دانلود پایان نامه ارشد :مکانیابی و اعتبارسنجی ژنهای کمّی کنترلکننده تحمل به شوری در مرحله گیاهچهای در برنج | ... | |
اساتید راهنما: (در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است) تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه : (ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است) چکیده شوری رشد گیاه را در مراحل مختلف از جوانهزنی تا رسیدن كامل به درجات مختلف تحت تأثیر قرار میدهد. برنج به شوری نسبتاً حساس میباشد. تحمل به شوری یك صفت پیچیده ژنتیكی و فیزیولوژیكی و دارای توارث كمی است. به منظور مكانیابی و اعتبارسنجی QTLهای مرتبط با تحمل به شوری بر روی کروموزومهای 1 و 10 در مرحله گیاهچهای و تعیین سهم هر مکان ژنی در تنوع فنوتیپی، 80 لاین از جمعیت اینبردلاین نوترکیب، حاصل تلاقیIR29 به عنوان والد حساس وPokkali به عنوان والد متحمل، مورد مطالعه قرارگرفتند. پس از بررسی چند شکلی در والدین در نهایت 15 نشانگر چندشکل علاوه بر ناحیه Saltol و ناحیه زیر Saltol و نیز روی کروموزوم 10 نظر به اهمیت آن در تحمل به شوری، استفاده گردیدند. کروموزوم 1 با طول نقشه كروموزومی 03/55 سانتیمورگان با متوسط فاصله 7/7 سانتیمورگان و کروموزوم 10 با طول نقشه كروموزومی 85/18 سانتیمورگان با متوسط فاصله 65/9 سانتیمورگان نقشهیابی شدند. برای صفات پتاسیم، سدیم، نسبت سدیم به پتاسیم و امتیاز تحمل به شوری روی کروموزم 1 QTLهایی بهدست آمد که برای صفت پتاسیم 2 QTL بزرگاثر، برای صفت سدیم یک QTL بزرگاثر، برای نسبت سدیم به پتاسیم دو QTL و برای امتیاز تحمل به شوری 2 QTL بزرگاثر شناسایی گردید كه دارای اثرات افزایشی بودند. همچنین نتایج مطالعه 20 رقم برنج ایرانی همراه با دو شاهد Pokkali و IR29 تحت تنش شوری با هدایت الکتریکی (0، 6 و 10 دسی زیمنس بر متر) از نظر وضعیت QTLهای بررسی شده روی کروموزوم 1 از نظر صفات مختلف نشان داد که اختلاف بسیار معنیداری بین ژنوتیپها وجود دارد. تجزیه خوشهای با ضریب تشابه جاکارد و استفاده از روش UPGMA، ارقام را به 3 گروه حساس، نیمه متحمل و متحمل طبقهبندی کرد. با استفاده از QTL بزرگاثر Saltol برای تحمل به شوری بر روی کروموزوم 1 که در رقم Pokkali نقشهیابی شده، به عنوان مرجع تنوع هاپلوتایپی، ژنوتیپها به 12 گروه هاپلوتیپی مختلف بر اساس QTL ناحیه Saltol طبقهبندی شدند. علیرغم معنیدار بودن نشانگرهای مولکولی ناحیه Saltol، نتایج بیانگر این بود که پتانسیل ژرمپلاسم برنجهای ایرانی جهت یافتن ژنهای جدید تحمل، به غیر از ناحیه Saltol، در القاء تحمل به شوری بسیار مهم میباشند. کلمات کلیدی: برنج، مرحله گیاهچهای، جمعیت اینبرد نوترکیب، مکانیابی QTL، تنوع هاپلوتیپی فهرست مطالب فصل اول 1-1 مقدمه و اهداف.. 2 1-2- آشنایی باگیاه برنج. 8 1-2-1- تاریخچه کشت برنج. 8 1-2-2- پیشینه برنج درایران. 8 1-2-3- سطح زیر کشت برنج در ایران. 8 1-2-4- ژنتیک و گیاهشناسی برنج. 9 1-2-5- طبقهبندی زراعی برنج. 10 1-2-6- واریتههای محلی و پرمحصول. 