Molekularna i asocijativna analiza svojstava klasa pšenice (Triticum aestivum L.)

Abstract

Uvod: Hlebna pšenica (Triticum aestivum L.) je jedna od najvažnijih žitarica široko zastupljena u proizvodnji u svetu, odnosno po ukupnoj proizvodnji zrna nalazi se na trećem mestu iza kukuruza i pirinča. Zahvaljujući značaju ove biljne vrste posebno u ljudskoj ishrani, priporitet u selekciji je usmeren na poboljšanje postojećih i stvaranje novih sorti sa povećanim genetičkim potencijalom za prinos, kako bi se zadovoljile i obezbedile kvantitativne potrebe za ovom žitaricom. Razvoj savremenih metoda i primena najnovijih tehnologija iz oblasti biotehnologije, sa posebnim akcentom na korišćenje molekularnih markera, otvorila je mogućnost implementacije molekularnog oplemenjivanja u klasične oplemenjivačke programe. Na ovaj način se putem marker-asistirane selekcije ostvaruje efikasnije, preciznije i ekonomičnije stvaranje prinosnijih sorti. Najvažnije agronomske osobine nalaze se pod kontrolom većeg broja gena i lokusa za kvantitativna svojstva (QTL), te su i osobine klasa koje predstavljaju najvažnije komponente prinosa, svojstva koja se nalaze pod većim uticajem faktora spoljašnje sredine. Danas se za otkrivanje i precizno definisanje hromozomskih regiona odgovornih za ekspresiju ovih važnih osobina primenjuje jedan od najperspektivnijih pristupa tzv. asocijativno mapiranje koje visokom rezolucijom mapiranja olakšava primenu marker-asistirane selekcije. Cilj istraživanja je bio da se utvrde osnovni parametri genetičke varijabilnosti primenom mikrosatelita, da se proceni genetička struktura u ispitivanoj populaciji na osnovu molekularnih podataka, da se analiziraju svojstva klasa kao najznačajnijih komponenti prinosa pšenice kao i adaptivnih svojstava tokom pet vegetacionih sezona. Takođe, postavljen je i cilj da se ispita neravnoteža vezanosti između hromozoma, i da se analiziraju veze između markera i svojstava u svim ispitivanim godinama primenom najsavremenijeg pristupa - asocijativnog mapiranja. Krajnji cilj bio je da se identifikuju značajni i stabilni lokusi odgovorni za ekspresiju pojedinačnih karakteristika klasa i svojstava adaptabilnosti i da se utvrde poželjni aleli u okviru lokusa koji su imali najveći uticaj na fenotipsku varijabilnost ispitivanih osobina...

Introduction: Bread wheat (Triticum aestivum L.) is one of the most important cereals worldwide and in terms of total grain production wheat is positioned on third place after maize and rice. Due to a great importance for human diet, the priority in wheat breeding is focused on improving of existing and creating new varieties with increased genetic yield potential, in order to meet quantitative demands for this grain. The development of modern methods and the use of new technologies in the field of biotechnology, with particular emphasis on the use of molecular markers, opened the possibility of implementing molecular breeding in classical breeding programs. In this way, the creation of high yielding varieties is more efficient, accurate and cost-effective. The most important agronomic traits are controlled by a large number of genes and quantitative trait loci (QTL). As the most important yield components, spike-related traits are under strong influence of numerous environmental factors. In the last few years, association mapping has been considered as one of the most promising methods for the exploration of precise detection chromosome regions responsible for the expression of these important traits. This high resolution perspective approach facilitates the application of marker-assisted selection into breeding process. The aim of this study was to determine the basic parameters of genetic variability by using microsatellites, to assess the genetic structure in the population based on molecular data, to analyze the spike characteristics as the most important yield components and the adaptability traits during five growing seasons. Moreover, linkage disequilibrium, and the associations between SSR markers and traits investigated were examined by use of association mapping. Furthermost, the aim was to identify significant and stable loci responsible for expression of spike-related and adaptability characteristics, to identify desirable alleles within loci that have had the greatest impact on the phenotypic variability...