ارزیابی تنوع ژنتیکی و پتانسیل تحمل به تنش شوری ژنوتیپ‌های گلرنگ (Carthamus tinctorius L.) با استفاده از نشانگر مولکولیSCoT و شاخص‌های جوانه‌زنی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه ژنتیگ و به‌نژادی گیاهی، واحد خرم آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، خرم آباد. ایران.

2 دانشیار، گروه ژنتیگ و به‌نژادی گیاهی، واحد خرم آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، خرم آباد. ایران.

3 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، گروه ژنتیگ و به‌نژادی گیاهی، واحد خرم آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، خرم آباد. ایران.

چکیده

هدف: تنوع ژنتیکی و انتخاب والدین در برنامه‌های به‌نژادی، مهمترین عوامل موفقیت تولید یک رقم زراعی هستند. گیاهان در تمام مراحل رشد در معرض طیف وسیعی از تنش‌ها قرار می‌گیرند که باعث کاهش کمی و کیفی عملکرد و تولید محصول می‌شود. هدف از مطالعه حاضر ارزیابی تنوع ژنتیکی گلرنگ و بررسی پتانسیل تحمل به تنش شوری نمک NaCl و گروه‌بندی آن‌ها با استفاده از شاخص‌های جوانه‌زنی و نشانگر مولکولی SCoT بود.
مواد و روش‌ها: در مطالعه حاضر، به‌منظور بررسی پتانسل ژنتیکی ژنوتیپ‌های گلرنگ برای تنش شوری در مرحله جوانه‌زنی و استقرار گیاهچه و همچنین گروه‌بندی آن‌ها با استفاده از ویژگی‌ها و شاخص‌های جوانه‌زنی و رشد اولیه گیاهچه، آزمایشی به‌صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با 3 تکرار در آزمایشگاه ژنومیکس دانشگاه آزاد اسلامی واحد خرم‌آباد و در 6 ماهه نخست سال 1401 اجرا شد. در این آزمایش 10 ژنوتیپ گلرنگ در سه سطح 50، 150 و 250 میلی‌مولار نمک NaCl و شاهد مورد ارزیابی قرار گرفتند. برای این منظور، 20 بذر از هر ژنوتیپ در ظروف پتری 12 سانتی‌متری تحت شرایط استریل در سطوح مختلف تنش شوری بررسی شدند. نمونه‌ها به‌مدت 10 روز در اتاقک کشت با شرایط دمایی 25 درجه سانتی‌گراد در روز و 20 درجه سانتی‌گراد در شب کشت داده شدند. صفات و شاخص‌های مختلفی از جمله درصد جوانه‌زنی، سرعت جوانه‌زنی، طول و وزن ساقه‌چه و ریشه‌چه، شاخص تحمل به تنش، بنیه گیاهچه، شاخص طولی بنیه بذر، شاخص وزنی بنیه بذر و کاهش جوانه‌زنی اندازه‌گیری و محاسبه شدند. به‌منظور برآورد تنوع ژنتیکی از نشانگر SCoT استفاده شد. فواصل ژنتیکی ژنوتیپ‌های گلرنگ با استفاده از شاخص‌های جوانه‌زنی و نشانگرهای مولکولی برآورد و گروه‌بندی شدند.
نتایج: نتایج تجزیه واریانس نشان داد اثر متقابل ژنوتیپ و تنش شوری برای بیشتر صفات مورد بررسی معنی‌دار بودند. مقایسه میانگین‌ها نشان داد که ژنوتیپ‌های G5 و G7 به‌ترتیب بیشترین و کمترین کاهش معنی‌دار را برای صفات و شاخص‌های مورد مطالعه نشان دادند. ژنوتیپ G7 به‌همراه دو ژنوتیپG4  و G9 از تحمل به تنش شوری بیشتری برخوردار بودند. براساس نتایج تجزیه عاملی، با توجه به بار عامل اول و دوم، عامل اول تحمل یا مقاومت به تنش و عامل دوم عامل وزنی نامیده شد. بر اساس دو مؤلفه اصلی، ژنوتیپ‌های مورد مطالعه در 5 گروه قرار گرفتند. ژنوتیپ G5 به‌دلیل مقاومت بیشتر به سطوح مختلف تنش شوری نسبت به سایر ژنوتیپ‌ها، در فاصله دورتری قرار داشت. در تجزیه خوشه‌ای، ژنوتیپ‌ها در 4 گروه قرار گرفتند. گروه اول بیشترین کاهش و گروه دوم کمترین کاهش را برای صفات در سطوح تنش شوری داشتند. آغازگرهای مورد استفاده، ۱۱۴ باند با ۸۶ درصد چندشکلی نشان دادند. بیشترین و کمترین ضریب تشابه بین ژنوتیپ‌ها به‌ترتیب ۶۶ و ۳۴ درصد بود. بر اساس تجزیه خوشه‌ای با استفاده از نشانگر مولکولی، ژنوتیپ‌ها در ۵ گروه قرار گرفتند. گروه‌بندی به‌دست‌آمده در هر دو تکنیک، همبستگی بالایی (R=0.87) نشان داد.
نتیجه‌گیری: نتایج به‌طورکلی نشان داد که ژنوتیپ‌های گلرنگ تنوع ژنتیکی بالایی در شرایط تنش شوری نشان داده و عکس‌العمل ژنوتیپ‌ها در سطوح مختلف تنش اختلاف معنی‌داری داشتند. این تفاوت‌های ژنتیکی مبنای خوبی برای ارائه اطلاعات در مورد ژنوتیپ‌های گلرنگ هستند که می‌تواند برای تولید بهتر محصول و تعیین تحمل به شوری در ژنوتیپ‌های مختلف در برنامه‌های اصلاحی مفید باشند. گلرنگ تحمل قابل توجهی به شوری خاک نشان می‌دهد، با این حال، تولید ارقام متحمل‌تر ضروری است و ارزیابی ژرم‌پلاسم در شرایط شور ضروری است. اگرچه گروه‌بندی صورت گرفته با استفاده از نشانگر مولکولی و شاخص‌های جوانه‌زنی همخوانی بالایی را نشان نداد، به‌طور کلی ارزیابی ویژگی‌های جوانه‌زنی ژنوتیپ‌های گلرنگ و پاسخ آن‌ها به شوری در برنامه‌های به‌نژادی و ترکیب آن‌ها با اطلاعات مولکولی در معرفی ژنوتیپ‌های برتر از اهمیت بالایی برخوردار می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of genetic diversity and potential salt stress tolerance in safflower (Carthamus tinctorius L.) genotypes using the molecular marker SCoT and germination indices

