بررسی تنوع ژنتیکی ژنوتیپ‌های مختلف نخود کفتری بانک ژن گیاهی ملی ایران با استفاده از صفات مورفولوژیک

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسنده

نویسنده مسئول، استادیار مؤسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی (AREEO)، کرج، ایران.

چکیده

سابقه و هدف
نخود ‌کفتری (Cajanus cajan (L.) Millspaugh) ششمین محصول مهم حبوبات در جهان است. این گیاه چند منظوره بوده و از دانه و غلاف نارس، لپه و علوفه آن استفاده می‌شود. همچنین مناسب برای کشت در مناطق گرمسیر و نیمه گرمسیر، سازگار با مناطق کم حاصلخیز و کم‌آب بوده و دانه‌های این گیاه سرشار از پروتئین (حاوی بیش از 30 درصد وزن دانه) است. در این تحقیق به بررسی تنوع ژنتیکی ژنوتیپ‌های مختلف نخودکفتری با استفاده از صفات مورفولوژیک پرداخته شده است.
مواد و روش‌ها
این مطالعه به منظور بررسی خصوصیات زراعی و ریخت‌شناسی ژنوتیپ‌های مختلف نخودکفتری جمع‌آوری شده از استان سیستان و بلوچستان در سال 1399 در کرج به صورت مشاهده‌ای اجرا شد. 27 ویژگی ریخت‌شناسی و مورفولوژیکی در30 ژنوتیپ مختلف نخودکفتری موجود در کلکسیون بانک ژن گیاهی ایران از جمله صفات مربوط به برگ، گل، غلاف و دانه مورد بررسی گردید و در پایان داده‌ها با استفاده از نرم‌افزارهای آماری SPSS و STAR مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند و همبستگی و تجزیه به مولفه اصلی آن‌‌ها انجام و به منظور گروه‌بندی ژنوتیپ‌ها، تجزیه کلاستر به روش Wardصورت گرفت.
یافته‌ها
نتایج نشان داد که صفت‌های تعداد دانه در غلاف، تعداد شاخه ثانویه و تعداد دانه در بوته بیشترین ضریب تغییرات را داشته و در میان صفات کیفی مورد بررسی بیشترین شاخص شانون به ترتیب در صفات رنگ غلاف، رنگ رگه‌های گلبرگ و رنگ بذر مشاهده شد. تجزیه همبستگی نشان داد که بین بیشتر صفات اندازه‌گیری شده همبستگی معنی‌داری وجود داشت. طبق نتایج، بیشترین همبستگی بین وزن بوته با وزن غلاف و صفت تعداد روز تا شروع گلدهی با تعداد روز تا رسیدگی مشاهده شد. در تجزیه خوشه‌ای، 30 ژنوتیپ مورد مطالعه در فاصله پنج، به چهار خوشه اصلی تقسیم شدند. نتایج تجزیه به مولفه‌های اصلی صفات کمی نشان داد که پنج مولفه در مجموع 4/89 درصد از تغییرات را توجیه کردند. نمودار بای‌پلات بدست آمده از مولفه‌های اصلی برای صفات مورد ارزیابی، با گروه‌بندی تجزیه خوشه‌ای مطابقت داشت. در این نمودار، چهار گروه حاصل از تجزیه خوشه‌ای به خوبی تفکیک شدند. به طور کلی نتایج تجزیه به مولفه اصلی و تجزیه خوشه‌ای وجود تنوع ژنتیکی بالا بین ژنوتیپ‌های مورد مطالعه را تایید کردند.
نتیجه‌گیری
نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که ژنوتیپ‌های مختلف نخودکفتری دارای طیف وسیعی از خصوصیات ریخت شناسی بودند که نشان‌دهنده تنوع ژنتیکی بالای این محصول می‌باشد. در این تحقیق ژنوتیپ 19، با 95 روز و ژنوتیپ 23 با 193 روز، زودرس‌ترین و دیررس‌ترین ژنوتیپ بودند. ژنوتیپ 5 با 230 غلاف در بوته بیشترین و ژنوتیپ 30 با 33 غلاف کمترین میزان را داشت. ژنوتیپ 11 با 968 دانه بیشترین و ژنوتیپ 30 با 132 دانه کمترین مقدار را داشت.
با جمع آوری توده‌های مختلف این گیاه در کشور و شناسایی ظرفیت ژنتیکی بالای آن می‌توان در برنامه‌های اصلاحی و سیستم زراعی کشور استفاده نمود همچنین با توجه به اینکه نخودکفتری جزء متحملترین لگومها نسبت به خشکی بوده و یازده گروه رسیدگی مختلف دارد می‌توان نسبت به امکان سنجی توسعه کشت آن در ایران اقدام نمود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Evaluation of genetic diversity of different pigeon pea genotypes in the National Plant Gene Bank of Iran using morphological traits

