Pamukta (Gossypium hirsutum L.) yüksek sıcaklık stresine toleranslık/dayanıklılık ile ilişkili DNA markörlerinin belirlenmesi
Determination of DNA markers associated with tolerance/resistance to high temperature stress in cotton (Gossypium hirsutum L.)
Yazar: YUSUF GÜZEL DEMİRAY
Danışman: DOÇ. DR. REMZİ EKİNCİ ; DOÇ. DR. ADEM BARDAK
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarla Bitkileri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Ziraat = Agriculture

Özet:
Bu çalışmada özellikle ülkemiz orjinli ve tescilli pamuk çeşitleri başta olmak üzere yurt içi ve yurt dışı kaynaklı 94 adet pamuk (Gossypium hirsutum L.) genotipi, çiçeklenmenin yoğun olduğu dönemde kesintisiz 96 saat alçak tünel içerisine alınmıştır. Stres öncesi ve sonrası olmak üzere fenotipik ve genotipik verilerden yararlanılarak pamukta sekanslama yoluyla genotipleme (GBS) ile elde edilen SNP'ler ile yüksek sıcaklık stresine tolerant markörlerinin ilişkilendirme haritalaması yöntemiyle belirlenmesi ve yüksek sıcaklık stresine tolerant yönünden markör destekli seleksiyonun mümkün kılınması araştırılmıştır. Çalışma, 2020 yılı pamuk üretim sezonunda GAPUTAEM deneme alanında Augmented deneme desenine göre 4 bloklu olarak yürütüldü. Çiçeklenme döneminde tüm bloklar aynı gün ikişerli olmak üzere 4 günlüğüne alçak tünel içerisine alınarak, Yüksek Sıcaklık Şok Uygulaması (YSŞU) oluşturuldu. Araştırmada Hücre Membran Hasarı (RCI) (%), Yaprak Sıcaklığı (YS) (°C), Yaprak SPAD İndeks Değeri (YSPAD), Silkme Oranı (SO) (%) ve Polen Canlılık (PC) (%) parametreleri stres öncesi ve stres sonrası olmak üzere 5 adet parametre fenotipik yönüyle irdelenmiştir. Ayrıca bu fenotipik parametrelerden yararlanılarak GBS yöntemiyle elde edilen 6670 (MAF<0.05) adet güçlü SNP markörleri arasında ilişkilendirme analizleri yapılmıştır. YSŞU öncesi ve sonrası dönemlerde alınan fenotipik gözlemlerin değerlendirilmesi sonucunda hücre membran termostabilitesine ilişkin RCI (%) yönüyle; 51 adet pamuk genotipi RCI (%) değerleri bakımından Hassas; 30 adet Orta Tolerant ve 13 adet pamuk genotipi ise Tolerant grupta yer almıştır. YS indeks özellikleri yönüyle; 39 adet pamuk genotipi Hassas, 52'si Orta Tolerant ve 3 adet pamuk genotipi ise Tolerant sınıfında yer aldığı saptanmıştır. YSPAD indeks değerleri bakımından 38 adet pamuk genotipinin Hassas, 54 adet Orta Tolerant ve 2 adet pamuk genotipinin ise Tolerant grup içerisinde yer aldığı tespit edilmiştir. SO özelliği bakımndan uygulanan kıymetlendirme sonucunda 40 adet pamuk genotipinin Hassas, 51'nin Orta Tolerant ve 3 adet pamuk genotipinin ise Tolerant grupta yer aldığı saptanmıştır. PC özelliği bakımından indeks değerleri incelendiğinde ise 54 adet apmuk genotipinin Hassas, 36 tane Orta Tolerant ve 4 adet pamuk genotipin ise Tolerant grupta yer aldığı tespit edilmiştir. İlişkilendirme analizleri (Association Mapping) sonucunda genel linear model (GLM) ve karışık linear model (MLM) yöntemlerince pamuğun 26 adet farklı kromozomlarında 149 adet kantitatif özellik lokusu (QTL) tespit edilmiştir. İncelenen RCI (%) özelliğine ilişkin yüksek sıcaklığa dayanıklılık/toleranslık ile ilişkili GLM ve MLM yöntemlerine göre pamuğun farklı kromozomlarında 23 SNP markörün olduğu, bu markörlerden 2'sinin her iki yöntemce -Log10(P-Değeri)>2.5'a göre oldukça önemli olduğu tespit edilmiştir. YS ilişkin yüksek sıcaklığa dayanıklılık/toleranslık ile ilişkili farklı kromozomlarda 36 adet markör tespit edilmiş olup, her iki yöntemce -Log10(P-Değeri)>2.5' olasılığına göre 10 adet markörün oldukça önemli olduğu tespit edilmiştir. YSPAD indeks değerlerine ilişkin yüksek sıcaklığa dayanıklılık/toleranslık ile ilişkili GLM ve MLM yöntemlerine göre farklı kromozomlarda olmak üzere 27 adet markör tespit edilmiş olup, her iki yöntemce -Log10(P-Değeri)>2.5 olasılığına göre 6 adet markörün oldukça önemli olduğu tespit edilmiştir. SO indeks değerlerine ilişkin yüksek sıcaklığa dayanıklılık/toleranslık ile ilişkili her iki yöntemince farklı kromozomlarda olmak üzere 20 adet markör belirlenmiş, her iki yöntemce -Log10(P-Değeri)>2.5'a göre 3 adet markörün oldukça önemli olduğu saptanmıştır. PC indeks değerlerine ilişkin yüksek sıcaklığa dayanıklılık/toleranslık ile ilişkili GLM ve MLM yöntemlerine göre pamuğun farklı kromozomlarında 10 adet markör belirlenmiş, bu markörlerden 3 tanesinin her iki yöntemce -Log10(P-Değeri)>2.5 olasılığına göre oldukça önemli olduğu tespit edilmiştir.

