Генотипска и фенотипска процена колекције пасуља (Phaseolus vulgaris L.)

Abstract

У овој докторској дисертацији извршена је фенотипска и молекуларна процена 177 генотипова колекције пасуља Института за ратарство и повртарство, Нови Сад. Испитани материјал је обухватао сорте оплемењене у три српска института, стране сорте и линије, као и локалне популације пасуља сакупљене на територији Републике Србије и околних земаља. Процена фенотипске варијабилности је обухватала испитивање особина одабраних на основу дескриптора, као и агрономски најзначајнијих особина пасуља. На основу типа фазеолина одређена је припадност генотипова андском или средњеамеричком центру порекла. Молекуларна карактеризација и испитивање структуре колекције пасуља извршена је применом 27 полиморфних микросателитних маркера. Генотипови пасуља, одабрани према приоритету у очувању регистровани су у EURISCO каталог биљних генетичких ресурса. Средњи ниво фенотипске варијабилности утврђен је за описне особине одабране према дескриптору. Издвојене су особине са бољом моћи раздвајања, које ће послужити за будућу ефикасну процену већих колекција пасуља. Применом анализе хомогености генотипови су груписани у шест група, у складу са познатим обрасцима фенотипске варијације карактеристичним за центре порекла пасуља. Различити нивои варијабилности генотипова у погледу испитаних агрономских особина утврђени су у овом раду. Установљене су позитивне корелационе међузависности већине испитаних својстава. Крупноћа зрна је била у негативној корелационој вези са осталим компонентама приноса, изузев приносом по биљци. Анализом главних компоненти идентификоване су агрономски значајне особине које су највише допринеле варијацији генотипова испитане колекције пасуља. Генотипови су подељени у две групе (средњеамеричку и андску), које су се разликовале по комбинацији испитаних агрономских особина. Издвојени су генотипови у оквиру посебне подгрупе, чији је основ у андском центру порекла (андска подгрупа). Идентификација андске подгрупе указала je на постојање генотипова који према фенотипу представљају мешавину два центра порекла. Анализа груписања је у великој мери у сагласности са анализом главних компоненти. Најбројнији су генотипови пасуља са Т типом фазеолина (65,5%), након чега следе генотипови са S типом (29,4%) и C типом (4,5%). Забележени удео типова фазеолина наводи на закључак да су генотипови пасуља анализирани у овом раду вероватно пореклом из земаља централне и западне Европе. Просечан број алела по локусу је износио 18, док је очекивана хетерозиготност била 0,81. Испитивањем генетичке структуре колекције пасуља применом микросателитних маркера, утврђена је подела генотипова у две групе, која је одговарала подели према припадности центру порекла. Међутим, генетичка варијабилност колекције је већим делом била условљена разликама између појединачних генотипова, него разликама између центара порекла. Идентификација андске подгрупе на фенотипском и молекуларном нивоу, као и потенцијалних хибрида, указаује на податак да значајан део генотипова испитаних у овом раду представља извор нове варијације. Ова варијација је могла настати као резултат спонтане или планиране хибридизације генотипова из два различита центра порекла. Из фенотипски и молекуларно оцењене испитане колекције пасуља, формирана је базична колекција која обухвата 100% фенотипске и 82% алелне варијабилности основне испитане колекције пасуља. Овако формирана базична колекција представља основ за даља испитивања и оплемењивање.