نویسنده [English]

  • Mehrzad Ahmadi
Corresponding Author, Assistant Prof., Seed and Plant Improvement Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran
چکیده [English]

Background and Objectives: Pigeon pea (Cajanus cajan (L.) Millspaugh) is the sixth most important legume crop in the world. This plant is multi-purpose which is used as unripe seeds and pods, splits and fodder, it is also suitable for cultivation in tropical and subtropical regions and it is compatible with poor soil and dry areas. The seeds of this plant are rich in protein (containing more than 30 percentage of seed weight). In this study, the genetic diversity of different Pigeon pea genotypes has been investigated using morphological traits.
Materials and Methods: This study was carried out in order to investigate agronomic and morphological characteristics of different genotypes of pigeon pea collected from Sistan and Baluchistan province in 2019. 27 Agronomical and morphological traits related to leaves, flowers, pods and seeds were investigated in 30 different genotypes of pigeon pea available in the collection of the Iranian National Plant Gene Bank. the data were analyzed using SPSS and STAR statistical softwares. Correlation and principal components analysis were done and, cluster analysis was done by Ward's method for classifing genotypes.
Results: The results showed that the number of seeds per pod, number of secondary branches, and number of seeds per plant had the highest coefficient of variation, and among the investigated qualitative traits, the highest Shannon index was observed in the pod color, petal vein color, and seed color, respectively. Correlation analysis showed that there was a significant correlation between most of the measured traits. According to the results, the highest correlation was observed between the weight of the plant with the weight of pods and the number of days until the beginning of flowering with the number of days until maturity. In the cluster analysis, the 30 studied genotypes were divided into four main clusters at distance of five. The results of principal components analysis showed that five components which justified 89.4% of the variation. The biplot diagram obtained from the principal components for the evaluated traits was consistent with cluster analysis grouping. In this diagram, the four groups from the cluster analysis were well separated. totally, the results of principal component analysis and cluster analysis confirmed the existence of high genetic diversity between the studied genotypes.
Conclusion: The results of this research showed that different pigeon pea genotypes had a wide range of morphological characteristics, which shows the diversity and high genetic potential of this product. In this research, genotype 19, with 95 days, and genotype 23, with 193 days, were the earliest and the latest maturity genotypes. Genotype 5 had the highest amount with 230 pods per plant and genotype 30 had the lowest amount with 33 pods. Genotype 11 had the highest amount with 968 seeds per plant and genotype 30 had the lowest amount with 132 seeds.
By collecting different populations of this plant in the country and identifying its high genetic capacity, it can be used in the breeding programs and agricultural system of the country. Also, by considering that pigeon pea is one of the most drought-tolerant legumes and has eleven different maturity groups, it is possible to develop the feasibility of its cultivation in country

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cluster analysis
  • descriptor
  • Sistan and Baluchistan
  • principal components

