تحديد وعزل المورثات المسؤولة عن تحمل الجفاف لدى بعض الطرز الوراثية في القمح (Triticum Spp)

Abstract

نفذ البحث خلال الموسم الزراعي 2012-2013م في مزرعة أبي جرش - كلية الزراعة دمشق، وفي مخبر التقانات الحيوية التابع لقسم المحاصيل الحقلية - كلية الزراعة، جامعة دمشق، بهدف تقييم أداء خمسة طرز وراثية من القمح القاسي شام 3، شام ،9، دوما 3، جوري حوراني، وأربعة طرز من القمحالطري دوما 2) دوما 4 شام 6 شام (8) تحت ظروف الزراعة المطرية، بالإضافة إلى ثلاثة أنواع برية من أدخلت في الدراسة Ae. Geniculata Ae. Triuncialis Ae. Ovata وهي Aegilops الجنس الوراثية لدراسة التنوع الوراثي، وتحديد درجة القرابة الوراثية بينها وبين الأصناف المزروعة باستعمال تقنيتي SSR و ISSR، كما تم دراسة التباينات الأليلية لمورثات الديهيدرين المسؤولة عن تحمل الجفاف، على مستوى الحمض النووي DNA وتحديد مواقع هذه المورثات، ثم عزلت بعض المورثات المدروسة ودرس التتابع النيوكلوتيدي لها.

بينت نتائج الدراسة الحقلية وجود فروقات معنوية في أداء الأصناف المزروعة، تفوق صنف القمحالطري دوما 4 في متوسط نسبة الإشطاءات المثمرة الكلية (94.26%)، ومتوسط طول السنبلة الرئيسة (13.83 سم)، ومتوسط عدد الحبوب في السنبلة الرئيسة (50.67) حبة السنبلة )، ومتوسط وزن الحبوب في السنبلة الرئيسة (1.79) (ع)، ومتوسط عدد الحبوب في النبات (186 حبة النبات )، ومتوسط وزن الحبوب في النبات (5.46 غ). وتفوق صنف القمح الطري شام 6 في متوسط وزن الـ 1000 حبة (92.99). ولوحظ بالنسبة لأصناف القمح القاسي تفوق الصنف شام 9 في متوسط ارتفاع النبات (77.31 سم)، ومتوسط طول السنبلة الرئيسة (12.33سم)، ومتوسط عدد الحبوب في السنبلة (39) ومتوسط وزن الحبوب في السنبلة الرئيسة (1.5غ)، ومتوسط عدد الحبوب في النبات (123.67) ومتوسط وزن الحبوب في النبات (4.12) غ)، ومتوسط وزن 1000 حبة (31.42)، تلاه الصنف

1

المحلي حوراني وبدون وجود فروقات معنوية بينهما. ولوحظ بالنسبة إلى القمح القاسي وجود علاقة ارتباط موجبة ومعنوية جداً بين صفة ارتفاع النبات وكل من وزن الحبوب في السنبلة الرئيسة، وعدد r=0.828** r= 0.883** r 0.753( الحبوب في النبات ووزنها ووزن الـ 1000 حبة **0.628 = على التوالي) وارتبطت نسبة الإشطاءات المثمرة الكلية بعلاقة إيجابية ومعنوية جداً مع عدد الحبوب في النبات (0.643) (). وارتبط طول السنبلة الرئيسة بعلاقة موجبة ومعنوية جداً مع عدد الحبوب في السنبلة، ووزنها، ووزن الحبوب في النبات، ووزن الألف حبة (**0.909 = 0.918 = على التوالي، ارتبطت صفة عدد الحبوب في النبات** r= 0.702** r= 0.799** بعلاقة موجبة ومعنوية جداً مع وزن الحبوب في النبات (0.826 )، ومع وزن الـ1000 حبة (0.660 )، ارتبطت نسبة البروتين بعلاقة موجبة ومعنوية جداً مع عند الإشطاءات المثمرة (0.594 )، في حين ارتبطت سلباً مع طول السنبلة الرئيسة، وعدد الحبوب في السنبلة الرئيسة 0.705- على التوالي، ومع وزن الحبوب في النبات** r -0.958** = -0.807**( (**0.664)، ووزن الـ 1000 حبة (0.825 ). ولوحظت علاقات ارتباط مماثلة بين الصفات

بالنسبة للقمح الطري.