U ovoj doktorskoj disertaciji izvršena je fenotipska i molekularna procena 177 genotipova kolekcije pasulja Instituta za ratarstvo i povrtarstvo, Novi Sad. Ispitani materijal je obuhvatao sorte oplemenjene u tri srpska instituta, strane sorte i linije, kao i lokalne populacije pasulja sakupljene na teritoriji Republike Srbije i okolnih zemalja. Procena fenotipske varijabilnosti je obuhvatala ispitivanje osobina odabranih na osnovu deskriptora, kao i agronomski najznačajnijih osobina pasulja. Na osnovu tipa fazeolina određena je pripadnost genotipova andskom ili srednjeameričkom centru porekla. Molekularna karakterizacija i ispitivanje strukture kolekcije pasulja izvršena je primenom 27 polimorfnih mikrosatelitnih markera. Genotipovi pasulja, odabrani prema prioritetu u očuvanju registrovani su u EURISCO katalog biljnih genetičkih resursa. Srednji nivo fenotipske varijabilnosti utvrđen je za opisne osobine odabrane prema deskriptoru. Izdvojene su osobine sa boljom moći razdvajanja, koje će poslužiti za buduću efikasnu procenu većih kolekcija pasulja. Primenom analize homogenosti genotipovi su grupisani u šest grupa, u skladu sa poznatim obrascima fenotipske varijacije karakterističnim za centre porekla pasulja. Različiti nivoi varijabilnosti genotipova u pogledu ispitanih agronomskih osobina utvrđeni su u ovom radu. Ustanovljene su pozitivne korelacione međuzavisnosti većine ispitanih svojstava. Krupnoća zrna je bila u negativnoj korelacionoj vezi sa ostalim komponentama prinosa, izuzev prinosom po biljci. Analizom glavnih komponenti identifikovane su agronomski značajne osobine koje su najviše doprinele varijaciji genotipova ispitane kolekcije pasulja. Genotipovi su podeljeni u dve grupe (srednjeameričku i andsku), koje su se razlikovale po kombinaciji ispitanih agronomskih osobina. Izdvojeni su genotipovi u okviru posebne podgrupe, čiji je osnov u andskom centru porekla (andska podgrupa). Identifikacija andske podgrupe ukazala je na postojanje genotipova koji prema fenotipu predstavljaju mešavinu dva centra porekla. Analiza grupisanja je u velikoj meri u saglasnosti sa analizom glavnih komponenti. Najbrojniji su genotipovi pasulja sa T tipom fazeolina (65,5%), nakon čega slede genotipovi sa S tipom (29,4%) i C tipom (4,5%). Zabeleženi udeo tipova fazeolina navodi na zaključak da su genotipovi pasulja analizirani u ovom radu verovatno poreklom iz zemalja centralne i zapadne Evrope. Prosečan broj alela po lokusu je iznosio 18, dok je očekivana heterozigotnost bila 0,81. Ispitivanjem genetičke strukture kolekcije pasulja primenom mikrosatelitnih markera, utvrđena je podela genotipova u dve grupe, koja je odgovarala podeli prema pripadnosti centru porekla. Međutim, genetička varijabilnost kolekcije je većim delom bila uslovljena razlikama između pojedinačnih genotipova, nego razlikama između centara porekla. Identifikacija andske podgrupe na fenotipskom i molekularnom nivou, kao i potencijalnih hibrida, ukazauje na podatak da značajan deo genotipova ispitanih u ovom radu predstavlja izvor nove varijacije. Ova varijacija je mogla nastati kao rezultat spontane ili planirane hibridizacije genotipova iz dva različita centra porekla. Iz fenotipski i molekularno ocenjene ispitane kolekcije pasulja, formirana je bazična kolekcija koja obuhvata 100% fenotipske i 82% alelne varijabilnosti osnovne ispitane kolekcije pasulja. Ovako formirana bazična kolekcija predstavlja osnov za dalja ispitivanja i oplemenjivanje.

This doctoral thesis deals with phenotypic and molecular evaluation of 177 dry bean genotypes. Analyzed genotypes are part of common bean seed collection of Institute of Field and Vegetable Crops, Novi Sad. Tested material consisted of domestic and foreign cultivars and lines and local populations collected from the territory of Republic of Serbia and neighboring countries. Traits chosen from international descriptor list and main dry bean seed yield components were used in assessment of phenotypic variability. Affiliation to the gene pools, Mesoamerican or Andean, was determined based on phaseolin type. Molecular characterization considered the analysis of allelic variation at 27 polymorphic SSR loci. Dry bean genotypes with priority in conservation, were registered in EURISCO catalogue of plant genetic resources. Medium level of phenotypic variability was determined in studied dry bean collection, based on traits chosen according to descriptor list. Descriptive traits with better discriminating power were identified, proving useful in future assessment of larger collections. Tested genotypes were arranged in six groups, according to homogeneity analysis, which supported familiar patterns of phenotypic variation found in individual bean gene pools. Variation was recorded in studied dry bean seed yield components. Positive correlations were observed between majority of yield components. Seed weight was in negative correlation with other tested agronomical traits, except seed yield per plant. Dry bean yield components, which contributed greatly to the overall diversity, were identified using principal component analysis. Genotypes were separated in two groups which differed according to combination of agronomical traits (Mesoamerican and Andean). Additional group of genotypes was identified with the basis in Andean gene pool, named Andean subgroup. Cluster analysis was in accordance with principal component analysis. Majority of genotypes had T phaseolin type (65.5%), following with S (29.4%) and C (4.5%) types, indicating that origin of analyzed dry bean genotypes was from central and western Europe. Average number of 18 alleles per loci was detected, with average gene diversity of 0.81. In the analysis of microsatellite data, two groups were identified which corresponded to Mesoamerican and Andean gene pools. However, genetic variability of the collection was attributed to differences among individual genotypes, rather than differences between the centers of origin. Identification of Andean subgroup and potential hybrids between two gene pools, on both phenotypic and molecular level, indicated that significant proportion of studied genotypes in this dissertation represent sources of new variation. This variation could have been derived from spontaneous crossing or breeding of genotypes from two centers of origin. Core collection representing 100% of phenotypic and 82% of allelic diversity was developed from assessed genotypes, which would serve as a base for further research and breeding. Accepted