شناسايي QTLهاي اصلي و اپيستاتيك صفات مرتبط با عملكرد دانه در جمعيت خويش‌آميخته نوتركيب برنج (Oryza sativa L.)

Identification of main and epistatic QTLs for grain yield related traits in a recombinant inbred lines population of rice (Oryza sativa L.)

عملكرد دانه يك صفت پيچيده و يكي از اهداف اصلي مورد توجه در برنامه به‌نژادي برنج است. اين پژوهش به منظور شناسايي QTLهاي اصلي و اپيستاتيك عملكرد دانه و اجزاي عملكرد در يك جمعيت IR67017-180-2-1-2 / علي ­كاظمي (جمعيت IRA)، شامل 129 لاين خالص نوتركيب برنج F6 در دو منطقه (رشت و تنكابن) در سال 1394 اجرا شد. آزمايش مزرعه ­اي به صورت طرح آگمنت بر پايه طرح بلوك‌هاي كامل تصادفي با پنج شاهد و پنج تكرار انجام شد. نقشه پيوستگي جمعيت متشكل از 87 جفت نشانگر ريزماهواره (SSR) در دوازده گروه پيوستگي، 1356 سانتي مورگان از ژنوم برنج را با فاصله متوسط 15/58 سانتي‌مورگان بين دو نشانگر مجاور پوشش داد. تجزيه QTL به روش مكان­يابي فاصله­اي مركب، در مجموع تعداد 13 QTL اصلي روي شش كروموزوم براي پنج صفت مورد مطالعه شناسايي كرد. مكان­هاي ژني،qTN3 با تبيين تنوع فنوتيپي 13/9 درصد براي تعداد پنجه، qFG4 با 11/6 درصد براي تعداد دانه‌ پر در خوشه و qGY6 با 6/15 درصد براي عملكرد دانه، داراي اثر افزايشي مثبت بودند. مكان ژني qSG1 با توجيه تنوع فنوتيپي 19/9 درصد، داراي اثر افزايشي منفي روي تعداد دانه پوك در خوشه بود، بنابراين مي‌توان از اين مكان­­ هاي ژني با اطمينان بيشتري در برنامه‌هاي به­ نژادي جهت بهبود عملكرد دانه استفاده كرد. برهم كنش QTL (افزايشي) با محيط براي عملكرد دانه و تعداد دانه پوك درخوشه معني‌دار ولي براي ساير صفات غيرمعني­دار بود. در مجموع 18 جفت QTL با اثرات اپيستاتيك (افزايشي× افزايشي) معني­دار براي تمام صفات مورد مطالعه شناسايي شدند. بيشترين اثرات اپيستاتيك مربوط به عملكرد دانه و تعداد دانه پوك درخوشه با تعداد شش جفت QTL براي هر صفت بود. فقط بين مكان­هاي ­ژني qSG1-2 و qSG6 براي تعداد دانه پوك درخوشه، برهمكنش اپيستاتيك معني­دار با محيط وجود داشت كه 3/4 درصد از تنوع فنوتيپي را توجيه كرد. چند مكان ژني كه همزمان چندين صفت را كنترل مي­كردند به صورت خوشه ژني بين عملكرد دانه با تعداد خوشه و تعداد دانه‌ پر در خوشه شناسايي شدند. بر اساس نتايج اين آزمايش نشانگر‌هاي RM7551، RM3417 - RM8218 و RM283 RM5302- با فاصله 2/0 تا پنج سانتي‌مورگان به ترتيب به عنوان نشانگرهاي پيوسته با QTLهاي qGY6، qFG4 و qSG1 شناسايي شدند كه مي‌توانند در برنامه به‌نژادي انتخاب به كمك نشانگر در برنج مورد توجه قرار گيرند.

Rice yield as a complex trait is the main target in most rice breeding programs. To map the main and epistatic QTLs controlling grain yield and yield components, an experiment was carried out using a 129 F6 recombinant inbred lines population (IRA population) originated from a cross between Alikazemi / IR67017-180-2-1-2, in 2015 growing season in two locations, Rasht and Tonekabon, Iran. The experimental design was augmented design arrangment with five check cultivars in randomized complete block design with five replications. Analysis of variance showed that the linkage map consisted of 87 Single Sequence Repeats (SSRs) covering 1356.0 cM of rice genome in 12 linkage groups with an average distance of 15.58 cM spamming two markers. The results of combined analysis of variance for two locations, using composite interval mapping method, identified a total of 13 main QTLs on rice chromosomes for five measured traits. The qTN3 with 13.9% for tiller number per plant, the qFG4 with 11.6% for filled grain per panicle and the qGY6 with 15.6% for grain yield had significant positive additive effect. Furthermore, the qSG1 with 19.9% phenotypivc variation had a negative additive effect on the number of unfilled grain.panicle-1. These finding suggest that these QTLs can be used in rice breeding programs for improving grain yield. The interaction between additive effect (A) of QTLs and environment (E) was significant on grain yield and number of unfilled grain.panicle-1, but it was not significan on other traits. A total of 18 QTL pairs with significant additive × additive (AA) epistatic effect were identified for all traits. The highest epistasic effects were related to grain yield and number of unfilled grain.panicle-1 with six pairs of QTLs for each of these traits. Only one of the epistatic effects between qSG1-2 and qSG6 had significant AAE effect with a R2aae = of 3.4%. In addition, some QTLs were identified as three gene clusters controlling the grain yield, number of tiller.plant-1 and number of filled grain.panicle-1. Furthermore, five microsatellite markers including RM7551, RM8218-RM3417 and RM5302- RM283 0.2 to 5 cM distance from were identified as linked markers with qGY6, qFG4 and qSG1, respectively. These markers can be considered in the marker-assisted rice breeding program.