نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه شهید بهشتی

2 دانشگاه علوم کشاورزی گرگان

چکیده

در این مطالعه نقش جهش‌زایی با موتاژن EMS در بهبود تحمل به تنش خشکی در برنج مورد بررسی قرار گرفت. لاین‌های موتانت نسل M2 در مرحله جوانه‌زنی و گیاهچه‌ای در شرایط تنش اسمزی با PEG (8/0- مگاپاسکال) ارزیابی شدند که منجر به جداسازی 9 لاین موتانت متحمل به خشکی گردید. این لاین‌ها به همراه رقم مادری در مرحله گیاه کامل در شرایط مزرعه با اعمال آبیاری محدود نیز مورد ارزیابی قرار گرفتند که بر اساس شاخص تحمل به تنش (STI) دو لاین متحمل به خشکی به نام‌های MT90 و MT149 شناسایی گردیدند. برای بررسی سطح تنوع ژنتیکی حاصل از تیمار جهش در لاین‌های موتانت، از نشانگرهای ISSR استفاده شد که 4/69 درصد آنها چندشکلی بین رقم مادری و لاین‌های موتانت را نشان دادند. تنوع ژنتیکی حاصل از جهش در ژنوتیپ‌های مورد مطالعه معادل 5/23 درصد برآورد شد و تجزیه خوشه‌ای با روش UPGMA آنها را به سه گروه عمده تفکیک نمود که گروه‌های حاوی لاین‌های موتانت نسبت به گروه حاوی رقم مادری در شرایط تنش خشکی هم عملکرد بالاتر و هم شاخص تحمل به تنش بالاتری را نشان دادند. بر اساس نتایج، می‌توان لاین MT149 را به عنوان لاین متحمل به خشکی در هر دو مرحله گیاهچه‌ای و گیاه بالغ معرفی نمود. می‌توان نتیجه‌گیری کرد که جهش القایی EMS تأثیر مطلوبی در ایجاد لاین‌های موتانت متحمل به خشکی داشته و از نشانگرهای ISSR می‌توان برای جداسازی لاین‌های موتانت متحمل به خشکی در جمعیت‌های حاصل از جهش در برنج استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Mutagenesis in rice to develop drought tolerance and assessment of genetic variability of mutants using ISSR marker

چکیده [English]

In this research, EMS mutagen was applied to create genetic variability in rice (cv. Neda) and its mutagenesis effect was investigated in drought tolerance improvement. M2 mutants were evaluated at germinating and seedling stages under osmotic stress of PEG (-0.8 MPa) which resulted to isolating 9 drought tolerant lines. The lines along with their original cultivar also were evaluated in field under restricted irrigation regime which two mutants viz. MT90 and MT149 based on stress tolerance index (STI) were identified as drought tolerant lines. ISSR markers were used to assess gen

کلیدواژه‌ها [English]

  • Drought
  • EMS
  • ISSR marker
  • Mutation
  • Rice

1- احمدی­خواه ا (1389). اصلاح نباتات تکمیلی. انتشارات دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان. 480 ص.

2- احمدی­خواه ا (1391). ژنتیک تکمیلی (چاپ دوم). انتشارات دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان. 360 ص.

3- اسفندیاری ع.، و و. عنایتی (1392). بررسی تغییرات پارامترهای فلوئورسانس کلروفیل a در دو رقم گندم دوروم در پاسخ به شوری. مجله پژوهش­های گیاهی (مجله زیست­شناسی ایران)، جلد 26، شماره 4، صفحات 384-375.

4- نصیبی ف.، خ. منوچهری کلانتری، و م.م. یعقوبی (1390). مقایسه اثر پیش تیمار سدیم نیتروپروساید و آرژینین بر برخی پاسخهای فیزیولوژیکی گیاه گوجه فرنگی () تحت تنش کم آبی. مجله زیست شناسی ایران، جلد 24، شماره 6، صفحات 847-833.

 

5- Ahmadikhah, A. (2009). A rapid mini-prep DNA extraction method in rice. Afr. J. Biotechnol. 8(2), 323-27.

6- Anbarasan. K., Sivalingam, D., Rajendran, R., Anbazhagan, M.,.Chidambaram, A.A. (2013). Studies on the mutagenic effect of EMS on seed germination and seedling characters of Sesame (Sesamum indicum L.) Var.T MV3. Inter. J. Res. Biol. Sci. 3(1), 68-70.

7- Anderson, J.A., Churchill, J.E., Autrique, S.D., Tanksley, S., Sorrells, M.E. (1993). Optimizing parental selection for genetic linkage maps. Genome 36, 181–188.

8- Benjavad Talebi, A., Benjavad Talebi, A., Shahrokhifar, B. (2012). Ethyl methane sulphonate (EMS) induced mutagenesis in Malaysian rice (cv. MR219) for lethal dose determination. Am. J. Plant Sci. 3, 1661-1665.

