مطالعه ژنتيكي تحمل به خشكي در تلاقي‌هاي بين‌گونه‌اي گندم تتراپلوييد و بررسي ارتباط نشانگري براي تحمل به تنش گرما در جمعيت WAMI

گندم (Triticum spp.) به عنوان يكي از مهم‌ترين گياهان زراعي دنيا، سهم قابل توجهي در تأمين كالري مورد نياز بشر دارد. به طوري كه با توليد سالانه بيش از 700 ميليون تن، حدود 20 درصد پروتئين و كالري مورد نياز تقريباً 5/4 ميليارد نفر را تأمين مي‌كند. از طرفي، افزايش رو به رشد جمعيت جهان، اهميت توليد گندم را بيش از پيش برجسته مي‌كند. اين درحالي است كه تنش‌هاي غيرزيستي مانند خشكي و گرما در قرن حاضر به عنوان يك تهديد جدي، توليد غلات بويژه گندم را با چالش‌هاي اساسي مواجه كرده است كه مي‌تواند به طور مؤثري باعث افت عملكرد و كيفيت دانه‌ شود. بنابراين براي پاسخگويي به نياز آينده، افزايش عملكرد و پايداري آن تحت شرايط تنش، به‌ويژه خشكي و گرما، به‌عنوان يك هدف راهبردي مطرح است. لازمه دستيابي به اين هدف؛ درك عميق سازوكارهاي، ژنتيكي و مولكولي پاسخ گندم به تنش‌هاي محيطي و بهره‌گيري هم‌زمان از منابع ژنتيكي متنوع و ابزارهاي نوين مطالعه ژنتيكي مانند نقشه‌يابي ارتباطي سراسر ژنومي (GWAS) است. بدين منظور، مطالعه هم‌زمان گندم نان (Triticum aestivum) و دوروم (Triticum durum) كه هر كدام سهم متناسب و قابل توجهي در توليد دارند و همچنين گندم‌هاي ايمر (Triticum dicoccum) به عنوان منبع ژنتيكي غني و پايه اصلاح ژنتيكي، ضروري به نظر مي‌رسد. بنابراين مطالعه اول اين پژوهش به منظور بررسي رفتار ژنتيكي صفات عملكردي و كيفيتي دانه، بررسي تحمل تنش‌ خشكي و شناسايي ژنوتيپ‌هاي متحمل در تلاقي‌هاي بين گونه‌اي گندم‌هاي دوروم و ايمر انجام شد. مطالعه دوم با بهره‌گيري از جمعيت گندم نان WAMI‌، با اهداف بررسي ارتباط نشانگري و كشف نشانگرهاي ژنتيكي مرتبط با صفات مختلف فنولوژي، مورفولوژي، عملكردي و كيفيتي دانه تحت تنش گرماي آخر فصل و يافتن ژن‌هاي كانديد دخيل در كنترل صفات در محيط‌هاي مختلف، انجام شد. اين پژوهش در طول سال‌هاي 1398 الي 1402 در مزرعه تحقيقاتي لورك و آزمايشگاه‌هاي دانشكده كشاورزي دانشگاه صنعتي اصفهان انجام گرديد. مواد ژنتيكي مطالعه اول شامل هشت رقم گندم دوروم‌، چهار رقم گندم ايمر (به عنوان والدين) و نسل‌ F2 حاصل از تلاقي داي‌آلل بين آن‌ها بود كه تلاقي‌هاي مستقيم آن‌ها تا نسل F5 در اين پژوهش پيش برده و مطالعه‌ شدند. مواد ژنتيكي ذكر شده در نسل F2 تا F4 به همراه والدين به صورت طرح لاتيس ساده و با دو تكرار در هر محيط (تنش و معمول) مورد ارزيابي قرار گرفتند. گزيده لاينها در نسل F5 به صورت طرح بلوك كامل تصادفي و سه تكرار در هر محيط مورد ارزيابي قرار گرفتند. مواد ژنتيكي مطالعه دوم، يك زير جمعيت متشكل از 153 ژنوتيپ از جمعيت گندم نان WAMI به همراه سه رقم شاهد ايراني (قدس، پيشتاز و روشن) بود. جمعيت WAMI به منظور نقشه‌يابي ارتباطي صفات پيچيده تحت شرايط تنش از طرف مؤسسه بين المللي سيميت معرفي شده است. اين مواد ژنتيكي به صورت طرح آلفا لاتيس 13×12 و با دو تكرار در هر تاريخ كاشت (كاشت پاييزه: منعكس‌ كننده محيط معمول و كاشت بهاره: منعكس كننده محيط تنش گرمايي انتهايي) و در طول دو سال زراعي (1398 الي 1400) مورد ارزيابي قرار گرفت. تعداد 14968 نشانگر SNP از Illumina iselec‎t 90K SNP با موقعيت فيزيكي شناخته شده در ژنوم، براي شناسايي ارتباط نشانگر- صفت (MTA) براي صفات مختلف عملكردي و كيفيتي دانه در دو محيط معمول و تنش گرما استفاده شد. ارقام شاهد ايراني نيز در ارزيابي‌هاي زراعي و بيومتري به منظور مقايسه تحمل تنش با گندم‌هاي WAMI، مورد ارزيابي قرار گرفتند. نتايج مطالعه اول نشان داد كه تلاقي‌هاي حاصل از گندم‌هاي دوروم و ايمر داراي تنوع ژنتيكي قابل توجهي براي صفات مختلف هستند و امكان انتخاب لاين‌هاي متحمل به خشكي با عملكرد دانه بالا بويژه در نسل‌هاي پيشرفته‌تر مانند F4 و F5 را فراهم مي‌كند. همچنين نتايج نشان داد كه با پيشرفت نسل‌ها، وراثت‌پذيري صفات كليدي افزايش يافته و سهم واريانس ژنتيكي نسبت به واريانس كل افزايش داشت.....

