تولیدات گیاهی

تولیدات گیاهی

گزینش ژنوتیپ‌های آفتابگردان دانه روغنی متحمل به تنش خشکی با استفاده از شاخص فاصله ژنوتیپ-ایدئوتیپ چند صفتی (MGIDI)

نوع مقاله : علمی پژوهشی - اصلاح نباتات

نویسندگان
1 دانش‌آموختۀ دکتری، گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکدۀ کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
2 استاد، گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکدۀ کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
چکیده
با توجه به ماهیت چند ژنی تحمل تنش خشکی و تأثیرپذیری آن از عوامل محیطی، انتخاب موفق ژرم‌پلاسم و شناسایی ژنوتیپ‌‌های برتر از چالش‌های اصلی برنامه‌های به‌نژادی برای تحمل به تنش خشکی است. ارزیابی صفت تحمل به تنش خشکی به‌طور غیر مستقیم از طریق چندین صفت که به طور همزمان در چندین محیط مورد ارزیابی قرار می‌گیرند، انجام می‌گیرد. در این مطالعه 100 ژنوتیپ آفتابگردان دانه روغنی از نظر 13 صفت، تحت دو شرایط آبیاری بدون تنش و تنش خشکی در قالب طرح لاتیس ساده 10×10 با دو تکرار طی دو سال 1392 و 1393 در روستای قزلجه از توابع شهرستان سلماس ارزیابی شدند. جهت اعمال تنش در مرحلۀ هشت برگی، از تشتک تبخیر کلاس A استفاده شد. آبیاری در شرایط بدون تنش پس از 90 میلی‌متر تبخیر از تشک تبخیر و در شرایط محدودیت آبی پس از 180 میلی‌لیتر تبخیر انجام گرفت. به منظور بهرمندی از روش انتخاب چندگانه، از شاخص انتخاب چند متغییره فاصله از ژنوتیپ ایده‌آل استفاده گردید. برای تجزیۀداده‌ها از نرم‌افزار R بسته metan استفاده شد. بر اساس نتایج تجزیه واریانس چند متغیره، اثرات اصلی محیط و ژنوتیپ و همچنین برهم‌کنش محیط × ژنوتیپ در هر دو شرایط بدون تنش و تنش خشکی، معنی‌دار بود که حاکی از تنوع قابل توجه بین ژنوتیپ‌ها است. در تجزیه به مؤلفۀ اثرات اصلی تحت شرایط بدون تنش و تنش خشکی ، به ترتیب پنج و چهار عامل، مقدار ویژه بیش از یک داشتند، و به ترتیب 75 درصد و 69/1 درصد از تنوع کل صفات را توجیه نمودند. در شرایط بدون تنش در عامل اول با مقدار ویژه 4/8، صفات طول برگ، عرض برگ طول دمبرگ، قطر ساقه، قطر طبق و عملکرد دانه بیشترین تأثیر را داشتند. در عامل دوم با مقدار ویژه 1/73، صفات محتوای نسبی آب، صفات روز تا گلدهی و روز تا رسیدگی، در عامل سوم با مقدار ویژه 1/11، صفات محتوای کلروفیل، در عامل چهارم با مقدار ویژه 1/07، صفات تعداد برگ و ارتفاع گیاه و در عامل پنجم با مقدار ویژه 03/1، صفت محتوای روغن بیشترین تأثیر را داشتند. در شرایط تنش خشکی در عامل اول با مقدار ویژه 4/45، طول برگ، عرض برگ طول دمبرگ، قطر ساقه، قطر طبق و عملکرد دانه بیشترین تأثیر را داشتند. در عامل دوم با مقدار ویژه 24/2، صفت محتوای نسبی آب، صفات روز تا گلدهی و روز تا رسیدگی، عامل سوم با مقادیر ویژه 1/23، صفات تعداد برگ، ارتفاع گیاه، محتوای روغن دانه و عامل چهارم با مقادیر ویژه 1/06 صفات کلروفیل، محتوای روغن بیشترین تأثیر را داشتند. در تجزیه به مؤلفۀ برهم‌کنش تحت شرایط بدون تنش و تنش به ترتیب سه و چهار عامل مقدار ویژه بیش از یک داشتند و این عوامل به ترتیب 62/3 و 71/4 درصد از تنوع کل صفات را توجیه نمودند. در شرایط بدون تنش مقادیر ویژه سه عامل اول به ترتیب 5/12، 1/69 و 1/29 و در شرایط تنش مقادیر ویژه چهار عامل اول به ترتیب برابر 5/11، 1/93، 1/23 و 1/01 بود. بر پایۀ نتایج شاخص چند متغیره MGIDI پنج ژنوتیپ، (254-ENSAT)، (AS3232)، (ENSAT699)، (HA304) و (SDB1) تحت هر دو شرایط جزو ژنوتیپ‌های مطلوب ارزیابی شدند. از ژنوتیپ‌های برتر معرفی‌شده می‌توان در برنامه‌های به‌نژادی تهیه ارقام متحمل به تنش خشکی استفاده نمود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Selection of drought-tolerant oilseed sunflower genotypes using the multi-trait genotype-ideotype index (MGIDI)