9- Bodnar, A.L., Scott, M.P. (2010.) Using mutations in corn breeding programs. In: Meksem K, Kahl G (eds), The Handbook of Plant Mutation Screening. Wiley-VCH. Germany. pp 187–197.

10- Bughio, H.R., Asad, M.A., Odhano, I. ., Bughio, M.S., Khan, M.A., Mastoi, N.N. (2007). Sustainable rice production through the use of mutation breeding. Pak. J. Bot. 39(7), 2457-2461.

11- Cheema, A.A., Saleem, M.Y., Awan, M.A. (2002). In vitro techniques for the selection of Basmati rice mutants better adapted to saline environments. In: Maluszynski M, Kasha KJ (eds). Mutation, in vitro and Molecular Techniques for Environmentally Sustainable Crop Improvement. IAEA, Vienna. pp 161-168.

12- Cheghamirza, K., Koveza, O.V., Konovalov, F.A., Gostimskii, S.A. (2004). Identification and mapping of chi115 gene and DNA markers linked to it in pea (Pisum sativum L.). Genet. 40, 909–915.

13- Crute, J.R., Pink, D.A.C. (1996). Genetics and utilization of pathogen resistance in plants. Plant Cell 8, 1747-1717.

14 Dey, M.M., Upadhyaya, H.K. (1996). Yield loss due to drought, cold and submergence in Asia. In: Evenson RE, Herdt RW, Hossain M (eds), Rice Research in Asia: Progress and Priorities. CAB International, Wallingford, UK. pp 291–303.

15- Hirt, H., Shinozaki, K. (2004). Plant responses to abiotic stress. Springer-Verlag, Berlin.

16- Hoang, T.M.L., De Filippis, L.F., Le, X.T. (2009). Salt tolerance and screening for genetic changes in rice mutants after gamma irradiation using RAPD and microsatellite (RAMP) markers. Open Hort. J. 2, 62-69.

17- Human, S., Sihono, H. (2010). Sorghum Breeding for Improved Drought Tolerance Using Induced Mutation with Gamma Irradiation. J. Agron. Indonesia 2, 95–99.

18- Jana, M.K., Roy, K. (2004). Induced quantitative mutation in rice. Rad. Bot. 13, 245-257.

19- Kaufman, M.R., Eckard, A.N. (1971). Evalution of stress control by polyethylene glycols by analysis of guttation. Plant Physiol. 47, 453- 456.

20- Khademian, R., Babaeian Jelodar, N., Kianoosh, Gh. (2004). Study of gamma radiation mutagenesis effects on some Iranian rice cultivars. Khazar Res. Agric. Sci. Nat. Resour. 2(4), 16-26.

21- Khan, A.J., Hassan, S., Tariq, M., Khan, T. (2001). Haploidy breeding and mutagenesis for drought tolerance in wheat. Euphytica 120, 409–414.

22- Kinnear, P.R., Colin, D.G. (2000). SPSS for Windows made simple: Release 10. Hove, UK: Psychology Press.

23- Lee, G.H., Lee, S.Y., 2002. Selection of stable mutants from cultured rice anthers treated with ethyl methane sulfonic acid. Plant Cell Tiss. Org. Cult. 71, 165–17.

24- Macar, T.K., Ozlem, T., Ekmekci, Y. (2009). Effect of deficit induced by PEG and NaCl on chickpea (Cicer arientinum L.) cultivars and lines at early seedling stages. Gazi Uni. J. Sci. 22 (1), 5-14.

25- Magurran, A.E. (1988). Ecological diversity and its measurement. Princeton University Press, Princeton, NJ.

26- Majd, F., Rahimi, M., Rezazadeh, M.R. (2002). Development of resistant lines to logging and high-yielding in rice gamma-irradiation- induced mutagenesis. J. Nucl. Technol. 26, 37-43.

27- Micke, A. (1999). Mutation and in vitro mutation breeding. Bahar Samiullah Khan, Kalani Publishers, Ludhiana, India. pp 1-19.

28- Miri, S.M., Mousavi, A., Naghavi, M.R., Mirzaii, M., Talaei, A.R., Naserian Khiabani, B. (2009). Analysis of induced mutants of salinity resistant banana (Musa acuminata cv. Dwarf Cavendish) using morphological and molecular markers. Iran. J. Biotechnol. 7(2), 86-92.

29- Mitra, J. (2001). Genetics and genetic improvement of drought resistance in crop plants. Curr. Sci. 80, 758-763.

30- Mohamad, O., Loo, M.W., Mohd Nazir, B., Rusli, I., Herman, S., Bakhendri, S. (2009). Drought tolerance in sorghum and soybean. Forum for Nuclear Cooperation in Asia (FNCA).

31- Nei, M. (1978). Analysis of gene diversity in subdivided populations. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 70(12), 3321-3323.