Bu araştırma sonucunda yüksek güvenirlilik değerlerine sahip SNP markörleri ve tespit edilen gen eşleşmelerinin doğruluğu farklı çalışmalarda teyit edildikten sonra, yüksek sıcaklığa dayanıklılık/toleranslık için markör destekli seleksiyon (MAS) mümkün olacaktır. Ayrıca çalışmada yüksek sıcaklığa dayanıklılık/toleranslık ile ilişkili incelenen özellikler bazında tolerant olarak tespit edilen pamuk genotipleri yüksek sıcaklık stresi ıslah çalışmalarına ışık tutacaktır.

Abstract:
94 cotton (Gossypium hirsutum L.) genotypes from domestic and foreign sources, especially cotton varieties originating from our country and registered cotton varieties, were placed in a low tunnel for 96 hours uninterruptedly during the peak flowering period in this study. By using phenotypic and genotypic parameters before and after stress, SNPs obtained by genotyping by sequencing (GBS) in cotton and identification of high temperature stress tolerance markers by association mapping method and enabling marker-assisted selection in terms of tolerance to high temperature stress were investigated. The study was carried out in 4 blocks according to the augmented trial design in the GAPUTAEM trial area in the 2020 cotton production season. During the flowering period, all blocks were placed in a low tunnel in pairs on the same day for 4 days, and a High Temperature Shock Application (YSŞU) was created. In the research, 5 parameters, including Relative Cell Injury (RCI) (%), Leaf Temperature (YS) (°C), Leaf SPAD value (YSPAD), Shedding Rate (SO) (%) and Pollen Viability (PC) (%) parameters, before and after stress, were examined in terms of phenotypic. In addition, using these phenotypic data, association analyses were performed among 6670 (MAF<0.05) strong SNP markers obtained by the GBS method. As a result of evaluating the phenotypic observations taken before and after the High Temperature Shock, RCI were determined. 51 cotton genotypes are Sensitive in terms of RCI values; 30 cotton genotypes were in the Medium Tolerant group and 13 cotton genotypes were in the Tolerant group. In terms of YS index, 39 cotton genotypes were found to be in the Sensitive class, 52 cotton genotypes in the Medium Tolerant class, and 3 cotton genotypes in the Tolerant class. In terms of YSPAD values, it was determined that 38 cotton genotypes were in the Sensitive group, 54 cotton genotypes were in the Medium Tolerant group and 2 cotton genotypes were in the Tolerant group. As a result of the evaluation applied in terms of the SO, it was determined that 40 cotton genotypes were in the Sensitive group, 51 cotton genotypes were in the Medium Tolerant group and 3 cotton genotypes were in the Tolerant group. When the index values in terms of PC were examined, it was determined that 54 cotton genotypes were in the Sensitive group, 36 cotton genotypes were in the Medium Tolerant group and 4 cotton genotypes were in the Tolerant group. As a result of association mapping, 149 quantitative trait loci (QTL) were detected in 26 different chromosomes of cotton by general linear model (GLM) and mixed linear model (MLM) methods. According to the GLM and MLM methods related to resistance/tolerance to high temperatures regarding the RCI examined, it was determined that there were 23 SNP markers in different chromosomes of cotton, and 2 of these markers were found to be highly significant according to -Log10(P-Value)>2.5 by both methods. 36 markers were detected in different chromosomes related to high temperature resistance/tolerance regarding YS, and 10 markers were found to be very important according to the probability of -Log10(P-Value)>2.5' by both methods. According to GLM and MLM methods, 27 markers were identified in different chromosomes related to high temperature resistance/tolerance regarding YSPAD values, and 6 markers were found to be very important according to the probability of -Log10(P-Value)>2.5 by both methods. Regarding the SO values, 20 markers were determined in different chromosomes by both methods related to resistance/tolerance to high temperatures, and 3 markers were found to be very important according to -Log10(P-Value)>2.5 by both methods. According to the GLM and MLM methods related to high temperature resistance/tolerance regarding PC values, 10 markers were determined in different chromosomes of cotton, and 3 of these markers were found to be very important according to the probability of -Log10(P-Value)>2.5 by both methods.

As a result of this research, once the SNP markers with high confidence values and the accuracy of the detected gene matches are confirmed in different studies, marker-assisted selection (MAS) for high temperature resistance/tolerance will be possible. In addition, cotton genotypes determined to be tolerant based on the traits examined in the study related to high temperature resistance/tolerance will shed light on high temperature stress breeding studies.