نویسندگان English

Nasrin Akbari 1
Reza Darvishzadeh 2
1 PhD Graduate, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia, Iran
2 Professor, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia, Iran
چکیده English

Introduction
The multigenic and environmentally sensitive nature of drought tolerance presents significant challenges for the selection and breeding of superior genotypes in oilseed sunflower. Effective evaluation of drought tolerance relies on the simultaneous assessment of multiple traits across various environments, necessitating robust multi-trait selection methods.
 Materials and Methods
The study evaluated 100 oilseed sunflower genotypes for 13 agronomic and physiological traits under both normal and limited irrigation (drought stress) conditions, employing a simple 10×10 lattice design during the 2013 and 2014 growing seasons in Qezeljeh village, Salmas. Drought stress was imposed at the 8-leaf stage using a class A evaporation pan: plots received irrigation after 90 mm (normal) or 10 mm (drought) of evaporation. The measured traits included plant height (cm), leaf length (cm), leaf width (cm), petiole length (cm), stem diameter (cm), head diameter (cm), number of leaves, greenness index (SPAD), days to flowering, days to maturity, relative water content, seed oil content, and seed yield per plant.  The multi-trait genotype-ideotype distance index (MGIDI) was employed for selection, and data were analyzed using the metan package in R.
 Results and Discussion
Multivariate analysis of variance revealed significant effects of environment, genotype and their interaction under both irrigation regimes, indicating broad genetic diversity. Factor analysis identified five principal factors (eigenvalues >1) under normal conditions, and four under drought, explaining 75% and 69.1% of total trait variation, respectively.
Under normal irrigation, the first factor (eigenvalue:  4.8) included leaf length, leaf width, petiole length, stem diameter, head diameter and seed yield. Subsequent factors were associated with relative water content, flowering and maturity timing, greenness index, leaf number, plant height, and oil content. Under drought stress, the first factor (eigenvalue: 4.45) comprised similar morphological and yield traits, with other factors grouping relative water content, phenological traits, oil content, leaf number, plant height, and greenness index.
Principal component analysis of genotype-by-environment interaction revealed three and four components (eigenvalues >1) under normal and drought stress, explaining 62.3 and 71.4% of the variation, respectively. Under normal conditions, the eigenvalues of the first three factors were 1.81, 1.07, and 1.03, respectively, and under drought stress conditions, the eigenvalues of the first four factors were 4.5, 2.24, 1.23, and 1.06, respectively. The MGIDI index identified five genotypes (254-ENSAT), (AS3232), (ENSAT699), (HA304), and (SDB1) exhibited the greatest genetic distance, indicating their potential for breeding drought-tolerant hybrids through heterosis.
 Conclusion
The MGIDI provides a comprehensive approach for multi-trait selection and clustering of sunflower genotypes under both normal and drought conditions. The identification of genotypes with high genetic divergence offers valuable material for developing drought-tolerant hybrids, leveraging the benefits of heterosis for improved crop resilience.

