Assessment of Genetic Diversity in Bread Wheat Genotypes Based on Heat Tolerance and SSR Markers

Document Type : Original Article

Abstract

Ten bread wheat genotypes (Triticum aestivum L.) were evaluated for heat tolerance under normal and late sowing dates during 2014/2015 and 2015/2016 seasons. Four agronomic traits, i.e. grain yield per plant (GYP), 1000-kernel weight (TKW), Spike length (SL) and plant height (PH) were evaluated. The genetic diversity was assessed among genotypes based on phenotypic data and thirteen simple sequence repeats (SSR) markers, representatives of nine wheat chromosomes. Heat stress under the late sowing date was quite strong resulting in 30.4, 14.6, 14.7 and 28.8% average reduction for GYP, TKW, SL and PH, respectively. GYP showed a negative and significant correlation (r= -0.66, P<0.05) with heat susceptibility index (HSI) under heat stress. By using 13 SSR markers, a total of 125 DNA fragments were generated, with an average of 9.6 bands per marker. The level of polymorphism (%P) ranged from 25% for the marker Xgwm497-1A to 85.7% for Xwmc273-7A, with an average of 60.8%. The highest polymorphism information content (PIC) value (0.36) was also recorded for Xwmc273-7A, while the lowest PIC (0.11) was found with Xwmc398-6A, with an average of 0.23. A highly significant correlation (r= 0.872, P<0.01) was found between %P and PIC values. Cluster analysis based on phenotypic data classified the ten genotypes into two groups, of which the group-1 genotypes (Line-1, Line-2 and Line-3) showed high tolerance to heat stress by exhibiting lowest HSI values. However, cluster analysis based on SSR markers generated two clusters, where cluster-I contained five genotypes (Line-1, Line-2, Line-3, Debeira and EL-Nilein) tolerant to heat stress, indicating the efficiency of SSR markers in discriminating wheat genotypes. Moreover, four SSRs generated some unique bands or specific for some tolerant genotypes, that could be used as markers associated with heat tolerance in wheat. However, additional markers analysis is still required to validate their usefulness in breading programs.

Keywords

Main Subjects


Article Title [العربیة]

تقدیر التنوع الوراثی فی طرز وراثیة من قمح الخبز اعتماداً على التحمل الحراری وواسمات SSR

Abstract [العربیة]

تم تقییم عشرة طرز وراثیة من قمح الخبز فی میعادی زراعة قیاسی ومتأخر خلال موسمی 2014/2015 و 2015/2016. تم تقییم أربعة صفات محصولیة هی محصول الحبوب للنبات الواحد ووزن الألف حبة وطول السنبلة وطول النبات. تم تقدیر التنوع الوراثی بین الطرز الوراثیة تحت الدراسة اعتماداً على البیانات المظهریة وثلاثة عشرة واسمة SSR تمثل تسعة من کروموسومات القمح. أظهرت النتائج أن الاجهاد الحراری کان قویاً فی میعاد الزراعة المتأخر مؤدیاً إلى متوسط انخفاض مقداره 30.4 ، 14.6 ، 14.7 ، 28.8% فی صفات محصول الحبوب للنبات ووزن الألف حبة وطول السنبلة وطول النبات، على التوالی. کما اظهر محصول الحبوب للنبات ارتباطاً سالباً معنویاً (r= -0.66, P<0.05) مع دلیل الحساسیة للحرارة تحت ظروف الاجهاد الحراری. وباستخدام 13 واسم  SSR، تم الحصول على 125 حزمة DNA بمتوسط قدره 9.6 حزمة لکل واسم. تراوحت النسبة المئویة لتعدد الطرز من 25% بالنسبة للواسم Xgwm497-1A إلى 85.7% للواسم Xwmc273-7A، بمتوسط قدره 60.8%. سجلت أیضاً أعلى قیمة للمحتوى المعلوماتی لتعدد الطرز (0.36) للواسم Xwmc273-7A، بینما أقل قیمة (0.11) وجدت مع الواسم Xwmc398-6A، بمتوسط قدره 0.23. ولوحظ وجود ارتباطاً موجباً معنوی جداً  (r= 0.872, P<0.01) بین النسبة المئویة لتعدد الطرز (%P) والمحتوى المعلوماتی لتعدد الطرز (PIC). أظهر التحلیل العنقودی اعتماداً على البیانات المظهریة توزیع العشرة طرز وراثیة إلى مجموعتین، حیث اظهرت الطرز الوراثیة للمجموعة الأولى (سلالة-1 ، سلالة-2 ، سلالة-3) أعلى تحمل للاجهاد الحراری وأقل قیم لدلیل الحساسیة للحرارة. کما أدى التحلیل العنقودی باستخدام واسمات SSR إلى تکوین مجموعتین، حیث احتوت المجموعة الأولی على خمسة طرز وراثیة متحملة للاجهاد الحراری (سلالة-1 ، سلالة-2 ، سلالة-3 ، دیبیرا ، النیلین) ، مما یدل على کفاءة واسمات الـ SSR فی تمییز الطرز الوراثیة للقمح. علاوة على ذلک، فإن أربعة واسمات SSR اظهرت بعض الحزم الفریدة أو الخاصة ببعض الطرز الوراثیة المتحملة، والتی یمکن استخدامها کواسمات مرتبطة بالتحمل الحراری فی القمح. ومع ذلک، لا تزال هناک حاجة لتحلیل واسمات اضافیة للتحقق من فائدتها فی برامج التربیة.

Keywords [العربیة]

  • الإجهاد الحراري
  • التنوع الجيني
  • وواسمات SSR
  • تحليل العنقودية. تريتيکوم إستيفوم L