مسعود بازگیر

پدیده گرد و خاک به‌عنوان یکی از مهم‌ترین تنش‌های غیرزیستی در مناطق خشک و نیمه‌خشک، اثرات مخربی بر رشد، فرآیندهای فتوسنتزی و عملکرد محصولات زراعی، به‌ویژه گندم، بر جای می‌گذارد و به‌طور جدی امنیت غذایی جهانی را تهدید می‌کند. پژوهش حاضر با هدف بررسی اثرات تنش گرد و خاک بر صفات مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی و فتوسنتزی گندم، شناسایی ژنوتیپ‌های متحمل و تعیین ژن‌ها و جایگاه‌های ژنومی مؤثر در پاسخ به این تنش انجام شد. بدین منظور، آزمایشی در سال زراعی 1402–1401 در گلخانه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه ایلام اجرا گردید که طی آن 100 ژنوتیپ گندم تحت دو شرایط نرمال و تنش گرد و خاک از نظر 38 صفت مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج تجزیه واریانس نشان داد اختلاف بین ژنوتیپ‌ها برای کلیه صفات مورد بررسی در سطح احتمال یک درصد معنی‌دار است که حاکی از وجود تنوع ژنتیکی قابل‌توجه در واکنش ژنوتیپ‌ها به تنش گرد و خاک می‌باشد. در میان ژنوتیپ‌ها، ژنوتیپ G90 در شرایط نرمال بالاترین مقادیر صفاتی نظیر تعداد دانه در بوته، تعداد دانه در سنبله، عملکرد دانه و شاخص برداشت را به خود اختصاص داد و در شرایط تنش نیز از نظر تعداد دانه در سنبله برتری معنی‌داری نشان داد که بیانگر پتانسیل بالای این ژنوتیپ برای استفاده در برنامه‌های به‌نژادی است. تحلیل همبستگی صفات نشان داد که در هر دو شرایط نرمال و تنش گرد و خاک، عملکرد دانه بیشترین همبستگی مثبت و معنی‌دار را با تعداد دانه در سنبله و وزن صد دانه دارد؛ ازاین‌رو، این صفات می‌توانند به‌عنوان شاخص‌های کارآمد در انتخاب غیرمستقیم ژنوتیپ‌های متحمل مورد استفاده قرار گیرند. بر اساس نتایج تحلیل مؤلفه‌های اصلی، سه مؤلفه نخست بیش از 91 درصد از کل تغییرات صفات را توجیه کردند که نشان‌دهنده همبستگی قوی و ساختار منسجم صفات مورد مطالعه است. همچنین نتایج تجزیه خوشه‌ای، ژنوتیپ‌ها را در هر دو شرایط نرمال و تنش در گروه‌های متمایز طبقه‌بندی نمود که بیانگر تفاوت‌های ژنتیکی آن‌ها در پاسخ به تنش گرد و خاک می‌باشد. به‌منظور شناسایی ژن‌ها و جایگاه‌های ژنومی مرتبط با صفات مورد بررسی، از تحلیل ارتباط گسترده ژنومی (GWAS) استفاده شد. در مجموع 28٬228 نشانگر SNP مورد ارزیابی قرار گرفت که پس از پالایش داده‌ها، 16٬437 نشانگر با کیفیت برای تحلیل نهایی انتخاب گردید. نتایج GWAS منجر به شناسایی 8276 ارتباط معنی‌دار ژن–صفت (MTA) با سطح اطمینان بالا (log₁₀P > 2.5) شد که از این تعداد، 7140 ارتباط در شرایط نرمال و 1136 ارتباط در شرایط تنش گرد و خاک شناسایی گردید. بیشترین تعداد ژن‌های مرتبط بر روی ژنوم‌های A و B به‌ترتیب با 3750 و 3765 ژن مشاهده شد، در حالی که ژنوم D کمترین سهم را با 761 ژن به خود اختصاص داد. این نتایج بر نقش محوری ژنوم‌های A و B در تنظیم پاسخ‌های فیزیولوژیکی و متابولیکی گندم به تنش گرد و خاک تأکید دارد. بر اساس حاشیه‌نویسی ژن‌ها، چندین ژن کلیدی مرتبط با صفات فتوسنتزی، فیزیولوژیکی و عملکردی شناسایی شد. در میان آن‌ها، ژن TraesCS3B02G006600 با بیشترین فراوانی شناسایی (8 بار) و اثر منفی بر ارتفاع گیاه، به‌عنوان ژن کاندید اصلی معرفی گردید. این ژن که با فعالیت پروتئینCytochrome P450 مرتبط است، احتمالاً از طریق تنظیم مسیرهای هورمونی، متابولیکی و آنتی‌اکسیدانی، نقش مهمی در سازگاری فیزیولوژیکی گندم تحت تنش گرد و خاک ایفا می‌کند. کاهش رشد طولی هم‌زمان با حفظ یا افزایش پایداری فیزیولوژیکی می‌تواند نشان‌دهنده ایجاد تعادل بین رشد و تحمل تنش در گیاه باشد. در مجموع، شناسایی ژن‌ها و جایگاه‌های ژنومی مرتبط با پاسخ به تنش گرد و خاک، بستر ارزشمندی برای برنامه‌های اصلاحی مبتنی بر ژن و انتخاب به‌کمک نشانگر (MAS) فراهم می‌آورد و می‌تواند در توسعه ارقام گندم متحمل به گرد و خاک مورد استفاده قرار گیرد.