10 1-2-7- اندامهای رویشی گیاه برنج 10 1-2-8- اندامهای زایشی گیاه برنج. 11 1-2-9- خواص دانه برنج. 12 1-2-10-مدت رویش گیاه 13 1-2-11- شرایط محیطی مناسب برای رویش برنج. 13 1-2-12- اهمیت اقتصادی برنج. 14 1-3- مروری بر شوری. 14 1-3-1- تعریف شوری. 15 1-3-2- مشکلات ناشی از شوری در گیاهان. 16 1-3-3- اثرات شوری. 17 الف- اثر شوری بر جوانه زنی گیاه 17 ب- اثر شوری بر رشد رویشی. 17 ج- شوری و فتوسنتز. 18 د- اثر شوری بر غلظت قندهای احیا شونده 19 1-3-4- چگونگی درک تنش در گیاه 19 1-3-5- مکانیسمهای تحمل به شوری. 20 الف- کنترل شوری در سطح گیاه کامل. 20 ب- کنترل شوری در سطح سلولی. 21 ج- کنترل شوری در سطح مولکولی (مکانیسم ژنتیکی تحمل به شوری) 23 1-3-6- علایم شوری و تأثیر آن بر رشد گیاه برنج. 24 1-3-7- تحمل به شوری در گیاه برنج. 24 1-3-8- اصلاح تحمل به شوری. 27 1-3-9- ضرورت اصلاح تحمل به شوری. 28 1-3-10- تنوع ژنتیکی در تحمل به شوری. 29 1-3-11- ارزیابی تحمل به شوری. 30 1-3-12- رهیافت بیوتکنولوژیکی برای تحمل به شوری. 31 1-4- نشانگرهای مورد استفاده در تجزیه QTL. 33 1-4-1- نشانگرهای ژنتیكی. 33 1-4-1-1- نشانگرهای مورفولوژیكی. 33 1-4-1-2- نشانگرهای مولكولی. 34 الف – نشانگرهای بیوشیمیایی. 34 ب- نشانگرهای DNA. 35 1-5- نشانگرهای SSR. 37 1-5-1- مزایا و خصوصیات نشانگرهای SSR. 38 1-5-2-كاربردهای ماركر SSR. 39 1-6- نشانگرهای مبتنی بر ژنهای كاندید. 39 نقشههای پیوستگی ژنتیکی. 40 1-8- تجزیه ژنتیکی صفات کمی. 41 1-9- اصول مکانیابی QTL. 41 1-9-1- جمعیتهای در حال تفرق 41 1-9-2 مقایسه انواع مختلف جمعیتهای نقشهیابی. 43 1-9-3- روشهای آماری برای مکانیابی QTL. 45 الف- روشهای مبتنی بر صفت.. 45 ب- روش های مبتنی بر نشانگر. 46 1-10- روش تجزیه تک نشانگری. 46 1-11- روش نقشهیابی فاصلهای. 46 1-12- نقشهیابی فاصلهای مركب 47 1-13- نرمافزارهای مورد استفاده در تجزیه QTL. 51 1-14- انتخاب به کمک نشانگر. 53 1-15- تنوع هاپلوتیپی. 54 فصل دوم 2-1- تهیه نمونههای گیاهی. 56 2-2- ارزیابی فنوتیپی جمعیت اینبرد نوترکیب.. 56 2-3- ارزیابی فنوتیپی ارقام ایرانی. 58 2-4- استخراج DNAژنومی. 59 2-4-1- تعیین كمیت و كیفیت DNA. 60 2-4-1-الف- روش اسپكتروفتومتری. 60 2-4-1-ب- روش الكتروفورز ژل آگاروز 61 2-5- ریزماهوارهها 61 2-6- محتویات و برنامه واکنش زنجیره ای پلیمراز(PCR) 63 2-7- تهیه ژل پلیاکریلآمید. 64 2-8- الکتروفورز و رنگآمیزی. 65 2-9- تجزیه آماری دادهها 65 2-9-1- بررسی تنوع ژنتیکی ارقام ایرانی. 65 2-9-2- ترسیم نقشه یابی ژنتیکی و مکان یابی QTLها 67 فصل سوم 3-1- مکانیابی ژنهای کنترلکننده تحمل به شوری در جمعیت اینبرد نوترکیب برنج. 69 3-1-1- ارزیابی فنوتیپی جمعیت اینبرد نوترکیب.. 69 3-1-2- ترسیم نقشه پیوستگی. 73 3-1-3- نتایج تجزیه تک نشانگری. 74 3-1-4- نتایج مکانیابی فاصلهای مرکب.. 75 3-2- بررسی تنوع هاپلوتایپی ناحیه Saltol و ناحیه پایین آن در ارقام برنج ایرانی. 79 3-2-1- ارزیابی تنوع فنوتیپی ارقام برنج ایرانی. 79 3-2-2- ارزیابی ارقام برنج ایرانی با استفاده از شاخصهای تحمل به شوری. 87 3-2-3- بررسی تنوع هاپلوتایپی ناحیه کروموزومی Saltol ارقام برنج ایرانی. 91 پیشنهادات.. 95 منابع و مآخذ: 96