مراجع

1.Khoiriyah, N., Yuniastuti, E. & Purnomo, D. (2017). Genetic diversity of pigeon pea (Cajanus cajan (L.) Millsp.) Based on molecular characterization using randomly amplified polymorphic DNA (RAPD) markers. Earth Environ. Sci. 129 (3), 1-9.
2.Damor, P. R., Narwade, A. V., Jadav, S. & Viradiya, Y. A. (2016). Molecular characterization of six pigeon pea varieties for drought tolerance by using RAPD markers. Int. J. Agric. Environ. Biotech. 9, 725-730.
3.Ade-Omowaye, B., Tucker, G. & Smetanska, I. (2015). Nutritional potential of nine underexploited legumes in Southwest Nigeria. Int. Food. Res. J.22 (2), 798-806.
4.Giller, K. E. (2001). Nitrogen Fixation in Tropical Cropping Systems; Cabi. Wallingford, UK, 82p.
5.Karuku, G., Ayuke, F. & Esilaba, A. (2019). Nitrogen Deficiency in Semi-Arid Kenya: Can Pigeonpea fix it East Afr. Agric For. J. 83, 322-340.
6.Duke, J. A. (1983). Cajanus cajan (L.) Millsp. Handbook of energy crops. Unpublished. www.hort.purdue.edu/ newcrop/duke_energy/ Cajanus_cajun. html. Accessed on 7 Jan 2015.
7.Pal, D., Mishra, P., Sachan, N. & Ghosh, A. K. (2011). Biological activities and medicinal properties of Cajanus Cajan (L) Millsp. J. Adv. Pharm. Technol. Res. 2 (4), 207-214.
8.Randhawa, M. S. (1958). Agriculture and animal husbandry in India. Indian Council of Agricultural Research, New Delhi.
9.Upadhyaya, H. D., Reddy, K. N., Singh, S. & Gowda, C. L. L. (2012). Henotypic diversity in Cajanus species and identification of promising sources for agronomic traits and seed protein content. Genet. Resour. Crop Evol. 60, 639-659.
10.Varshney, R. K., Rachit, K. & Saxena Scott, A. (2017). The Pigeon pea Genome. Springer. 113p.
11.Food and Agriculture Organization of the United Nations. FAOSTAT. Crop Statistics. (2017). Available online: www.fao.org/faostat/en/#data/ QC (accessed on 20 January 2019).
12.Odeny, D. A., Jayashree, B., Ferguson, M., Hoisington, D., Crouch, J. & Gebhardt, C. (2007). Development, characterization and utilization of microsatellite markers in pigeon pea. Plant Breed. 126, 130-137.
13.Sameer-Kumar, C. V., Gangarao, N. V. P. R. & Saxena, R. K. (2019). Pigeon pea improvement: An amalgam of breeding and genomic research. Plant Breed. 138, 445-454.
14.Saxena, R. K., Von Wettberg, E., Upadhyaya, H. D., Sanchez, V., Saxena, K., Kimurto, P. & Varshney, R. K. (2014). Genetic diversity and demographic history of Cajanus spp. illustrated from Genome-Wide SNPs. PLoS One. 9 (2), 1-9.
15.Yadav, S. K. (2018). Characterization of pigeonpea (Cajanus cajan (L.) Millsp.) genotypes under rainfed agro-ecological condition. M.Sc. thesis, Birsa Agricultural University. Kanke, Ranchi, Jharkhand, India.
16.Bhandari, H. R., Bhanu, A. N., Srivastava, K., Singh, M. N. & Shreya Hemantaranjan, A. (2017). Assessment of genetic diversity in crop plants - an overview. Adv. Plants Agric. Res. 7, 279-286.
17.Mehmood, S., Bashir, A., Ahmad, A., Akram, Z., Jabeen, N. & Gulfraz, M. (2008). Molecular characterization of regional Sorghum bicolor varieties from Pakistan. Pak. J. Bot. 40, 2015-2021.
18.Abdi, A., Bekele, E., Asfaw, Z. & Teshome, A. (2002). Patterns of morphological variation of sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench) landraces in qualitative characters in North Showa and South Welo, Ethiopia. Hered. 137, 161-172.
