نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• محسن همتی کمره ¹
• سیدمحمد مهدی مرتضویان ²
• مریم گل آبادی ³
• فاطمه امینی ⁴

¹ گروه علوم زراعی و اصلاح نباتات دانشکده فناوری کشاورزی ابوریحان دانشگاه تهران

² دانشیار، دانشگاه تهران، پردیس ابوریحان، تخصص: ژنتیک مولکولی و مهندسی ژنتیک

³ گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه آزاد اصفهان (خوراسگان)

⁴ علوم زراعی و اصلاح نباتات

چکیده

چکیده

هدف: هیبریدهای تجاری ذرت، علاوه بر کاربرد مستقیم در تولید، می‌توانند به‌عنوان منبع ارزشمندی از تنوع ژنتیکی برای استخراج لاین‌های اینبرد و طراحی برنامه‌های اصلاحی مبتنی بر مهندسی معکوس مورد استفاده قرار گیرند. این پژوهش با هدف ارزیابی تنوع فنوتیپی و ژنتیکی هفت هیبرید تجاری ذرت و تعیین نوع نرعقیمی سیتوپلاسمی ( CMS) با استفاده از نشانگرهای اختصاصی PCR، به‌منظور بهبود دقت انتخاب والدین در برنامه‌های تولید بذر هیبرید انجام شد.

روش پژوهش: آزمایش مزرعه‌ای در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار اجرا و مجموعه‌ای از صفات عملکرد، مورفولوژی، زراعی و فنولوژیک اندازه‌گیری گردید.

یافته‎ها: نتایج تجزیه واریانس نشان داد که تقریباً تمامی صفات مورد بررسی در سطح احتمال یک درصد بین هیبریدها اختلاف معنی‌دار داشتند که بیانگر وجود تنوع ژنتیکی قابل توجه میان آن‌هاست. نتایج همبستگی و تجزیه علیت نشان داد که عملکرد ماده خشک بیشترین اثر مستقیم را بر عملکرد علوفه (زیستی) داشته و سایر صفات نظیر ارتفاع بوته و تعداد برگ بالای بلال عمدتاً از طریق اثرات غیرمستقیم بر عملکرد تأثیرگذار بودند. تحلیل‌های چندمتغیره شامل تجزیه عاملی و خوشه‌ای بیش از ۸۵ درصد از واریانس کل داده‌ها را تبیین کرده و هیبریدها را در سه گروه ژنتیکی مجزا طبقه‌بندی نمودند، به‌طوری که هیبرید P7 به دلیل تمایز فنولوژیک و ژنتیکی در خوشه‌ای مستقل قرار گرفت. در بخش مولکولی، تعیین نوع سیتوپلاسم با استفاده از نشانگرهای اختصاصی PCR نشان داد که پنج هیبرید P2)، P4، P5، P6 و (P7 دارای سیتوپلاسم نرعقیم نوع C و دو هیبرید P1) و (P3 دارای سیتوپلاسم نرمال (N) هستند. نتایج مولکولی با ارزیابی فنوتیپی تاسل، بررسی دانه گرده و آزمون خودگشنی در نسل‌های F₁ و F₂ تطابق کامل داشت.

نتیجه‎گیری: به‌طور کلی، نتایج این پژوهش نشان داد که هیبریدهای مورد بررسی از تنوع ژنتیکی بالایی برخوردار بوده و به‌ویژه از نظر فراوانی و پایداری CMS-C، ظرفیت بالایی برای استخراج لاین‌های اینبرد، طراحی لاین‌های مادری نرعقیم و نگهدارنده و توسعه برنامه‌های تولید بذر هیبرید ذرت در کشور دارند. استفاده همزمان از داده‌های بیومتریک، چندمتغیره و مولکولی می‌تواند به‌طور مؤثری دقت انتخاب والدین را افزایش داده و کارایی برنامه‌های اصلاحی ذرت را بهبود بخشد.

کلیدواژه‌ها

• ذرت
• نرعقیمی
• تجزیه‌ چندمتغیره
• PCR

عنوان مقاله [English]

Genetic Diversity and Cytoplasmic Male Sterility Typing of Commercial Maize Hybrids Using Morpho-agronomic Traits and PCR Markers

نویسندگان [English]

• Mohsen Hemmati-Kamerh ¹
• Seyed Mohammad Mahdi Mortazavian ²
• Maryam Golabadi ³
• fatemeh amini ⁴

¹ Department of Agronomy and Plant Breeding Sciences, Faculty of Agricultural Technology (College of Aburaihan), University of Tehran, Tehran, Iran

² College of Aburaihan, UT

³ Department of Agronomy and Plant Breeding, Islamic Azad University, Isfahan (Khorasgan) Branch, Isfahan, Iran,

⁴ university of tehran

چکیده [English]

Abstract

Objective: Commercial maize hybrids represent not only elite cultivars for production but also valuable genetic resources for the development of new inbred lines and advanced hybrid breeding programs. This study aimed to comprehensively evaluate the phenotypic and biometric diversity present within seven commercially available maize hybrids, and to definitively determine their cytoplasmic male sterility (CMS) type utilizing CMS-specific Polymerase Chain Reaction (PCR) markers. Understanding this diversity and CMS type is critical for optimizing breeding strategies and seed production systems, particularly within specific agro-climatic regions.

Methods: The field experiment was conducted using a randomized complete block design with three replications. A widw range of traits were recorded, encompasing yied and yield-related traits, morphophysiological characteristics, agronomic attributes, and phenological observations. Different univariate and multivariate analysis were used, allowed for a thorough assessment of the genetic variation among the hybrids.

Results: Analysis of variance (ANOVA) revealed significant differences (P ≤ 0.01) among the hybrids for nearly all measured traits, providing strong evidence of substantial genetic variability within the tested population. Further analyses, including correlation and path coefficient analyses, elucidated the complex relationships between different traits. Results indicated that dry matter yield exhibited the largest positive direct effect on fresh forage (biological) yield, highlighting its importance in overall productivity. Conversely, plant height and various leaf-related traits primarily contributed to yield indirectly, suggesting their influence through complex physiological pathways. Multivariate analyses, specifically factor and cluster analyses, were employed to further dissect the genetic structure of the hybrids. These analyses successfully explained over 85% of the total phenotypic variation, effectively classifying the hybrids into three distinct genetic groups. Notably, hybrid P7 formed an independent cluster, demonstrating its unique phenological and genetic distinctiveness from the other hybrids. This isolation suggests a potentially valuable genetic background for specific breeding objectives. PCR assays were then utilized to identify the CMS cytoplasm type in each hybrid. The results revealed that five hybrids (P2, P4, P5, P6, and P7) carried CMS-C cytoplasm, a well-characterized and widely utilized CMS system. In contrast, hybrids P1 and P3 were identified as possessing normal (N) cytoplasm. Importantly, these PCR-based findings were consistently corroborated by tassel phenotyping, pollen assessment, and self-pollination tests conducted in both F₁ and F₂ generations, confirming the accuracy of the molecular marker analysis.

Conclusion: The high frequency of stable CMS-C and the observed diversity within the commercial hybrids collectively underscore their significant potential as parental materials for developing efficient CMS-based hybrid seed production and breeding programs tailored to Iranian agro-climatic conditions. This research provides valuable insights for breeders seeking to improve maize productivity and adapt to regional environmental challenges.

کلیدواژه‌ها [English]

• maize,
• CMS
• multivariate analysis
• PCR