1-1- مقدمه و اهداف طبق آخرین پیشبینیهای سازمان ملل متحد، جمعیت جهان تا سال 2025 به 8 میلیارد نفر و تا سال 2050 به 9/8 میلیارد نفر خواهد رسید. سالانه حدود 80 میلیون نفر به جمعیت جهان افزوده میشود و97 درصد افزایش جمعیت در کشورهای در حال توسعه میباشد. بنابراین تا سال 2025 نیاز به تولید غذا دو برابر خواهد شد. این پدیده منجر به افزایش فشار به محیط زیست میگردد و امنیت غذایی کشورهای در حال توسعه بیش از سایر کشورها تحت تأثیر قرار میگیرد. تنشهای غیرزنده عامل مهم کاهش 71 درصدی عملکرد محصولات زراعی در سطح جهان بوده که برای تنش خشکی 17 درصد، شوری 20 درصد، دمای بالا 40 درصد، دمای پایین 15 درصد و سایر عوامل 8 درصد تخمین زده شده است (کافی، 2009). به منظور افزایش بهرهوری در کشور ایران نیز باید به بخش کشاورزی به عنوان یکی از بخشهای مهم و عمده فعالیت اقتصادی در کشور توجه داشت. زیرا این بخش در حال حاضر حدود 15 درصد از تولید ناخالص داخلی، 21 درصد از اشتغال و 22 درصد از صادرات غیر نفتی کشور را به خود اختصاص می دهد. همچنین طبق گزارش شبکه خبری صنایع غذایی ایران در سال 1386، حدود 80 درصد عرضه مواد غذایی و 90 درصد نیازهای واحدهای صنایع تبدیلی را طی دهه اخیر تأمین كرده است (تهامیپور و شاهمرادی، 1386). در این راستا بهرهگیری از منابع حاشیهای و غیر متعارف، از جمله منابع آب و خاک شور در دستور کار اغلب کشورهای جهان که دارای این منابع عظیم بوده قرار گرفته است. پیشرفتها و توسعه فنآوریهای مختلف در امور کشاورزی میتواند بهرهوری از این منابع محدود را بهبود بخشد (فلاورز، 2004). شوری یکی از چالشهای مهم جهت تولید محصولات زراعی به ویژه در کشورهایی است که کشاورزی از طریق آبیاری انجام میگیرد (کافی، 2009). نزدیک به یک سوم زمینهای تحت آبیاری جهان شور است و خاکهای تحت تأثیر شوری حدوداً 106×950-400 هکتار تخمین زده میشوند که این میزان به دلیل کمبود آبهای شیرین و استفاده از آبهای با کیفیت پایین، همواره در حال افزایش است (شانون، 1984 و فلاورز، 2004). در واقع پنج درصد اراضی زراعی دنیا و نود درصد شالیزارهای دنیا بهنوعی تحت تاثیر شوری هستند (فلاورز و همکاران، 1986) که بیشتر آن در آسیا است (اکبر و همکاران، 1986). ایران از جمله کشورهایی است که در بسیاری از نقاط آن مشکل شوری و عدم زهکشی مناسب اراضی دیده میشود. تقریباً 15 درصد سطح اراضی ایران با 25 میلیون هکتار تحت تأثیر نمک با درجات مختلف قرار گرفته است (پذیرا و صادق زاده، 1998). بخش اعظم خاکهای شور کشور و خصوصاً اراضی تحت کشت برنج، دارای غلظت بالایی از نمکهای محلول مثل سدیم و پتاسیم
هستند (فتوکیان، 1384). این امر میتواند کشت بسیاری از محصولات زراعی را محدود کند و با توجه به مشکلات ذکر شده کمبود مواد غذایی و انرژی و نیز اینکه فقط 20 گونه زراعی، بخش عمده انرژی مورد نیاز دنیا را تأمین میکند و 50 درصد این نیاز نیز از 8 گونه از غلات تأمین میشود لذا، توجه به افزایش تولید غلات خصوصاً گندم و برنج که بیش از یک سوم زمینهای زیرکشت به تولید آن اختصاص یافتهاست، مدنظر میباشد. ازطرفی رشد و عملکرد گیاهان زراعی در بسیاری از