نویسندگان [English]

  • Kamran Samiei 1
  • Reza Mir Drikvand 2
  • Gholam Ali Jamshidi 3
1 Assistant Professor, Department of Genetic and Plant Breeding, Khoramabad Campus, Islamic Azad University, Khorramabad, Iran.
2 Associate Professor, Department of Genetic and Plant Breeding, Khoramabad Campus, Islamic Azad University, Khorramabad, Iran.
3 MSc Graduate, Department of Genetic and Plant Breeding, Khoramabad Campus, Islamic Azad University, Khorramabad, Iran.
چکیده [English]

Objective
Genetic diversity and parental selection in breeding programs are crucial factors for the successful development of new crop varieties. Plants are exposed to a wide range of stresses at all stages of growth, leading to quantitative and qualitative reductions in yield and overall crop production. The present study aimed to evaluate the genetic diversity of safflower and assess its potential tolerance to NaCl salt stress, as well as to classify genotypes using germination indices and SCoT molecular markers.
Materials and Methods
In this study, a factorial experiment was conducted using a completely randomized design with three replications at the Genomics Laboratory of the Islamic Azad University, Khorramabad Branch, during the first half of 2022. Ten safflower genotypes were evaluated under control conditions and three salinity levels (50, 150, and 250 mM NaCl). For this purpose, 20 seeds of each genotype were placed in 12-cm sterile Petri dishes under different salinity levels with three replications. The samples were incubated for 10 days in a growth chamber at 25°C during the day and 20°C at night. Various traits and indices, including germination percentage, germination rate, shoot and root length and weight, stress tolerance index, seedling vigor, seedling length vigor index, seedling weight vigor index and reduction of germination, were measured and calculated. SCoT markers were employed to estimate genetic diversity, and genetic distances among safflower genotypes were analyzed and clustered based on germination indices and molecular data.
Results
The results of analysis of variance showed that the interaction effect of genotype and salinity stress was significant for most of the studied traits. Comparison of means showed that genotypes number 5 and 7 showed the highest and lowest significant decrease for the studied traits and indices, respectively. Genotype number 7, along with two genotypes 4 and 9, had greater tolerance to salinity stress. Based on the results of factor analysis, considering the loading of the first and second factors, the first factor was called stress tolerance or resistance and the second factor was called the weight factor. Based on the two principal components, the studied genotypes formed 5 groups. Genotype number 5 was located at a further distance from the other genotypes due to its greater resistance to different levels of salinity stress. In cluster analysis, the genotypes were placed in 4 groups. The first group had the highest decrease and the second group had the lowest decrease for the traits at salinity stress levels. The primers used showed 114 bands with 86% polymorphism. The highest and lowest similarity coefficients between genotypes were 66 and 34%, respectively. Based on cluster analysis using molecular markers, the genotypes were classified into 5 groups. The grouping obtained in both techniques showed a high correlation (R=0.87).
Conclusion
Overall, the results indicated that safflower genotypes possess high genetic diversity under salt stress conditions, and their responses to varying stress levels differed significantly. These genetic differences provide useful information regarding enhancing crop production and identifying salt-tolerant genotypes in breeding programs. Although safflower exhibits considerable tolerance to soil salinity, developing more tolerant cultivars remains necessary, and evaluating germplasm under saline conditions is essential. Despite the moderate concordance between molecular marker-based grouping and germination indices, their combined use is of great importance for identifying superior genotypes and enhancing breeding efficiency.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cluster analysis
  • Interaction
  • Polymorphism
  • Salt stress tolerance
  • Seed vigor