وفي الدراسة الوراثية التي أجريت لتحديد درجة القرابة الوراثية بين طرز القمح المدروسة البرية منها والمزروعة باستعمال تقنية ISSR، حيث استخدم لهذا الغرض 27 بادئة، أثبتت 13 منها فعاليتها في إعطاء تعددية شكلية بين الطرز الوراثية المدروسة البرية والطرية، ونجم عن استعمالها 93 حزمة، تراوحعدد الحزم لكل بادئة بين 3 حزم كأقل عدد مع البادئتين (18-ISSR-35 ISSR)، و 10 حزم كأعلى عدد مع البادئة (22-ISSR-43 ISSR)، بمتوسط 4.6 حزمة لكل بادئة، وبلغ متوسط النسبة المئوية للتعددية الشكلية 79.6%. وقد تبين أن أقل قيمة لمصفوفة عدم التوافق (PDV) هي 0.13 بين صنفي القمح الطري شام 6 وشام 8 ما يدل على أنهما على درجة كبيرة من القرابة الوراثية، بينما كانت أعلى

2

قيمة المصفوفة عدم التوافق DV نحو 0.82 بين النوع البري Ageniculata وصنف القمح الطري دوما 4 بقيمة 0.66، ما يدل على وجود تباين وراثي كبير بينهما، وكان متوسط معامل التعددية الشكلية (PIC) قرابة 0.249، حيث أثبتت البادئات المستخدمة قدرتها على التمييز بين الطرز الوراثية المدروسة. كما لوحظ وجود 31 حزمة فريدة (واسمة) للطرز المدروسة، منها 25 حزمة موجودة، و 6 حزم غائبة، وقد ميزت هذه الحزم جميع الطرز الوراثية المدروسة البرية وأصناف القمح الطري، حيث امتلك الصنف دوما 4 أكبر عدد من الحزم الفريدة الموجودة والغائبة، بمعدل 11 حزمة، في حين بلغ أقل عدد من الحزم الفريدة في الصنف شام 6 (حزمتان).

وبالنسبة إلى تحديد درجة القرابة الوراثية بين طرز القمح المدروسة البرية منها وأصناف القمح القاسي نجم عن استعمال هذه البادئات 90 حزمة، حيث أعطت 100% تعددية شكلية، تراوح عدد الحزم لكل بادئة من حزمتين كأقل عدد مع البادئتين (3-ISSR-37) (ISSR) إلى 10 حزم كأعلى عدد مع البادئتين (32-ISSR43) ISSR)، بمتوسط 6.9 حزمة لكل بادئة. تأرجحت قيم معامل التعددية الشكلية (PIC) من 0.131 عند البادئة (41-ISSR) كأقل قيمة، و 0.351 عند البادئة 9-ISSR كأعلى قيمة وبلغ المتوسط العام 0.205. ولوحظ وجود 29 حزمة فريدة (واسمة) للطرز المدروسة، منها 25 حزمة موجودة و 4 حزم غائبة، وقد ميزت هذه الحزم جميع الطرز الوراثية المدروسة البرية وأصناف القمحالقاسي، حيث امتلك الطراز حوراني أكبر عدد من الحزم الفريدة موجودة وغائبة) بمعدل 6 حزم، في حين بلغ أقل عدد من الحزم الفريدة في الصنف شام 3 (حزمتان).