مناطق دنیا توسط تنشهای محیطی زنده و غیرزنده متعدد محدود میگردد. در چنین شرایطی ساده ترین راه استفاده از اراضی شور (انصاری و همکاران، 2001)، شناخت، انتخاب و اصلاح گیاهان زراعی مقاوم به شوری است که در این راستا اصلاح تحمل به شوری توسط محققین زیادی مطالعه شده است (مونز و همکاران، 2008). برنج از غلات بسیار مغذی و پرمصرفترین غذای دو سوم جمعیت جهان محسوب میشودکه پس از گندم یکی از مهمترین محصولات زراعی است و تولید آن بخش قابل توجهی از برنامه تأمین غذایی و خودکفایی را در بر دارد. ویژگیهای خاص برنج، آن را به یک مادهی غذایی پرمصرف، برای تأمین نیازهای غذایی تبدیل کردهاست (اسمیت و دیلدی، 2002). برنج غذایی از دستهی کربوهیدراتهای پیچیده است که نسبت به غذاهای کربوهیدراتی ساده، حاوی ویتامینها، مواد معدنی و فیبر بیشتری میباشد. حداقل نیمی از کالری مصرفی، باید از کربوهیدراتهای پیچیده مانند برنج تأمین گردد. در واقع 90 درصد کالری برنج ناشی از کربوهیدرات آن است و در هرم غذایی جزء گروه “نان و غلات” محسوب میشود (یزدیصمدی، 1380). به علت محدود بودن زمینهای قابل استفاده در زراعت برنج، تولید آن از طریق افزایش محصول در واحد سطح مد نظر قرار میگیرد. در ایران صرفنظر از اراضی مرغوب در جلگههای استان مازندران، گیلان و دشت خوزستان، برخی مناطق كم بازده ساحلی و بخشی از اراضی، متأثر از شوری املاح موجود در خاك میباشند. بنابراین زارعین برنجکار، به استفاده از اراضی کمبازده و از جمله زمینهای شور روی آوردهاند كه این امر برای ارقام غیرمتحمل به شوری مشكلاتی ایجاد میكند(کاووسی، 1380). زراعت گیاه برنج غالباً در شرایط غرقابی انجام میگیرد كه در برابر شوری و ph بالای خاك نیز حساس است (بابائیانجلودار، 1378). گزارش شدهاست كه برنج به شوری نسبتاً حساس میباشد و در مراحل مختلف رشد، تحمل متفاوتی به شوری نشان میدهد که بیشترین حساسیت آن در مراحل اولیه گیاهچهای (3-2 برگی) بوده است.علاوه بر آن در مرحله گردهافشانی و لقاح نیز به شوری حساس میباشد (فلاورز و یئو، 1988). اثرات شوری كه ناشی از تجمع یونهای منیزیم، كلسیم، كلر و سولفات است میتواند سبب تأخیر در جوانهزنی و رشد گیاهچه، تأخیر در گلدهی و افزایش خوشهچههای پوك میشود، كه تمامی موارد ذكر شده تحت تأثیر بر هم خوردن تعادل اسمزی، تجمع و سمیت یونی، كاهش فعالیتهای متابولیكی و تعدیل ظرفیت فتوسنتزی حاصل میگردد (فلاورز، 2004، لی و همکاران، 2003). تلاش برای كاهش شوری خاك با استفاده از روشهای مكانیكی و اصول بهزراعی مانند آبیاری، زهكشی و اصلاح خاك معمولاً كاربردی نبوده و از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نمیباشد و برای تداوم زراعت برنج در این نواحی به واریتههای متحمل با توانایی بیشتر در برابر تنش شوری نیاز میباشد (كاووسی، 1380). بنابر پیچیدگی صفت تحمل به شوری در گیاه، اصلاح این صفت با روشهای متداول اصلاح با مشکل مواجه بوده و موفقیتهای به دست آمده در گذشته به دلیل پیچیدگی کار برای اصلاح تحمل به شوری (شان و همکاران، 1994) و پیچیدگی آثار متقابل شوری با عوامل محیطی و فقدان روش گزینشی کارآمد، چندان قابل توجه