اساتید راهنما:
دکتر قاسم محمدی­نژاد
دکتر حسین شاهسوند حسنی
برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(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