وفي دراسة القرابة الوراثية بين الطرز الوراثية المدروسة باستعمال تقنية SSR استخدم 12 بادئة مزدوجة أثبتت جميعها فعاليتها، وأعطت نتائج تضخيم في طرز القمح البري والطري المدروسة، ونجم عن استعمال هذه البادئات 49 أليلاً، حيث أعطت هذه البادئات تعددية شكلية نسبتها 97.29 %، وتراوح عدد

3

الألائل لكل بادئة من أليل واحد كأقل عدد مع البادئة (Dhn14)، و 8 الائل كأعلى عدد مع البادئة (Dhn9)، بمتوسط 4.1 أليل لكل بادئة تراوحت قيم معامل التعددية الشكلية (PIC) من 0.30 عند البادئة (Dhn3) كأقل قيمة إلى 0.50 عند البادثات (Dhn Dhn, Dhn14) كأعلى قيمة، وبلغ المتوسط العام 0.45، وتبين وجود 14 أليلاً فريداً (واسمة) للطرز المدروسة، منها 10 ألائل موجودة و 4 غائبة. امتلك النوع Ae geniculata أكبر عدد من الألائل الفريدة الموجودة والغائبة) بمعدل 5 وبلغت أصغر قيمة المصفوفة عدم التوافق DV نحو 0.25 بين Ae Ovata و Ae. Triuncialis وهذا يدل على أنهما على درجة كبيرة من القرابة الوراثية، وكانت أعلى قيمة لـ DV نحو 0.69 بين الطرازين Ae.geniculata ودوما 2، ما يدل على وجود تباين وراثي كبير بينهما.

وفي تحديد درجة القرابة الوراثية بين طرز القمح البري والقاسي، نجم عن استعمال هذه البادئات 47 أليلاً، أعطت تعددية شكلية نسبتها 98.3%، وتأرجح عدد الآلائل لكل بادئة من اليل واحد كأقل عدد مع البادئة (Dhn14)، و 8 الائل كأعلى عدد مع البادئة (Dhn9)، بمتوسط 3.9 أليل لكل بادئة. تراوحت قيم معامل التعددية الشكلية (PIC) من 0.38 عند البادئتين (Dhn12) Dhn3) كأقل قيمة، إلى 0.50 عند البادئات (Dhn13 Dhn6 ، Dhn7 Dhn4 ) كأعلى قيمة، وبلغ المتوسط العام 0.46. وتبين وجود 13 أليلاً فريداً (واسمة) للطرز المدروسة منها 9 الائل موجودة و 4 غائبة. وقد ميزت هذه الألائل جميع الطرز الوراثية القاسية المدروسة، باستثناء الصنف دوما 3 والنوع البري Ae. triuncialis ، حيث امتلك النوع Ae geniculata أكبر عدد من الألائل الفريدة الموجودة والغائبة) بمعدل 5 الائل، في حين بلغ أقل عدد من الألائل الفريدة في الصنفين شام 9 وشام 3 اليل واحد).

بلغت أصغر قيمة لـ PDV نحو 0.25 بين Ae Ovata و Ae Triunciali، وهذا يدل على أنهما على درجة كبيرة من القرابة الوراثية، بينما بلغت أعلى قيمة لـ DV نحو 0.78 بين الطرازين الوراثيين

4

Ae.geniculata وحوراني. وبالمقارنة بين تقنيتي SSR و ISSR أثبتت تقنية SSR فعاليتها في التمييز بين الطرز الوراثية المدروسة.

وفي دراسة التباينات الأليلية لمورثات الديهيدرين المسؤولة عن بعض الصفات المرتبطة بتحسين تحمل الجفاف على مستوى الحمض النووي DNA، أظهرت الدراسة اختلافاً واضحاً في هذه المورثات بين الطرز المدروسة، حيث كانت التباينات الشكلية في الوزن الجزيئي بين نظائر الموقع الواحد كبيرة أحياناً، وكانت على درجة عالية من التماثل في البعض الآخر، وأمكن تمييزها بسهولة على هلامة ميتافور أغاروز 4% حيث أظهر تفاعل الـ PCR بالنسبة لمورثة Dhm12 وجود نمط شكلي واحد (A) ظهر عند كل من أصناف القمح الطري شام 6 شام 8، دوما 4، ودوما 2 فقط، فيما أعطت مورثة الديهيدرين Dhno نمطين شكليين (A,B) ظهرت عند كل من الطرز الوراثية شام 8 شام 9، دوما 4، شام 3 وحوراني، و Ae ovata، وظهرت ثلاثة أنماط شكلية (ABC) لمورثات الديهيدرين Dhn14,Dhn4 Dhn3 تباينت عند الطرز الوراثية المدروسة، وأربعة أنماط شكلية المورثة الديهيدرين Din7 ظهرت ثلاثة أنماط شكلية منها في صنف القمح القاسي دوما 3. كما أظهر تفاعل الـ PCR وجود خمسة أنماط شكلية عند كل من مورثات الديهيدرين 10 Dhn 16 Din 15 Dhn9, Dhn ، وستة أنماط شكلية بالنسبة المورثتي الديهيدرين Dhn5 و Dhn13 .