نبودهاست (گریگوریو، 1997). بسیاری از محدودیتهای روشهای مختلف اصلاحنباتات ریشه در فقدان ابزارهای مناسب برای مطالعات ژنتیکی دارد. وجود ماهیت کمی صفات اقتصادی در محصولات کشاورزی موجب شد که محیط، بسیاری از برآوردهای ارزشهای اصلاحی را تحت تأثیر قراردهد، لذا استفاده از ابزارهایی که حداقل تأثیرپذیری را از محیط دارند گام مؤثری در افزایش پیشرفتهای ژنتیکی مورد استفاده می باشد. جستجوی نشانگرهای مولکولی مشکلات مربوط به مطالعه و نقشهیابی ژنوم در گیاهان عالی و در حقیقت مشکلات ژنتیک را حل کردهاست. در نقشهیابی ژنتیکی، محدودیت تعداد نشانگرهای مورفولوژیکی مورد استفاده در ژنتیک کلاسیک مشکلساز میباشد و نیز نشانگرهای مورفولوژیکی ژنها فقط قسمت کوچکی از ژنوم را پوشش میدهند، بنابراین بعضی از نواحی کروموزومی برای نقشهیابی خارج از دسترس قرار میگیرند. علاوه بر این، صفات مورفولوژیکی نوعی توارث پیچیده دارند که به شدت تحت تاثیر شرایط محیطی قرار میگیرند (کولینز و همکاران، 2004 و رافالسکی، 2002). به دلیل پیچیدگیهای صفات کمی، ژنتیك دانان و به نژادگران گیاهی، اطلاعات اندكی از تعداد ژنها، جایگاه كروموزومی آنها و سهم نسبی شركت هر یك از ژنها در تظاهر و توزیع فنوتیپی یك صفت كمی دارند. نقشهیابی ژن های کمی میتواند این مدل پیچیده ژنتیكی را به اجزای ژنتیكی منفرد تجزیه نماید که در این صورت صفات كمی نیز با كارآیی صفات تك ژنی مطالعه خواهند شد (لندر و بوتستین، 1989 و پاترسون و همکاران، 1988). نشانگرهای DNA ابزار مناسبی هستند که بر اساس آن میتوان جایگاه ژنی وکروموزومی ژنهای تعیینکننده صفات مطلوب را شناسایی کرد. با در دست داشتن تعداد زیادتر نشانگر، نقشههای ژنتیکی کاملتری را میتوان تهیه نمود که پوشش کاملی را در تمام کروموزومهای گیاهان به وجود میآورد. استفاده از نشانگرها، موجب افزایش اطلاعات مفید و مناسب از جنبههای پایه وکاربردی اصلاحنباتات خواهدگردید (گویمرز و همکاران، 2007). اصول نشانمند کردن DNA بر مبنای آشکارسازی چند شکلیهای مستقیم در سطح ساختار اولیه مولکول DNA میباشد. حضور تعداد زیادی از نشانگرهای مولکولی توزیع شده در همه ژنوم محققان را قادر به ترسیم نقشه ژنهای دلخواه به طور مؤثر مینماید. نشانگرهای مولکولی تجزیه ژنتیکی فنوتیپهای وابسته به اثرات متقابل مکانهای ژنی مختلف را تسهیل مینمایند. نقشه پیوستگی دقیق نشانگرهای مولکولی مربوط به هر ناحیه حامل ژن، برای کلون کردن یک ژن دلخواه و برای تشخیص وجود آن در جمعیت تحت انتخاب، ضروری است. یکی از کاربردهای مهم نشانگرهای مولکولی استفاده از آن برای مطالعه و تعیین محل استقرار مکانهای ژنی کنترلکننده صفات کمّی[1](QTL) میباشد، نظیر وزن دانه، اندازه دانه، محتویات پروتئین، زمان گلدهی، و مقاومت به تنشهای محیطی که صفاتی مهم برای انتخاب گیاهان زراعی جهت اصلاح میباشند. البته گاهی اوقات مشکلاتی برای دستورزی آنها در برنامههای انتخاب وجود دارد، زیرا اساس ژنتیکی آنها به خوبی مطالعه نشدهاست. انتخاب به کمک نشانگرهای مولکولی([2](MASنیز راهحلی است که دستآورد زیست شناسان مولکولی
[یکشنبه 1398-07-14] [ 08:48:00 ق.ظ ]
لینک ثابت |