Wheat (Triticum spp.) is among the worldʹs most strategically important cereal crops, with annual production exceeding 700 million tones supplying approximately 20% of the daily protein an‎d caloric requirements of nearly 4.5 billion people. Abiotic stresses - particularly drought an‎d heat - constitute primary threats to wheat production, significantly reducing grain yield (GY) an‎d quality. Improving yield stability under these stresses has therefore become a central breeding objective, requiring an in-depth understan‎ding of genetic an‎d molecular stress-response mechanisms alongside the exploitation of diverse genetic resources an‎d advanced genomic tools such as genome-wide association studies (GWAS). Accordingly, this research comprised two complementary studies conducted during 2019–2023 at the Lavark Research Farm, Isfahan University of Technology. Study I investigated the genetic behavior of yield an‎d grain quality traits an‎d assessed drought tolerance in segregating populations derived from inter-specific diallel crosses between eight durum wheat (Triticum durum) cultivars an‎d four emmer wheat (Triticum dicoccum) accessions. Direct cross combinations were advanced from F2 through F5. Generations F2–F4 (with parents) were eva‎luated in a simple lattice design with two replications per environment (well-watered an‎d terminal drought stress); selec‎ted F5 lines were assessed in a ran‎domized complete block design (RCBD) with three replications per environment. Study II employed a 153-genotype sub-population of the CIMMYT WAMI (Wheat Association Mapping Initiative) bread wheat panel, supplemented by three Iranian check cultivars (Ghods, Pishtaz, Roshan), to perform multi-environment GWAS for phenological, morphological, agronomic, an‎d grain quality traits under terminal heat stress (HS). An alpha-lattice design (13×12, two replications) was used across two sowing dates (SDs) — autumn (normal environment) an‎d spring (terminal HS) — over two growing seasons (2019–2021). A total of 14,968 SNP markers from the Illumina iselec‎t 90K array with known genomic positions were used for marker-trait association (MTA) analyses. Results of Study I demonstrated substantial genetic variation in durum × emmer crosses for agronomic an‎d quality traits, enabling selec‎tion of high-yielding drought-tolerant lines, particularly in advanced generations (F4 an‎d F5). Broad-sense heritability (h2b) of key traits increased across generations, reflecting progressive fixation of favorable allele combinations. Multivariate analyses an‎d stress indices — notably the stress tolerance index (STI) an‎d yield stability index (YSI) — identified superior durum × emmer lines that combined high yield potential under non-stress conditions with enhanced stability under drought, demonstrating the feasibility of introgression drought-tolerance alleles from emmer without significant yield penalty. In Study II, terminal HS imposed marked negative effects on yield-related an‎d quality traits, with differential genotypic responses across environments. Using the heat susceptibility index (HSI) an‎d complementary indices, the most heat-tolerant WAMI genotypes were identified; several outperformed the Iranian commercial checks, confirming the panelʹs value as a source of locally adapted heat-tolerant germplasm. GWAS analyses identified significant SNP markers associated with heat tolerance, yield, an‎d quality traits. Environment-dependent allelic effects underscored the necessity of using stable, multi-environment markers in MAS programs....

آقافخر ميرلوحي فلاورجاني , محمد مهدي مجيدي

قدرت اله سعيدي

احسان شهبازي , ابوذر سورني , احمد ارزاني