللی در کنترل صفات بود. بنابراین تجزیه واریانس به روش هیمن برای این صفات انجام شد که نتایج آن در جدول 10 آمده است. در این جدول، آمارههای a و b برای صفات مورد بررسی در سطح احتمال یک درصد معنیدار بود. شایان ذکر است که تجزیههای بعدی دادهها با استفاده از روش هیمن (Hayman, 1954)، برآورد vr و wr زمانی معتبر است که جزء bمعنیدار باشد. آمارههای a و bبه ترتیب، تنوع ناشی از عمل ژنها را با اثرهای افزایشی و غالبیت نشان میدهند. این آمارهها برآوردی از ترکیبپذیری عمومی و خصوصی هستند. آماره b به اجزای b1، b2، و b3 تفکیک میشود. جزء b1 مقایسه بین میانگین F1 ها و متوسط والدها را تعیین مینماید و نشاندهنده غالبیت یک طرفه (جهتدار) میباشد، یعنی این جزء متوسط هتروزیس را آشکار مینماید (Farshadfar, 1998; Sharma, 1998; Moghaddam & Amiri Oghan, 2010). جزء b2 نیز برای صفات شدت بیماری و اسکور بیماری در سطح احتمال یک درصد معنیدار بود. آماره یاد شده، هتروزیس خاص وابسته به هر والد را نشان میدهد. معنیدار شدن آن، یعنی فراوانی
آللهای غالب و مغلوب در والدین متفاوت بودند و توزیع نامتقارن ژنها را نشان میدهد.
جزء b3آن، بخشی از انحراف غالبیت را آزمون میکند که بیشترین جزء غالبیت است و برابر با مقدار
ترکیبپذیری خصوصی در روش گریفینگ است (Sharma, 1998; Singh & Singh, 1992; Moghaddam & Amiri Oghan, 2010). این جزء برای این صفات در سطح یک درصد معنیدار شد. برآورد شاخصهای آماری و اجزا ژنتیکی برای شدت بیماری و اسکور بیماری در جدول 11 آمده است.
جدول 9- نتایج آزمون ضریب رگرسیون مدل هیمن–جینکز صفات مورد مطالعه
Table 9. Hayman-Jinks regression test of studied traits
K |
Zn |
Dry root weight |
Disease intensity |
Dry stem weight |
Score of disease |
Parameter |
0.016 |
0.024 |
0.38 |
0.65 |
0.14 |
1.2 |
Regression |
0.04ns |
0.15ns |
3.53* |
2.81* |
0.67ns |
2.85* |
H0: β=0 |
2.75ns |
-6.53** |
6.2** |
1.52ns |
4.09* |
0.47ns |
H0: β =1:t |
ns ، * و **: بهترتیب غیرمعنیدار و معنیدار در سطح احتمال پنج و یک درصد
ns, * and **: no significant and significant at 0.05 and 0.01 of probability levels, respectively.
جدول 10- تجزیه واریانس صفات نمره بیماری و شدت بیماری بر اساس روش هیمن
Table 10. Variance analysis of disease score and index traits based on Hayman method