19.Fufa, H., Baenziger, P. S., Beecher, B. S., Dweikat, I., Graybosch, R. A. & Eskridge, K. M. (2005). Comparison of phenotypic and molecular marker-based classifications of hard red winter wheat cultivars. Euphytica. 145, 133-146.
20.Kallihal, P. K., Chandrashekhar, S. S., Shwetha, K. S., Salimath, P. M. & Dhone, K. V. (2016). Characterization of pigeonpea (Cajanus cajan L. Millsp.) genotypes based on morphological traits. Bioinfolet. 13, 212-215.
21.Zavinon, F., Adoukonou-Sagbadja, F., Bossikponnon, A., Dossa, H. & Ahanhanzo, C. (2019). Phenotypic diversity for agro-morphological traits in pigeonpea landraces (Cajanus cajan L.) Millsp.) cultivated in southern Benin. Open Agriculture. 4, 487-499.
22.Navneet, A., Sikarwar, R. S., Singh, A. K. & Anilkumar, R. (2017). Genetic diversity in pigeonpea (Cajanus cajan L. Millsp.). Int. J. Agric. Sci. 9, 4177-4179.
23.Gopi Krishnan, A., Pandiyan, M., Thilagam, P., Veeramani, P. & Nanthakumar, S. (2022). Evaluation of Pigeonpea (Cajanus cajan (L.) Millsp.) Genetic Diversity Using Principal Component Analysis. Acta Sci. Agri.6 (2), 1-9.
24.Kimaro, D., Melis, R., Sibiya, J., Shimelis, H. & Shayanowako, A. (2020). Analysis of Genetic Diversity and Population Structure of Pigeonpea [Cajanus cajan (L.) Millsp] Accessions Using SSR Markers. Plants, 9 (1643), 2-24.
25.Kimaro, D., Melisa, R., Sibiyaa, J. & Shimelisa, H. (2021). Agro-morphological characterization of pigeonpea (Cajanus cajan (L.) Millsp.): Basis to breeding. Agr. Nat. Resour. 55, 23-32.
26.Anonymous. (1993). Descriptors for Pigeonpea (Cajanus cajan (L.) Millsp.). International Plant Genetic Resources Institute, Rome, Italy. 33p.
27.Shannon, C. E. & Weaver, W. (1949). The Mathematical Theory of Communication. University of Illinois Press. Urbana, IL, USA.
28.Adegboyegun, K., Etuh Okpanachi, F. & Ededet Akpanikot, K. (2020). Morphological Characterization of 22 Accessions of Pigeon Pea [Cajanus cajan (L) Millsp.]. Asian J. Biochem. Genet. 4 (3), 20-28.
29.Kinhoégbè, G., Djèdatin, G., Estelle Yêyinou Loko, L., Ignace Agbo, R., Kumar Saxena, R., Kumar Varshney, R., Agbangla, C. & Dansi, A. (2020). Agro-morphological characterization of pigeonpea (Cajanus cajan L. Millspaugh) landraces grown in Benin: Implications for breeding and conservation. J. Plant Breed. Crop Sci. 12 (1), 34-49.
30.Yuniastuti, E., Lintang Chandra Dewi, S. & Noor Indah Delfianti, M. (2020). The Characterization of Black Pigeon Pea (Cajanus cajan) in Gunungkidul, Yogyakarta. J. Su. Agri. 35 (1), 78-88.
31.Addae-Frimpomaah, F., Denwar, N. N., Adazebra, G. A., Adjebeng-Danquah, J., Kanton, R. A. L., Afful, N. T. &
Duet, M. (2021). Assessment of genetic diversity among 32 pigeon pea genotypes using morphological traits and simple sequence repeat markers in Northern Ghana. J. Agric. Sci. Technol. 17 (4), 1257-1272.
32.Kandarkar, K. G., Kute, N. S., Tajane, S. A. & Ingle, A. U. (2020). Correlation and path analysis for yield and its Contributing traits in pigeonpea [Cajanus cajan (L.) Mill. Sp.]. J. Pharmacogn. Phytochem. 9 (4), 1629-1632.
33.Thanga Hemavathy, A., Kannan Bapu, J. R. & Priyadharshini, C. (2017). Principal Component Analysis in Pigeonpea (Cajanus cajan (L.) Millsp.). Electron. J. Plant Breed. 8 (4), 1133-1139.
پژوهش‌های تولید گیاهی
دوره 30، شماره 2
تیر 1402
صفحه 115-137

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار