بررسی ناهنجاری‌های رفتار کروموزومی و ویژگی‌های مورفولوژی در ژنوتیپ‌های حاصل از تلاقی بین‌‌گونه‌‎‌ای پنبۀ بومی کرمان با رقم VTDL گونۀ آربورئوم

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه زراعت و اصلاح نباتات دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم تحقیقات، تهران، ایران

2 بخش تحقیقات پنبه و گیاهان لیفی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان تهران، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، ورامین، ایران

چکیده

پژوهش حاضر برای بررسی رفتار کروموزوم‌ها در میوز دو گونۀ پنبۀ بومی کرمان (Gossypium herbaceum)، رقم VTDL از گونۀ G. arboreum و هیبرید حاصل از تلاقی دو گونه و همچنین ژنوتیپ‌های حاصل از نتاج تلاقی برگشتی چهارم آن‌ها انجام شد. نتاج مربوط به بررسی رفتار کروموزومی هیبرید F1 نشان داد که در 40 درصد سلول‌های مشاهده‌شده در مرحلۀ متافاز 1، یک عدد کوادری والان از نوع مجاور تشکیل می‌شود. در سلول‌هایی که در مرحلۀ متافاز 2 بررسی شدند در یکی از آن‌ها کروموزوم سرگردان دیده شد و رفتار کروموزوم‌ها در سایر مراحل تقسیم به‌شکل نرمال بود. انجام تلاقی‌های برگشتی متوالی، این ناهنجاری‌ها را کاهش داده است. صفات ظاهری در بوته‌های حاصل از تلاقی برگشتی کاملاً به سمت گونۀ هرباسئوم تمایل داشتند و تنها تعداد محدودی از صفات از گونۀ آربورئوم در نتاج، باقی مانده بودند. از آنجا که اصلاح همة صفات به‌طور هم‌زمان و به‌ویژه به روش تلاقی‌های دور در یک مرحله ممکن نیست. بنابراین دسترسی به این نتاج به‌دست‌ آمده ممکن است بزرگ‌ترین گام در مراحل اولیۀ اصلاح ارقام بومی ایران باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Chromosomal abnormality behaviors and morphological evaluation of genotypes derived from hybrids of Kerman endemic cotton and VTDL variety of Arboreum

نویسندگان [English]

  • Zahra Harati 1
  • Mosareza Vafaie-Tabar 2
  • Mahmud Khosroshahli 1
1 Department of Agronomy and Breeding, Islamic Azad University, Science and Research Branch, Tehran, Iran
2 Department of Cotton and Fiber Plants, Agricultural and Natural Resources Research and Education Center of Tehran, AREEO, Varamin, Iran
چکیده [English]

This study was carried out in order to investigate on chromosomal behavior during meiosis in Kerman endemic cotton (Gossypium herbaceum) and VTDL (G. arboretum) species, F1 hybrids of two species and BC4 genotypes. The F1s investigations showed that in 40 percent of tested cells, there was one adjacent quadrivalent. Only in one case there was one lag chromosome at MII and the rest of next meiosis stages were normal. Repeated back crosses (up to BC4) caused to reduce the irregularities. Morphological traits in back crosses, were mostly similar to G. herbaceum and only in few cases were left from G. arboretum species. Since simultaneously breeding for all traits, especially through far hybridization, is not possible at one stage, so the resulted offspring would be great achievement at the early steps of endemic cotton improvement.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Arboretum
  • Cotton
  • Herbaceum
  • Meiosis

بررسی ناهنجاری‌های رفتار کروموزومی و ویژگی‌های مورفولوژی
در ژنوتیپ‌های حاصل از تلاقی بین‌‌گونه‌
‎‌ای پنبۀ بومی کرمان
با رقم
VTDL گونۀ آربورئوم

 

زهرا هراتی 1، موسی‌الرضا وفایی‌تبار 2* و محمود خسروشاهلی 1

1 گروه زراعت و اصلاح نباتات دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم تحقیقات، تهران، ایران

2 بخش تحقیقات پنبه و گیاهان لیفی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان تهران، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، ورامین، ایران

 

چکیده

پژوهش حاضر برای بررسی رفتار کروموزوم‌ها در میوز دو گونۀ پنبۀ بومی کرمان (Gossypium herbaceum)، رقم VTDL از گونۀ G. arboreum و هیبرید حاصل از تلاقی دو گونه و همچنین ژنوتیپ‌های حاصل از نتاج تلاقی برگشتی چهارم آن‌ها انجام شد. نتاج مربوط به بررسی رفتار کروموزومی هیبرید F1 نشان داد که در 40 درصد سلول‌های مشاهده‌شده در مرحلۀ متافاز 1، یک عدد کوادری والان از نوع مجاور تشکیل می‌شود. در سلول‌هایی که در مرحلۀ متافاز 2 بررسی شدند در یکی از آن‌ها کروموزوم سرگردان دیده شد و رفتار کروموزوم‌ها در سایر مراحل تقسیم به‌شکل نرمال بود. انجام تلاقی‌های برگشتی متوالی، این ناهنجاری‌ها را کاهش داده است. صفات ظاهری در بوته‌های حاصل از تلاقی برگشتی کاملاً به سمت گونۀ هرباسئوم تمایل داشتند و تنها تعداد محدودی از صفات از گونۀ آربورئوم در نتاج، باقی مانده بودند. از آنجا که اصلاح همة صفات به‌طور هم‌زمان و به‌ویژه به روش تلاقی‌های دور در یک مرحله ممکن نیست. بنابراین دسترسی به این نتاج به‌دست‌ آمده ممکن است بزرگ‌ترین گام در مراحل اولیۀ اصلاح ارقام بومی ایران باشد.

واژه‌های کلیدی:آربورئوم، پنبه، میوز، هرباسئوم

 


مقدمه.

پنبه، گیاهی گل‌دار (دولپه‌ای) از خانوادۀ Malvacea زیرخانوادۀ Hibiceae و از جنس Gossypiumاست. جنس Gossypiumشامل بیش از 50 گونه است که از این تعداد، 7 گونه تتراپلوئید و بقیه دیپلوئید هستند (Wendel and Grover, 2015). الیافی که قابلیت ریسندگی دارند در جهان از چهار گونۀ اصلی و زراعی شامل گونه‌های دیپلوئید ‌G. arboreum و
G. herbaceumو گونه‌های تتراپلوئید G. barbadense وG. hirsutumبه دست می‌آیند. ارقام زراعی دیپلوئید، اغلب در آسیا به‌ویژه در هندوستان کاشته می‌شوند. این ارقام مقاومت بیشتری نسبت به آفات در مقایسه با ارقام تتراپلوئید دارند؛ اما میزان تولید محصول در آن‌ها کمتر از تتراپلوئیدها است (Kohel and Lewise, 1984).

Brown و Ware (1958) بیان کردند که Denham و Nikolajeva نخستین شمارش کروموزومی را در گونه‌های زراعی پنبه در سال 1924 گزارش کرده‌اند. پنبه‌های دنیای قدیم (G. arboreum وG. herbaceum)، 2n=2x=26 کروموزوم و پنبه‌های دنیای جدید، 2n=4x=52 کروموزوم دارند (Kohel and Lewise, 1984). اختلاف کلی در دو ژنوم هرباسئوم و آربورئوم در وجود جابه‌جایی قطعات کروموزومی بین دو کروموزوم شمارة 1 و 2 است که در گونۀ آربورئوم اتفاق افتاده است و به‌سبب آن در میوز نسل اول، تلاقی بین دو گونة کوادری‌والان تشکیل می‌شود (Menzel and Brown, 1953). در بررسی کاریولوژیکی ارقام
G. herbaceumبومیایران مشاهده شد که به‌طور‌کلی کاریوتیپ‌های ارقام این گونه، متقارن بوده و دارای کروموزوم‌های کوچک هستند و بزرگ‌ترین طول کلی کروموزوم‌ها، مربوط به رقم سبزوار با طول 46/46 میکرومتر و کوچک‌ترین این مقدار مربوط به رقم محلات با طول 83/23 میکرومتر بود (Sheidaie et al, 1996).

Brown و همکاران (1981) ساختمان‌های کروموزومی را در جابه‌جایی قطعات کروموزومی هتروزیگوت و جهت‌گیری‌های آن‌ها هنگام تقسیم میوز بررسی کردند. در بررسی آن‌ها، اطلاعات روی ژن‌های مارکر، ساختمان‌های کروموزومی هتروزیگوس و فراوانی محتمل گامت‌های dup-def (مضاعف- کمبود) برای 57 لاین با جابه‌جایی قطعات کروموزومی پنبة تشکیل‌دهندة کوادری والان در هتروزیگوت‌ها ارائه شد. کوادری والان‌های بزرگ متقارن (جابه‌جایی‌های A و A) به ظهور تعداد زیادی از جهت‌گیری‌های متناوب در متافاز 1 تمایل داشتند؛ در حالی‌که حلقه‌های کوچک (D ، D) غالباً شکل مجاور را ارائه می‌دادند و لاین‌های دیگر به‌طور تصادفی، شکل حلقه و زنجیره را داشتند. همچنین گزارش شد، زمانی‌که لاین‌های بررسی‌شده از جنبة جابه‌جایی‌ها، قطعات کروموزومی هتروزیگوت بودند و حلقة مجاور را با فراوانی زیاد تشکیل می‌دادند، فراوان‌ترین گامت‌ها از جنبة کمبود و اضافه بودن قطعات، به وجود آمدند. مطالعه‌ای بر ویژگی‌های سیتوژنتیکی لاین‌های پنبة تتراپلوئید (G. hirsutum) دارای جابه‌جایی‌های قطعات کروموزومی مختلف نشان داده است که کروموزوم‌های حامل جابه‌جایی، به آسانی با گرده و تخمک انتقال می‌یابند و می‌توان آن را به حالت هموزیگوس نگه داشت (1986 ,.et al Menzel). چندین نوع جهت‌گیری سانترومری، در کوادری والان‌های پنبه‌های تتراپلوئید (G. hirsutum) دارای جابه‌جایی‌های قطعات کروموزومی هتروزیگوس مشاهده شده است؛ به‌طوری‌که علاوه بر شکل‌های متناوب و مجاور، نوعی جهت‌گیری سوم به نام متناوب3 رخ می‌دهد که سه بعدی و دارای ساختمان V شکل است. همچنین دو نوع تفرق دیگر که در آن جهت‌گیری سانترومر، حالت تغییر یافتة وضعیت‌های مجاور و متناوب و چرخشی از آنهاست، در جابه‌جایی‌های قطعات کروموزومی هتروزیگوس مشاهده شده است (Endrizzi et al., 1983).
Vafaie-Tabar و Chandrashekaran (2007) رفتار کروموزوم‌ها را در میوز هیبرید تریپلوئید ((AAD بین‌گونه‌ای پنبه بررسی کردند. این هیبرید، از تلاقی میان G. hirsutum تتراپلوئید و G. arboreumدیپلوئید به دست آمده بود و پیش‌بینی می‌شد که در متافاز 1 میوز، 13 بایوالان (AA ) و 13 یونی‌والان (D) وجود داشته باشد؛ در حالی‌که در سلول‌های مادر گرده؛ 8 تا 12 بایوالان و 12 تا 17 یونی والان مشاهده شد. یونی‌والان‌ها به‌شکل انفرادی یا گروهی، پراکنده شده بودند و در مرحلة میوز دوم، کروموزوم‌ها به‌شکل دسته‌هایی بیش از دو گروه با سطوح پلوئیدی متفاوت مشاهده شدند. به عبارتی، در آنافاز دوم، تنها 2/3% از سلول‌های مادر گرده، تفرق دو دسته‌ای و نرمال کروموزومی داشتند و سایر سلول‌ها، چندین دسته رشته‌های دوکی دو قطبی داشتند که گاهی تعداد آن‌ها به شش دسته می‌رسید. تعداد کروموزوم‌ها در رشته‌های دوکی فرعی (سوم به بعد) کمتر از تعداد آن‌ها در رشته‌های دوکی اصلی گزارش شد؛ به طوری‌که گاهی تعداد آن‌ها به یک کروموزوم نیز می‌رسید. Skovsted (1933) در مطالعات خود بر رفتار کروموزومی هیبرید حاصل از تلاقی G. herbaceum× G. arboreum نشان داد که فراوانی کیاسما اندک بوده و گاهی کروموزوم‌ها به‌شکل 14-12 تفکیک می‌شوند. همچنین در هیبریدهای حاصل از تلاقی پنبه‌های دیپلوئید آسیایی (G. arboreum) با تتراپلوئید (G. hirsutum)،علاوه بر یونی‌ والان و بایوالان، تجمعات کروموزومی دیگری مانند تری، تترا و هگزاوالان نیز گزارش شده است (Skovsted, 1934).

در مطالعة Harati و Vafaie-Tabar (2013) بر رفتارهای میوزی در نتاج حاصل از تلاقی‌های بین‌گونه‌ای ارقام پنبة بومی سمنان و شهرضا با گونة آربورئوم گزارش شده است که در جمعیت‌های حاصل از نتاج تلاقی‌ برگشتی چهارم، کوادری والان با فراوانی اندک تشکیل شده است. علاوه بر آن، ناهنجاری‌های دیگری نیز مانند وجود یونی والان، تری‌والان و چند دسته‌شدن کروموزوم‌ها در متافاز 2 و آنافاز 2 مشاهده و به دنبال آن انحراف از حالت تتراد دیده شد. آن‌ها اشاره کردند که انجام تلاقی‌های برگشتی متوالی، کاهش این ناهنجاری‌ها را سبب شده است؛ به‌طوری‌که درصد بیشتر بوته‌های بررسی‌شده، رفتار میوزی نرمال داشتند.

در پژوهشی دیگر، Harati و همکاران (2011) رفتار کروموزوم‌ها در میوز، صفات کمی و کیفی الیاف پنبه در هیبرید حاصل از تلاقی ارقام بومی آریا و بومی بندرعباس (گونة هرباسئوم با گونة آربورئوم) و نتاج تلاقی برگشتی چهارم را بررسی کردند. آن‌ها گزارش کردند که در هیبریدهای F1، کوادری والان‌های مجاور و متناوب با فراوانی نسبتاً زیادی تشکیل می‌شود. در جمعیت‌های حاصل از نتاج تلاقی برگشتی چهارم نیز کوادری والان با فراوانی اندک و ناهنجاری‌های دیگر مانند وجود یونی والان، تری والان و چنددسته‌شدن کروموزوم‌ها در متافاز 2 و آنافاز 2 نیز مشاهده شده است. آن‌ها همچنین گزارش کردند که طول الیاف در هیبرید رقم آریا × آربورئوم، 7/23 میلی‌متر است که از انتقال ژن‌های مربوط به طول الیاف، از والد آربورئوم به رقم بومی آریا ناشی می‌شود.

انجام مطالعات سیتوژنتیک در گونه‌های گیاهی و همچنین جمعیت‌های آن‌ها به‌ویژه گیاهان خود‌رو و بومی اهمیت زیادی دارد. وجود اختلاف در شکل و اندازة کروموزوم‌ها در تقسیم میتوز و همچنین رفتار آن‌ها در مراحل تقسیم میوز به‌ویژه فراوانی کیاسما ممکن است بیانگر تنوع ژنتیکی باشد. در مقایسه با ارقام تتراپلوئید برای اصلاح ویژگی‌های مختلف پنبه‌های دیپلوئید زراعی تلاش نشده است. یکی از راه‌های اصلاحی این ارقام، انتقال صفات ممتاز از ذخایر ژنتیکی گونه‌های دیگر این خانواده با دورگ‌گیری است. گونة آربورئوم (ذخیرة ژنتیکی اولیه) می‌تواند به‌راحتی با گونة هرباسئوم تلاقی یابد و پتانسیل نوترکیبی درخورتوجهی در نسل F1از خود نشان دهد. بنابراین تلاقی بین این دو گونه، زمینة مناسب و جدیدی برای اصلاح و ارقام مربوط به آن‌ها ایجاد می‌کند. ارقام دیپلوئید (هرباسئوم) ارقام بومی ایران بوده که نسبت به استرس‌های محیطی و برخی بیماری‌های مهم پنبه متحمل هستند. این ارقام در حاشیة کویر یعنی در مناطقی که به سبب کم‌آبی، مناسب برای ارقام تتراپلوئید نیستند، کشت و کار می‌شوند. یکی از علت‌های اصلی کاهش سطح زیر کشت این ارقام (از جمله رقم بومی کرمان) عملکرد ضعیف و کیفیت نامطلوب‌تر الیاف آن‌ها نسبت به ارقام تتراپلوئید است. بنابراین پیش‌بینی می‌شود با بهبود کیفیت الیاف، سطح کشت آن‌ها در کشور توسعه یابد (Harati andVafaie-Tabar., 2013).

هدف از انجام پژوهش حاضر، بررسی تنوع سیتوژنتیکی از نظر هنجار بودن مراحل تقسیم میوز در نتاج به‌دست‌آمده از تلاقی و تلاقی‌های برگشتی است که بین رقم پنبة بومی کرمان و گونة آربورئوم انجام شده است.

 

مواد و روش‌ها

در این بررسی از پنبة بومی رقم کرمان (والد مادری) و یک رقم از گونۀ آربورئوم به نام VTDL (والد پدری) با کیفیت الیاف مطلوب استفاده شد. تلاقی‌های برگشتی بررسی‌شده، از تلاقی‌هایی به دست آمده‌اند که والدین آن‌ها در سال 1385 به‌شکل شش خط مادری و چهار خط پدری، کنار یکدیگر در ایستگاه مرکزی مرکز تحقیقات کشاورزی ورامین کشت شدند. عقیم‌سازی گل‌ها به‌شکل دستی، روزانه بین ساعات 4 تا 7 بعدازظهر به‌مدت 40 روز از زمان آغاز گل‌دهی انجام شد و گرده‌افشانی نیز در روز پس از عقیم‌سازی بین ساعت 8 تا 10 صبح انجام شد. همة بذر‌های دورگ حاصل در پایان فصل (آبان ماه) به تفکیک برداشت شد و در سال دوم آزمایش (1386) هر یک از دورگ‌های حاصله در یک خط 10 متری در کنار والدین کشت شدند. از زمان آغاز گل‌دهی تلاقی‌های برگشتی دورگ‌ها با والد مادری خود (بومی کرمان) انجام شد. کلیة بذر‌های حاصل از تلاقی برگشتی برداشت شدند. در سال سوم آزمایش (1385) مانند سال دوم کلیة تلاقی‌های برگشتی بین نتاج و والد باز‌گرداننده انجام شد. در این تلاقی‎ها والد بازگرداننده برای والد پدری استفاده شد. در سال 1388 و 1389 بوته‌های به‌دست آمده بررسی شدند.

برای بررسی مراحل میوزی از سلول‌های مادری دانة گرده که در حال تولید گرده هستند، استفاده شد. در پنبه بهترین مرحله، استفاده از غنچه‌هایی است که حدوداً به ابعاد 1×1 سانتی‌متر رسیده باشند. غنچه‌هایی که روزانه جمع‌آوری می‌شدند بلافاصله داخل محلول فیکساتیو کارنوی (یک قسمت، استیک اسید گلاسیال (شرکت Merck، آلمان): سه قسمت، اتانول خالص) حداقل به‌‌مدت یک هفته قرار داده شدند، تا سلول‌ها در همان مرحله از تقسیم تثبیت شوند. بساک‌های موجود در غنچه‌های تثبیت‌شده، خارج شدند و پس از رنگ‌آمیزی سلول‌ها با استو اورسئین (شرکت TCI، ژاپن) (با غلظت 1%)، اسلاید‌های میکروسکوپی تهیه و با میکروسکوپ نوری (مدل BX50، شرکت Olympus، ژاپن) با بزرگ‌نمایی‌های 10 و 100 بررسی شدند و از سلول‌های مناسب در مراحل مختلف میوزی از قبیل پروفاز، متافاز1 و 2، آنافاز1 و 2، تلوفاز1 و 2 و تتراد عکس‌برداری شد. در هر ژنوتیپ (شامل والد و هیبریدهای F1 و تلاقی‌های برگشتی) که در مرحلة متافاز1 میوز بررسی شد، حضور بایوالان‌ها، تعداد کوادری‌والان‌ها، نوع جهت‌گیری کوادری‌والان (مجاور یا متناوب) و همچنین تعداد یونی‌والان‌ها (اگر وجود داشته باشد) ثبت شد. ویژگی‌های دیگری که مربوط به مراحل آنافازی و تلوفازی 1 و 2 بود از قبیل عقب‌ماندن کروموزوم‌ها در آنافازهای 1 و 2، انتقال یک جفت هومولوگ به یک قطب و آنیوپلوئید‌شدن قطب دیگر در آنافاز و تلوفاز و همچنین چسبندگی کروموزوم‌ها بین دو قطب ثبت شد.

 

نتایج و بحث.

در مطالعة رفتار کروموزوم‌ها در تقسیم میوز، صفات مختلفی از قبیل جفت‌شدن کروموزوم‌ها (تشکیل کوادری‌والان، بایوالان، تری‌والان و یونی‌والان)، چند‌دستگی کروموزوم‌ها در متافاز 2، جهت‌گیری‌های مختلف رشته‌های دوک، جدا‌شدن کروموزوم‌ها از یکدیگر در آنافاز 2 در جهات مختلف و چند صفت مرتبط دیگر در ارقام بومی، گونة آربورئوم، F1 حاصل از تلاقی آربورئوم (والد پدری) با رقم بومی کرمان و جمعیت‌های حاصل از تلاقی برگشتی چهارم آن‌ها بررسی شد.

.بررسی رفتار کروموزومها در F1حاصل از تلاقی آربورئوم با رقم بومی کرمان (هرباسئوم): .برای مطالعة رفتار کروموزوم‌ها در دورگ حاصل از تلاقی آربورئوم، والد پدری، با رقم بومی کرمان، والد مادری، 3 بوتة F1 بررسی شدند. نتایج حاصل از بررسی رفتار کروموزوم‌ها در F1 حاصل از تلاقی آربورئوم با بومی کرمان در شکل(1-J تا P) نشان داده شده است. در 40% سلول‌های مشاهده‌شده در مرحلة متافاز 1، یک عدد کوادری‌والان دیده شد (شکل 1- J و K). شکل(1-K ) کوادری‌والان از نوع مجاور را نشان می‌دهد. در یکی از سلول‌هایی که در مرحلة متافاز 2 بررسی شدند کروموزوم سرگردان دیده شد (شکل 1-M ). رفتار کروموزوم‌ها در سایر مراحل تقسیم در این F1 به‌شکل نرمال بود (شکل 1-O تا P ). رفتار کروموزوم‌ها در ارقام والدینی بومی کرمان (شکل 1-A تا D) و گونة آربورئوم (شکل 1-E تا H) نیز بررسی شد. همان‌طور که انتظار می‌رفت همة مراحل تقسیم، نرمال بوده و کروموزوم‌ها ناهنجاری از خود نشان ندادند.

نتایج مربوط به مطالعات رفتار کروموزومی در هیبریدهای F1 نشان دادند که کوادری‌والان‌ها در متافاز 1 با فراوانی نسبتاً زیاد درهیبرید حاصل از تلاقی‌های یاد‌شده تشکیل می‌شوند (شکل 1- K). در این‌باره گزارش شده است که اختلاف کلی در دو ژنوم هرباسئوم و آربورئوم در وجود جابه‌جایی قطعات کروموزومی بین دو کروموزوم شماره 1 و 2 است که در گونة آربورئوم اتفاق افتاده است. این مسئله حضور کوادری‌والان را در نسل اول حاصل از تلاقی بین دو گونة یاد‌شده سبب می‌شود (Menzel and Brown, 1953). همچنین در مرحلة متافاز 2، کروموزوم‌های سرگردان دیده شدند (شکل 1-M). این حالت سبب خواهد شد که برخی از گرده‌های تولید‌شده، از نظر تعداد کامل کروموزومی ناقص باشند. این نقص‌های کروموزومی به‌شکل ناهنجاری‌هایی در نسل‌های آینده ظهور پیدا خواهد کرد (Vafaie-Tabar and Chandrashekaran, 2007).

.بررسی رفتار کروموزوم‌ها در جمعیت‌های حاصل از نتاج تلاقی برگشتی چهارم آربورئوم × بومی. کرمان: در جمعیت‌های حاصل از نتاج تلاقی برگشتی چهارم آربورئوم × بومی کرمان تعداد 10 بوته که در دو ردیف 10 متری کشت شده بودند از نظر رفتار میوزی بررسی شدند (شکل 2-A تا V). نتایج نشان داد که 2 بوته از این 10 بوته، میوز نرمال داشتند و 8 بوته، ناهنجاری‌هایی در رفتار کروموزوم‌ها در مراحل میوز از خود نشان دادند. در دو بوته از این 8 بوته در مرحلة متافاز 1 حدوداً در 5% از سلول‌های بررسی‌شده، یک کوادری‌والان دیده شد (شکل2- C و D). کوادری‌والان‌های مشاهده‌شده به‌شکل مجاور بودند. قبلاً نیز گزارش شده است که این کوادری‌والان‌ها حتی پس از چهار نسل تلاقی برگشتی با گونة‌ هرباسئوم، با فراوانی اندک در بین نتاج مشاهده می‌شود (Harati andVafaie-Tabar, 2013). وجود کوادری‌والان در مرحلة متافاز 1، پل کروموزومی را بین دو قطب در مرحلة متافاز 2 تشکیل داد (شکل 2-F) که کشیدگی کروموزومی را در آنافاز 1 موجب شد. این کشیدگی گاهی تا مرحلة متافاز 2 باقی می‌ماند.

در همة سلول‌های بررسی‌شده، 8% از سلول‌های متافاز 2، رشته‌های دوک در دو جهت متفاوت در سلول در حال تقسیم، جهت‌گیری کرده بودند (شکل 2-P) که این حالت باعث می‌شود در مرحلة آنافاز 2، کروماتیدها در دو جهت متفاوت از هم جدا شوند (شکل 2-R ). البته این حالت، ناهنجاری‌ به شمار نمی‌رود زیرا در نهایت تشکیل تترادهایی را باعث می‌شود که قطب‌های آن در جهات مختلف در سلول قرار گرفته‌اند. این حالت قبلاً در دورگ‌های بین‌گونه‌ای، حدوداً 10 تا 12% گزارش شده است (Harati andVafaie-Tabar, 2013). در تعدادی از سلول‌های بررسی‌شده در مراحل متافاز و آنافاز به جای دو دسته تعداد سه یا چهار دسته کروموزوم (با فراونی 9%) در امتداد سه یا چهار دسته رشتة دوک تشکیل شد که معمولا در دسته‌های سوم و چهارم تعداد کروموزوم‌ها اندک بودند (شکل 2- L تا O). این حالت در مراحل بعدی میوز، ناهنجاری ایجاد خواهد کرد. چنین حالتی قبلاً در F1های تریپلوئید پنبه، به‌دست‌آمده از تلاقی‌ گونة تتراپلوئید هیرستوم با گونة دیپلوئید آربورئوم گزارش شده است (Vafaie-Tabar and Chandrashekaran,2007). چند‌ دستگی کروموزوم‌های در حال تقسیم و جهت‌گیری متفاوت رشته‌های دوکی آ‌ن‌ها سبب می‌شود که به جای تتراد (شکل2-S، T و V) حالاتی مانند هگزاد یا بیشتر تولید شود (شکل 2- U). این حالت در تریپلوئید حاصل از تلاقی گونة هیرستوم (تتراپلوئید) با گونة آربورئوم (دیپلوئید) گزارش شده است (Vafaie-Tabar and Chandrashekaran,2007 ;Harati andVafaie-Tabar, 2013)؛ بدیهی است که در این وضعیت‌ها گردة تولید‌شده از نظر تعداد کروموزوم ناقص خواهد بود.

در 10% از سلول‌های بررسی‌شده در مرحلة آنافاز 1، تعداد اندکی کروموزوم به‌شکل سرگردان مشاهده شدند که با دسته‌های اصلی کروموزوم‌ها همراه نبودند و در حرکت خود تاخیر داشتند (شکل 2- G تا K ). وجود کروموزوم‌های سرگردان و پل‌های کروموزومی به تعداد اندک شاید سبب خواهد شد که در نسل آینده، برخی از نتاج، فاقد یک کروموزوم یا قطعه‌ای از کروموزوم شود و با جستجوی دقیق‌تر در نتاج، به پایه‌های ژنتیکی متنوعی خواهیم رسید. بدیهی است که وجود ناهنجاری‌هایی مانند تشکیل کوادری‌والان‌ها، یونی‌والان‌ها یا عدم تفرق طبیعی کروماتید‌ها در آنافاز 2، از بین رفتن و فقدان برخی صفات را در لاین‌های مد نظر در نسل‌های آینده سبب خواهد شد و پروژة تولید لاین‌های مناسب را با شکست مواجه خواهد کرد. بر‌عکس، نبود ناهنجاری سبب می‌شود که صفات منتقل شده از گونة دیگر در نتاج به‌دست آمده تثبیت شود و در نسل‌های آینده از دست نرود. شرایط ایجاد شده در بوته‌های یاد‌شده، فرصت‌ خوبی برای تولید لاین‌های ژنتیکی با یک یا دو کروموزوم اضافه یا کمبود و تولید آنیوپلوئید از آن‌ها فراهم خواهد کرد.

صفات ظاهری بوته‌ها: صفاتی از قبیل شکل گل، برگ، کاسبرگ، براکته و قوزه در رقم بومی کرمان (شکل 3-D تا F)، گونة آربورئوم (شکل 3-A تا C)، هیبرید حاصل از این دو گونه و جمعیت‌های حاصل از تلاقی برگشتی چهارم آن‌ها بررسی شد (شکل 3-P تا U).

بر اساس نتایج به دست آمده، شکل برگ و براکتة هیبرید F1 (شکل3- H و I) حد واسط و اندکی متمایل به والد آربورئوم (شکل 3-A تا C) بود. همان‌طور که در شکل (3-G ) نشان داده شده است شکل ظاهری و سطح خارجی قوزة هیبرید نیز حدواسط بین دو والد بود. به‌علت وجود ناهنجاری‌های حاصل از اضافه یا کم‌شدن قطعات کروموزومی در مراحل تولید گرده در نسل F1، در تلاقی برگشتی اول، بین نتاج، حالت‌های غیر‌نرمال از نظر شکل ظاهری بوته به‌ویژه در اندام‌های زایشی پدید می‌آید. در این نسل، رشد بیش از حد کلاله، خوشه‌ای‌شدن آن را در برخی از گل‌ها سبب می‌شود. همچنین گاهی گل‌ها به‌شکل دوقلو ظاهر می‌شوند (Harati andVafaie-Tabar, 2013).

در نتاج حاصل از تلاقی برگشتی چهارم بومی کرمان با آربورئوم، سطح روی قوزه‌ها به‌شکل صاف (مانند گونة هرباسئوم)، با نقاط اندکی فرو‌رفته (متمایل به سمت گونة آربورئوم) و با 4 یا 5 لژ دیده شد. برگ‌ها به‌شکل والدینی و بیشتر به‌شکل‌ والد آربورئوم بودند. وضعیت دندانه‌ای لبة براکته‌ها حالت بینابینی دو‌گونه را داشت. براکته‌ها به‌شکل والد هرباسئوم و گاهی بین دو گونه قرار داشتند (شکل2-P تا U). با‌توجه‌ به تلاقی‌های برگشتی متوالی، به وضوح دیده شد که صفات ظاهری بوته‌ها کاملاً به سمت گونة هرباسئوم تمایل داشتند و تنها، صفاتی محدود از گونة آربورئوم، در نتاج باقی مانده بودند. به‌طور‌کلی، ناهنجاری ویژه‌ای در صفات ظاهری بوته‌ها دیده نشد و بوته‌ها رشد رویشی و زایشی نرمالی داشتند.

 

جمع‌بندی.

انتقال پایدار ژن‌های مربوط به کیفیت الیاف، به رقم‌های بومی ایران یکی از اهداف ارزشمند اصلاحی در برنامه‌های به‌نژادی تحقیقات پنبه در ایران است. اگر‌چه ناهنجاری‌های کروموزومی که از نسل اول تلاقی به‌سبب وجود کوادری والان بین کروموزوم‌های 1و2 به وجود آمده‌اند، بی‌ثباتی و نواقصی را در ویژگی‌های ظاهری بوته‌ها ایجاد کرده‌اند، انجام تلاقی‌های برگشتی متوالی، تثبیت بیشتر و کاهش این ناهنجاری‌ها را موجب شده است. از آنجا که اصلاح همة صفات به‌طور هم‌زمان و به‌ویژه با تلاقی‌های دور، در یک مرحله ممکن نیست، دسترسی به نتاج به‌دست‌آمده ممکن است بزرگ‌ترین گام در مراحل اولیة اصلاح ارقام بومی ایران باشد. همچنین بوته‌هایی که رفتار‌های ناهنجار در مراحل میوز از خود نشان می‌دهند شاید بهترین منبع برای تولید پایه‌های سیتوژنتیکی باشند و در مطالعه و شناخت بیشتر صفات، پیوستگی و همچنین مکان‌یابی ژن‌ها استفاده شوند.

 

 

شکل 1- مراحل مختلف میوز در بومی کرمان (A-D)، گونة آربورئوم (E-H) و F1 تلاقی آربورئوم × بومی کرمان (I-P). پیکان‌‌ها در K نشان‌دهندة کوادری‌والان و در M نشان‌دهندة جدا افتادن کروموزوم در متافاز 2 است.

 

شکل 2- مراحل مختلف میوز در جمعیت‌های حاصل از نتاج تلاقی برگشتی چهارم آربورئوم × بومی کرمان (A-V). پیکان‌ها در C و D نشان‌دهندة کوادری‌والان، در F نشان‌دهندة کشیدگی کروموزوم‌ها و در G، H، I، J و K نشان‌دهندة کروموزوم سرگردان هستند. آرایش چنددستگی کروموزوم‌ها در L، M، N و O در مرحلة متافاز 2 مشاهده می‌شود. وجود اکتاد به جای تتراد در مرحلة نهایی میوز در U نشان داده شده است.

 

شکل 3- شکل قوزه، برگ و براکته در والد آربورئوم (A-C)، شکل قوزه، برگ و براکته در والد هرباسئوم (D-F)،شکل قوزه، برگ و براکته در F1 تلاقی هرباستوم× آربورئوم (G-I)، شکل قوزه، برگ و براکته در نتاج تلاقی‌ برگشتی چهارم بومی کرمان (P-U).


سپاسگزاری

 

نگارندگان از بخش تحقیقات پنبه و گیاهان لیفی مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان تهران برای همکاری در انجام تحقیق حاضر و دراختیار قراردادن لوازم آزمایشگاهی، صمیمانه تشکر می‌نمایند.



منابع

Brown, H. B. and Ware, J. O. (1958) Cotton. 3rd edition, McGrow-Hill Book Company, Inc, New York.

Brown, M. S., Menzel, M. Y., Hasankampf, C. A. and Naqi, S. (1981) Chromosome configurations and orientation in 58 heterozygous translocations in G. hirsutum. Journal of Heredity 72: 161-168.

Endrizzi, J. E., Ray, D. T. and Gathman, A. C. (1983) Centromer orientation of quadrivalents of heterozygous translocations and an autoploid of G. hirsutem.Genetics 105: 723-731.

Harati, Z., Vafaie-Tabar, M. and KhosrowShahli, M. (2011) Study chromosomal behaviors and Morphology traits of back-crossed genotypes derived from Iranian endemic cotton cultivars Aria and Bandarabas with Arboreum species hybrids. Iranian Journal of Plant Biology 8(3): 77-90 (in Persian).

Harati, Z. and Vafaie-Tabar, M. (2013)Cyto-Geneticy evaluation of back crossed genotypes derived from Iranian endemic cottons with Arboreum species. Journal of Applied Crop Breeding 1(1): 51-58 (in Persian).

Kohel, R. J. and Lewise, C. F. (1984) Cotton. American society of Agronomy Press, Wisconsin.

Menzel, M. Y. and Brown, M. S. (1953) The tolerance of Gossypium hirsutum for deficiencies and duplications. The American Naturalist 843: 407-418.

Menzel, M. Y., Hasenkampf, C. A., Dougherty, B. J., Richmond, K. L. and Campbell, L. B. (1986) Characteristics of duplicate and deficiencies from chromosome translocation in G. hirsutum. Journal of Heredity 77: 189-201.

Sheidaie, M., Vojdani, P. and Alishah, O. (1996) Karylogical studies in G. herbaceum cultivars of Iran. Cytologia 61: 365-374.

Skovsted, A. (1933) Cytological studies in cotton. I. The mitosis and meiosis in diploid and triploid Asiatic cotton. Annals of Botany 47: 227-231.

Skovsted, A. (1934) Cytological studies in cotton. II. Two interspecific hybrids between Asiatic and New world cottons. Journal of Genetics 28: 407-424.

Vafaie-Tabar, M. and Chandrashekaran, S. (2007) Meiosis in a triploid hybrid of Gossypium: high frequency of secondary bipolar spindles at metaphase II. Journal of Genetics 86: 45-49.

Wendel, J. F. and Grover, C. E. (2015) Taxonomy and evolution of the cotton genus, Gossypium, In: Cotton (Eds. Fang, D. D. and Percy, R. G.) 1-19. American Society of Agronomy Press, Wisconsin.

Brown, H. B. and Ware, J. O. (1958) Cotton. 3rd edition, McGrow-Hill Book Company, Inc, New York.

Brown, M. S., Menzel, M. Y., Hasankampf, C. A. and Naqi, S. (1981) Chromosome configurations and orientation in 58 heterozygous translocations in G. hirsutum. Journal of Heredity 72: 161-168.

Endrizzi, J. E., Ray, D. T. and Gathman, A. C. (1983) Centromer orientation of quadrivalents of heterozygous translocations and an autoploid of G. hirsutem.Genetics 105: 723-731.

Harati, Z., Vafaie-Tabar, M. and KhosrowShahli, M. (2011) Study chromosomal behaviors and Morphology traits of back-crossed genotypes derived from Iranian endemic cotton cultivars Aria and Bandarabas with Arboreum species hybrids. Iranian Journal of Plant Biology 8(3): 77-90 (in Persian).

Harati, Z. and Vafaie-Tabar, M. (2013)Cyto-Geneticy evaluation of back crossed genotypes derived from Iranian endemic cottons with Arboreum species. Journal of Applied Crop Breeding 1(1): 51-58 (in Persian).

Kohel, R. J. and Lewise, C. F. (1984) Cotton. American society of Agronomy Press, Wisconsin.

Menzel, M. Y. and Brown, M. S. (1953) The tolerance of Gossypium hirsutum for deficiencies and duplications. The American Naturalist 843: 407-418.

Menzel, M. Y., Hasenkampf, C. A., Dougherty, B. J., Richmond, K. L. and Campbell, L. B. (1986) Characteristics of duplicate and deficiencies from chromosome translocation in G. hirsutum. Journal of Heredity 77: 189-201.

Sheidaie, M., Vojdani, P. and Alishah, O. (1996) Karylogical studies in G. herbaceum cultivars of Iran. Cytologia 61: 365-374.

Skovsted, A. (1933) Cytological studies in cotton. I. The mitosis and meiosis in diploid and triploid Asiatic cotton. Annals of Botany 47: 227-231.

Skovsted, A. (1934) Cytological studies in cotton. II. Two interspecific hybrids between Asiatic and New world cottons. Journal of Genetics 28: 407-424.

Vafaie-Tabar, M. and Chandrashekaran, S. (2007) Meiosis in a triploid hybrid of Gossypium: high frequency of secondary bipolar spindles at metaphase II. Journal of Genetics 86: 45-49.

Wendel, J. F. and Grover, C. E. (2015) Taxonomy and evolution of the cotton genus, Gossypium, In: Cotton (Eds. Fang, D. D. and Percy, R. G.) 1-19. American Society of Agronomy Press, Wisconsin.