Disease intensity |
Score |
Df |
S.O.V |
5148.74** |
12.25** |
5 |
a |
1271.82** |
2.92** |
15 |
b |
1857.95** |
5.68** |
1 |
b1 |
1231.29** |
3.10** |
5 |
b2 |
1229.22** |
2.51** |
9 |
b3 |
**: معنیدار در سطح یک درصد.
**: Significant at 0.01 of probability level.
نتایج تجزیه واریانس ترکیبات اجزای ژنتیکی
در این جدول نشان دادکه آماره D (واریانس افزایشی) و آمارههای H1 و H2 (واریانس غیرافزایشی) معنیدار بود. در رابطه با صفت شدت بیماری و اسکور بیماری، اجزای افزایشی و غیرافزایشی واریانس ژنتیکی در کنترل این صفت دخالت داشتند، اما مقدار کمتر D نسبت بهH1 و H2نشان داد که جزء افزایشی واریانس ژنتیکی نسبت بهجزء غیرافزایشی در کنترل صفت مربوطه دارای اهمیت کمتری بود. در یک آزمایش دایآلل یک طرفه، نحوه توارث مقاومت به نژاد 134E182A+ زنگ زرد گندم را در شش رقم گندم مورد بررسی قرار دادند. بر اساس گزارش آنها، مقدار D نسبت به مقادیر H1 وH2 کمتر بود که نشاندهنده این است که جزء افزایشی نسبت بهجزء غیرافزایشی از اهمیت کمتری برخوردار بوده است (Ghannadha et al., 2004). میانگین درجه غالبیت برای صفت مزبور از یک بیشتر بود که بیانگر فوق غالبیت بود. توزیع نسبی ژنهای مثبت و منفی در صفات، کمتر از 25/0 بود. بنابراین میتوان عنوان کرد که فراوانی آللهای غالب و مغلوب در این صفات برابر نمیباشد. همچنین آماره F برای صفات مذکور معنیدار و مثبت بود که نشاندهنده فراوانی بیشتر ژنهای غالب در کنترل صفات یاد شده است. در مطالعه بر روی زنگ زرد گزارش شد که فراوانی ژنهای کاهشدهنده تیپ آلودگی (مقاومت بیشتر)، بیشتر از فراوانی ژنهای افزایشدهنده (مقاومت کمتر) آن میباشد (Zahravi et al., 2005). نسبت ژنهای غالب و مغلوب در جدول 11 برای صفت اسکور بیماری بیشتر از یک برآورد شده است، بنابراین بیشتر بودن آللهای غالب به مغلوب در بین والدین را نشان میدهد و نشاندهنده این است که ژنهای غالب و مغلوب بهطور متقارن بین لاینهای والدینی توزیع نشدند. وراثتپذیری خصوصی برای این صفات، حدود 52/0 بود، ولی وراثتپذیری عمومی برابر 97/0 بود که نشاندهنده این است که اثرات غالبیت در این صفات، از اهمیت زیادی برخوردار است. تجزیه گرافیکی هیمن در شکلهای 1 و 2 آمده است.
پراکنش والدها در طول خط رگرسیون، نشاندهنده حضور ژنهای غالب یا مغلوب و یا هر دو در والدین است. این پراکنش برای صفات شدت بیماری و نمره بیماری (شکلهای 1 و 2) نشان داد که والد 1622 در دورترین نقطه نسبت به محل برخورد خط رگرسیون با محور wr قرار گرفته است. در نتیجه والد 1622 برای صفات یاد شده حامل ژنهای مغلوب بود. والدهای 2109، 1528، 729 تقریبا در میانه خط رگرسیون قرار گرفتند و حامل ژنهای غالب و مغلوب بودند و والدهای 1546و 1526 در نزدیکی برخورد خط رگرسیون با محور wr قرار داشتند و دارای ژنهای غالب بیشتری برای کنترل صفات بودند.
با توجه به محل برخورد خط رگرسیون با wr، عمل فوق غالبیت در کنترل صفات نقش داشت. این نتایج با خصوصیات اعلام شده در جدول 1 برای والدین از نظر مقاوم و یا حساس بودن آنها مطابقت داشت و علاوه بر این، با نتایج حاصل از تجزیه میانگین نسل در تلاقیهای 1622×1526 و 164×1528 که در آن واریانس غالبیت خیلی بیشتر از افزایشی بود، مطابقت داشت (Dashti et al., 2020).
از طرفی، این الگوی پراکنش والدین در طول خط رگرسیون برای صفات شدت و نمره بیماری نشان میدهد که حساسیت با ژنهای غالب و مقاومت با ژنهای مغلوب کنترل میشود که با نتایج
Dashti et al. (2020) همخوانی دارد.
در مجموع با توجه به وراثتپذیری خصوصی و نسبت ژنتیکی پایین در صفات نمره و شدت بیماری میتوان گفت که بهنژادی این صفات در نسلهای اولیه، پاسخ مناسبی نمیدهد و گزینش پس از رسیدن به خلوص میتواند موثر باشد و میتوان از روشهای بالک، بالک تک بذر و دابل هاپلوئیدی در بهنژادی صفات استفاده کرد.
جدول 11- پارامترهای ژنتیکی هیمن- جینکز صفات اسکور بیماری و شدت بیماری
Table 11. Hayman- Jinks genetic parameters of disease score and intensity
Disease intensity |
Score of Disease |
Parameter |
904.9233** |
2.4349** |
D |
1312.6350** |
3.0120** |
H1 |
1051.0370** |
2.3476** |
H2 |
553.6569* |
1.7229** |
F |
0.20017 |
0.1948 |
UV |
1.204 |
1.112 |
Sqr Root (H1/D) |
0.627 |
1.9329 |
Ratio of dominant/ recessive genes |
0.972 |
0.973 |
h2b |
0.523 |
0.525 |
h2n |
ns ، * و **: بهترتیب غیرمعنیدار و معنیدار در سطح احتمال پنج و یک درصد
ns, * and **: no significant and significant at 0.05 and 0.01 of probability levels, respectively.
شکل 1- سهمی محدودکننده به همراه پراکنش والدین برای صفت شدت بیماری
Figure 1. Hayman's graphical chart for disease index
شکل 2- سهمی محدودکننده به همراه پراکنش والدین برای نمره بیماری
Figure 2. Hayman's graphical chart for score of disease
REFERENCES
REFERENCES