أظهرت النتائج تفوق المورثة Dhn16 بعدد الأنماط الشكلية التي أعطتها والبالغة 32 نمطاً شكلياً مع كافة الطرز المدروسة، تلتها المورثة Dlm بـ 30 نمطاً شكلياً، في حين أعطت المورثة Dlm14 أقل عدد من الأنماط الشكلية (3) أنماط شكلية مع الطرز الوراثية المدروسة. كما أظهرت النتائج تفوق صنف القمح الطري دوما 4 بعدد الأنماط الوراثية التي أعطتها والبالغة 24 نمطاً وراثياً، تلاه النوع البري Ae geniculata + 20 نمطاً وراثياً، في حين أعطى الطراز الوراثي دوما 3 أقل عدد من الأنماط الشكلية (13) نمطاً شكلياً). كما تم تحديد التسلسل النيكلوتيدي لقطعة DNA بطول 600 الخاص بالموقع الوراثي Dhn14 في النوع البري Ae Ovata وتبين أنها تشابه DHN14 في نوع القمح البري (Triticum aestivum) بنسبة 99%، وتشفر بروتين مؤلف من 112 حمضاً أمينياً، ويشابه بروتين Cold shock protein في القمح البري Aegilops tauschii بنسبة 99% ووجد أن المورثة 13 Dhn في الصنف دوما 4 تشابه المورثة 11 dehydrin HIRD الموجودة في Aegilops tauschii بنسبة 99%، وتشفر بروتين مؤلف من 106 حمضاً أمينياً، ويشابه بروتين dehydrin HIRDII في القمح البري Aegilops tauschii بنسبة 100% وجد أن المورثة 12 Din في الطراز الوراثي حوراني تشابه مورثة dehydrin Rab15 الموجودة في النوع البري Aegilops tauschii بنسبة 99% ، وتشفر بروتين مؤلف من 149 حمضاً أمينياً، ويشابه بروتين dehydrin Rab15 الموجود في النوع البري Aegilops tauschii بنسبة .%100

بينت النتائج أن صنف القمح الطري دوما 4 كان أفضل أصناف القمح الطري المدروسة من حيث المقدرة التكيفية تحت ظروف الجفاف مع المحافظة على الكفاءة الإنتاجية، ويعود ذلك لامتلاكه أكبر عدد من الأليلات المسؤولة عن تحمل الجفاف (24) اليلا)، وقد انعكس ذلك في مستوى أدائه في الحقل، فتفوق في أغلب الصفات الحقلية المدروسة. وكان صنفا القمح القاسي شام 9 وحوراني أفضل أصناف القمح القاسي من حيث المقدرة التكيفية مع المحافظة على الكفاءة الإنتاجية، فقد امتلك الصنف شام 9 (19) أليلاً) من الأليلات المسؤولة عن تحمل الجفاف، فتفوق على بقية طرز القمح القاسي المدروسة، وإذا ما أخذنا بعين الاعتبار متوسط الغلة الحبية لجميع أصناف القمح الطري، ومتوسط الغلة الحبية لجميع أصناف القمحالقاسي نجد أن أصناف القمح الطري أكثر تحملاً للجفاف في البيئة المستهدفة.