کلیدواژه‌ها English

Drought stress
Genetic diversity
Multivariate analysis
Oilseed crops
Simultaneous selection
Anjum, S.H., Xie, X.Y., Wang, L.C., Saleem, M.F., Man, C., & Lei, W. )2011(. Morphological, physiological and biochemical responses of plants to drought stress. African Journal of Agricultural Research, 6(9), 2026-2032. https://doi.org/ 10.5897/AJAR10.027
Askari Kalestani,A.R., Ghaffary, S.M.T., Zali, H., & Moghadam., M.E. (2025). Identification of superior bread wheat genotypes using composite indices for cultivation in warm regions. Plant Productions, 47(4), 491-510. https://doi.org/10.22055/ppd.2024.46831.2163 [In Persian].
Baraki, F., Gebregergis, Z., Belay, Y., Teame, G., Gebremedhin, Z., Muez Berhe, M., Dawit Fisseha, D., Goitom Araya, G., & Gebregergs, G. (2024). Identification of adaptable sunflower (Helianthus annuus L.) genotypes using yield performance and multiple-traits index. Heliyon, 10(9), e29405. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e29405
Benakanahalli, N.K., Sridhara, S., Ramesh, N., Olivoto, T., Sreekantappa, G., Tamam, N., Abdelbacki, A.M.M., Elansary, H.O., & Abdelmohsen, S.A.M. (2021). A framework for identification of stable genotypes based on MTSI and MGDII indexes: An example in Guar (Cymopsis tetragonoloba L.). Agronomy, 11(6), 1221-1241. https://doi.org/10.3390/agronomy11061221
Hussain, M., Farooq, S., Hasan, W., am Ul-Allah, S., Tanveer, M., Farooq, M., & Nawaz, A. (2018). Drought stress in sunflower: Physiological effects and its management through breeding and agronomic alternatives. Agricultural Water Management, 201(C), 152-166. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2018.01.028
Enyew, M., Feyissa, T., Geleta M., Tesfaye, K., Hammenhag, C., & Carlsson, A.S. (2021). Genotype by environment interaction, correlation, AMMI, GGE biplot and cluster analysis for grain yield and other agronomic traits in sorghum (Sorghum bicolor L. Moench). PLoS ONE, 16(10), e0258211. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0258211
Farahani, E., & Arzani, A. (2009). Evaluation of genetic variation of durum wheat genotypes using multivariate analyses. Journal Crop production, 1(4), 51-64. [In Persian].
Kaiser, H.F. (1958). The varimax criterion for analytic rotation in factor analysis. Psy507 chometrika. Psychometmka, 23(3), 187–200. https://doi.org/10.1007/BF02289233
Olivoto, T., Lúcio, AD., da Silva, J.A, Marchioro, V.S., de Souza, V.Q., & Jost, E. (2019). Mean performance and stability in multi-environment trials I: Combining features of AMMI and BLUP techniques. Agronomy Journal, 111(6), 2949-2960. https://doi.org/10.2134/agronj2019.03.0220
Olivoto, T., & Nardino, M. (2020). MGIDI: Toward an effective multivariate selection in biological experiments. BioRxiv, 37(10), 1383-1389.
Olivoto, T., Diel, M.I, Schmidt, D., & Lúcio, A.D. (2022). MGIDI: A powerful tool to analyze plant multivariate data. Plant Methods, 18(1), 121. https://doi.org/10.1186/s13007-022-00952-5
Omidinasab, D., Meskarbashee, M., & Rahnama Ghahfarokhi, A. (2024). The effect of deficit irrigation on grain yield and some physiological indicators of sunflower (Helianthus annus L.) cultivars. Iranian Journal of Field Crops Research, 22(1), 71-88. https://doi.org/10.22067/jcesc.2023.83198.1258 [In Persian].
Omidinasab, D., Meskarbashee, M., & Rahnama Ghahfarokhi, A. (2023). Effect of deficit irrigation on grain yield and quality characteristics of oil content of sunflower (Helianthus annus L.). Iranian Journal of Field Crop Science, 54(3), 97-108. http//doi.org/10.22059/ijfcs.2023.353827.654972 [In Persian].
Pallavi, M., Prasad, B.M., Shanthi, P., Reddy, V.L.N., & Kumar, A.N. (2024). Multi trait genotype-ideotype distance index (MGIDI) for early seedling vigour and yield related traits to identify elite lines in rice (Oryza sativa L.). Electronic Journal of Plant Breeding, 15(1), 120 - 131. https://doi.org/10.37992/2024.1501.020
Pour-Aboughadareh, A., & Peter Poczai, P. (2021). A dataset on multi-trait selection approaches for screening desirable wild relatives of wheat. Data in Brief, 39, 107541. https://doi.org/10.1016/j.dib.2021.107541
Shen, J., Wang, X., Song, H., Wang, M., Niu, T., Lei, H., Qin, C., & Liu, A. (2023). Physiology and transcriptomics highlight the underlying mechanism of sunflower responses to drought stress and rehydration. Iscience, 26(11), 108112. https://doi.org/10.1016/j.isci.2023.108112
Shi, H., Wu, Y., Yi, L., Hu, H., Su, F., Wang, Y., Li, D., & Hou, J. (2023). Analysis of QTL mapping for germination and seedling response to drought stress in sunflower (Helianthus annuus L.). PeerJ, 11, e15275. https://doi.org/10.7717/peerj.15275
Shirzad, A., Asghari, A., Zali, H., Sofalian, O., & Mohammaddoust Chamanabad, H. (2023). Application of the multi-trait genotype-ideotype distance index in the selection of top barley genotypes in the warm and dry region of Darab. Journal of Crop Breeding, 14(44), 65-76. https://doi.org/10.52547/jcb.14.44.65 [In Persian].
Sholehah, M., Suwarno, W.B., Hapsari, V.P., Sulistyo, N.N., Marwiyah, S., & Aswidinnoor, H. (2024). Rice breeding for multi-canopy system: estimations of genetic parameters and response to selection. Agronomy Journal, 116(5), 2129-2140. https://doi.org/10.1002/agj2.21629
Singamsetti, A., Zaidi, P.H., Seetharam, K., Vinayan, M.T., Olivoto, T., Mahato, A., Madankar, K., Kumar, M., & Shikha, K. (2023). Genetic gains in tropical maize hybrids across moisture regimes with multi-trait-based index selection. Frontiers in Plant Science. 14, 1147424. https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1147424