32- Nogueira, P.K., Amorim, E.P., Ferreira, C.U.F., Amorim, V.B.O., Santos, L., Silva Ledo, C.A., Silva, S.O. (2011). Agronomic and molecular characterization of gamma ray induced banana (Musa sp.) mutants using a multivariate statistical algorithm. Euphytica 178, 151–158

33- Penmetsa, R.V., Cook, D.R. (2000). Production and characterization of diverse developmental mutants of Medicago truncatula. Plant physiol. 123, 1387–1398.

34- Radaei Alamoli, Z., Abdollahian-Noghabi, M., Akbari, Gh., Roozbeh, F., Sadat Noori, S.A. (2010). Effect of water stress induced by solid medium of poly ethylene glycol (PEG 6000) on the seedling characteristics of sugar beet genotypes. Iran. J. Crop Sci. 12(3), 279-290.

35- Rakshit, S., Kanzaki, H., Matsumura, H., Rakshit, A., Fujibe, T., Okuyama, Y., Yoshida, K., Oli, M., Shenton, M., Utsushi, H., Mitsuoka, C., Abe, A., Kiuchi, Y., Terauchi, R. (2010). Use of TILLING for reverse and forward genetics of rice. In: Meksem K, Kahl G (eds), The Handbook of Plant Mutation Screening. Wiley-VCH. Germany. pp 187–197.

36- Reddi, S.T.V.V., Reddi, V.R. (1984). Frequency and spectrum of chlorophyll mutants induced in rice by chemical mutagens. Theor. Appl. Genet. 67, 231-233.

37- Reddy, P.M., Sarla, N., Siddiq, E.A. (2002). Inter simple sequence repeat (ISSR) polymorphism and its application in plant breeding. Euphytica 128, 9–17.

38- Saleem, M.Y., Mukhtar, Z., Cheema, A.A., Atta, B.M. (2005). Induced mutation and in vitro techniques as a method to induce salt tolerance in Basmati rice (Oryza sativa L.). Inter. J. Envir. Sci. Technol. 2(2), 41-145.

39- Salimath, S.S., de Oliveira, A.C., Godwin, I.D., Bennetzen, J.L. (1995). Assessment of genome origins and genetic diversity in the genus Eleusine with DNA markers. Genome 38, 757-763.

40- Sayed, O.E.E., Rizkalla, A.A., Sabri, S.R.S. (2007). In vitro Mutagenesis for genetic improvement of salinity tolerance in wheat. J. Agric. Biol. Sci. 4(5), 377-383.

41- Shehata, S.M., Allah, A.A., Zayed, B.A. (2009). Development of salt tolerant rice lines through mutation breeding. J. Agric. Res. 5(4), 954-963.

42- Shehzad, T., Allah, A.B.D., Ammar, M.H., Abdelkhalik, A.F. (2011). Agronomic and molecular evaluation of mutant rice (Oryza sativa L.) lines in Egypt Megahed Helmy and Amr Farouk. Pak. J. Bot. 43(2), 1183-1194.

43- Shobbar, Z.S., Malboobi, M.A., Karimzadeh, Gh., Jalali Javaran, M., Mohammadi Nejad, Gh., Bennett, J. (2008). Drought stress and plant hormonal impact on rice peduncle elongation. Iran. J. Biol. 21(3), 411-420.

44- Singh, N.K., Balyan, H.S. (2009). Induced mutations in bread wheat (Triticum aestivum L.) CV. ‘Kharchia 65’ for reduced plant height and improve grain quality traits. Adv. Biol. Res. 3 (5-6), 215-221.

45- Tarinejad, A. (2013). Classification of closely related wheat cultivars with ISSR marker. Tech. J. Eng. Appl. Sci. 3 (13): 1331-1337.

46- Van Harten, A.M. (1998). Mutation breeding: theory and practical applications. Cambridge University Press, London, UK.

47- Vasline, Y.A. (2013). An investigation on induced mutations in rice (Oryza sativa L.). Plant Archv. 13(1), 555-557.

48- Wongsawad, P., Wongsawad, C., Mahadtanapuk, S., Kantawong, S., Chariyavidhawat, P., Paratasilpin, T. (2005). Induced mutation in adenium obesum Balf. using ethyl methane sulphonate. Proceedings of Congress on Science and Technology of Thailand. Suranaree University of Technology. 31, 18–20.

49- Yeh, F.C., Yang, R.C., Boyle, T.B.J., Ye, Z.H., Mao, J.X. (1997). POPGENE, the User-friendly shareware for population genetic analysis.molecular biology andbiotechnology centre, University of Alberta, Canada.

50- Zietkiewicz, E., Rafalski, A., Labuda, D. (1994). Genome fingerprinting by simple sequence repeat (SSR)-anchored polymerase chain reaction amplification. Genomics 20, 176-183.