بررسي تنوع ژنتيكي ژنوتيپ‌هاي برنج با استفاده از نشانگرهاي ريزماهواره و ارتباط آنها با صفات مرفولوژيك مرحله گياهچه اي تحت شرايط نرمال و تنش خشكي

Assessing genetic diversity of rice genotypes using microsatellite markers and their relationship with morphological characteristics of seedling stage under non- and drought-stress conditions

انتخاب به كمك نشانگر، يكي از مهم ترين كاربردهاي نشانگرهاي مولكولي به ويژه در راستاي ايجاد ژنوتيپ هاي متحمل به تنش هاي محيطي در گياهان زراعي است. در اين پژوهش، گياهچه هاي 22 ژنوتيپ برنج تحت دو شرايط كشت (نرمال و تنش خشكي حاصل از مانيتول) در قالب يك آزمايش فاكتوريل با طرح پايه كاملاً تصادفي با سه تكرار در اطاقك رشد دانشكده كشاورزي دانشگاه گنبد كاووس در سال 1391 ارزيابي و صفات طول و وزن خشك ريشه و اندام هوايي اندازه گيري شدند. نتايج تجزيه واريانس داده ها نشان داد كه برهمكنش ژنوتيپ×شرايط كشت براي تمامي صفات اندازه گيري شده معني دار بود. اين نتيجه نشان دهنده واكنش متفاوت ژنوتيپ ها در دو شرايط كشت و نيز وجود تنوع ژنتيكي بين ژنوتيپ‌هاي مورد بررسي براي صفات ارزيابي شده در مرحله گياهچه‌اي بود. براي بررسي تنوع مولكولي بين ژنوتيپ ها، DNA ژنومي نمونه ها استخراج و توسط 22 جفت آغازگر ريزماهواره پيوسته با صفات مقاومت به خشكي تكثير شد. در مجموع، تعداد 106 آلل مشاهده شد كه تعداد آلل‌هاي مشاهده شده در هر جايگاه از 2 تا 7 آلل متغير و متوسط آن 82/4 آلل بود. محتواي اطلاعات چندشكل (PIC) براي نشانگرهاي مختلف از 29/0 تا 82/0 با ميانگين 64/0 و ميزان تنوع ژني از 351/0 تا 840/0 با ميانگين 686/0 بود. فاصله ژنتيكي بين ژنوتيپ‌هاي مورد مطالعه نيز در محدوده 23/0 تا 99/0 محاسبه شد. تجزيه خوشه‌اي بر اساس نشانگرهاي ريزماهواره، ژنوتيپ‌هاي مورد مطالعه را در دو گروه قرار داد. نتايج تجزيه به مختصات اصلي نشان داد كه ده مولفه اول در مجموع 51/98 درصد از تنوع كل جمعيت را توجيه مي كنند. گروه بندي ژنوتيپ‌ها بر اساس دو مولفه اول آنها را در چهار گروه قرار داد. نتايج اين گروه‌بندي‌ها بيانگر مناسب بودن نشانگرهاي ريزماهواره براي نشان دادن تنوع ژنتيكي بين ژنوتيپ‌هاي برنج بود. به منظور شناسايي نشانگرهاي آگاهي بخش موثر بر صفات مرفولوژيك از تجزيه رگرسيون استفاده شد و در مجموع شانزده نشانگر آگاهي بخش در هر دو شرايط كشت شناسايي شدند كه پيشنهاد مي شود از اين نشانگرها در برنامه-هاي به نژادي تحمل به خشكي استفاده شود.

Marker assisted selection is one of the important applications molecular markers especially in creation of tolerant genotypes to environmental stresses in crop plants. In this research, seedlings of twenty two rice genotypes were investigated under two culture conditions (normal and drought stress via Manitol) on the basis of completely randomized factorial experiment with three replications at growth chamber of Faculty of Agriculture and Natural Resources, Gonbad Kavous University, Iran, in 2012, and root and shoot length and dry weight were measured. Analysis of variance showed that genotype×culture condition interactions were significant for all measured traits. This result revealed different reaction of the studied genotypes under two culture conditions and genetic diversity among the genotypes in seedling stage. To investigate the molecular diversity among the genotypes, genomic DNA was extracted amplified using 22 microsatellite markers linked to drought tolerance. In total, 106 alleles were detected with the number of 2-7 alleles and the average of 4.28 alleles per locus. The polymorphic information content (PIC) varied from 0.29 to 0.82 with the average of 0.64 and the gene diversity ranged from 0.351 to 0.840 with the average of 0.686. Genetic distance among the studied genotypes was also calculated in the range of 0.23 to 0.99. Cluster analysis using microsatellite data grouped the genotypes in two clusters. Result of principal component analysis showed that the first 10 principal components explained 98.51% of the total variation. Grouping of the genotypes according to first and second principal components assigned the studied genotypes into four groups. Results of these grouping methods demonstrate the suitability of the microsatellite markers to assess the genetic diversity among the rice genotypes. To identify the informative (positive) markers affecting the morphological characteristics, regression analysis was performed. A total of 16 informative markers were detected under both culture conditions which are recommended for drought tolerance in the breeding programs.