طراحی نشانگر مولکولی اختصاصی سیتوپلاسم نرعقیم PET1 در آفتابگردان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 مؤسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

3 گروه اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

نرعقیمی سیتوپلاسمی- ژنتیکی در تولید بذور هیبرید آفتابگردان به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. در آفتابگردان، ORFH522 موجود در انتهای '3 ژن atpA مسئول فنوتیپ نرعقیمی است. این تحقیق به منظور شناسایی نشانگر مولکولی برای سیستم نرعقیمی سیتوپلاسمی- ژنتیکی PET1 در آفتابگردان صورت گرفت. بدین منظور از پنج لاین نرعقیم، 24 لاین نگهدارنده نرعقیمی و 32 لاین بازگرداننده باروری به عنوان مواد ژنتیکی استفاده شد. توالی مربوط به ژن مذکور در دو سیستم نرعقیم و نربارور از پایگاه اینترنتی NCBI دریافت و پس از هم‌ردیفی آن‌ها، بر اساس ناحیه چندشکلی در توالی‌ها، یک جفت آغازگر طراحی شد. این جفت آغازگر، قطعه‌ای با طول 182 جفت‌باز در کلیه لاین‌های دارای سیتوپلاسم نرعقیم تکثیر کرد در حالی که در هیچ یک از بوته‌های دارای سیتوپلاسم نربارور تکثیر نشد؛ بنابراین این آغازگر به عنوان نشانگر سیتوپلاسم نرعقیم معرفی می‌شود. همچنین ثابت شد که تمامی لاین‌های بازگرداننده باروری، دارای سیتوپلاسم نرعقیم هستند. بنابراین این نشانگر می‌تواند در برنامه‌های اصلاحی آفتابگردان در مراحل انتقال سیتوپلاسم نرعقیم به لاین‌های جدید و نیز تولید و خالص‌سازی لاین‌های بازگرداننده باروری به‌طور مؤثری مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Designing Molecular Marker Specific to PET1 Male Sterile Cytoplasm in Sunflower

نویسندگان [English]

  • j Akbari afjani 1
  • M. Soltani NajafAbadi 2
  • S. R. Mirfakhraii 3
1 Tarbiat Modares university, Tehan Iran
2 Seed and Plant Improvement Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran.
3 Department of Plant Breeding, Faculty of Agriculture, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Cytoplasmic-genetic male sterility is widely used for production of sunflower hybrid seeds. In sunflower, an ORF, ORFH522, presented at 3′ end of atpA gene cause male sterile phenotype. This investigation was carried out to find the molecular marker for PET1 cytoplasmic-genetic male sterility system in sunflower. To this end, five male sterile, 24 maintainer and 32 restorer lines were used as genetic materials. The gene sequences for both male sterile and male fertile were extracted from NCBI and upon their alignment, a primer pair was designed based on their different regions. The primer pair amplified a fragment of 182 bp in cytoplasmic male sterile lines, while no amplification in male fertile ones was observed; Thus, the primer is considered as a marker for male sterile cytoplasm. Also it was confirmed that all restorer lines have male sterile cytoplasm. Thus, the primer can be used efficiently in breeding programs of sunflower either in transferring male sterile cytoplasm to elite lines, or in restorer line production and purification.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sunflower
  • primer
  • PET1 cytoplasmic male sterility
  • ORFH522
  • atpA

مراجع

Balk, J., and Leaver, C. J. 2001. The PET1-CMS mitochondrial mutation in sunflower is associated with premature programmed cell death and cytochrome c release. The Plant Cell 13: 1803-1818.
 
Chase, C. D. 2007. Cytoplasmic male sterility: a window to the world of plant mitochondrial-nuclear interactions. Trends in Genetics 23:81-90.
 
Chen, L., and Liu, Y. G. 2014. Male sterility and fertility restoration in crops. Annual Review of Plant Biology 65: 579-606.
 
Gong, L., Li, C., Capatana, A., Feng, J., Qi, L., Seiler, G. J., and Jan, C. C. 2014. Molecular mapping of three nuclear male sterility mutant genes in cultivated sunflower (Helianthus annuus L.). Molecular Breeding 34: 159-166.
 
Horn, R. 2002. Molecular diversity of male sterility inducing and male-fertile cytoplasm in the genus Helianthus. Theoretical and Applied Genetics 104: 562-570.
 
Horn, R., Köhler, R. H., and Zetsche, K. 1991. A mitochondrial 16 kDa protein is associated with cytoplasmic male sterility in sunflower. Plant Molecular Biology 17: 29-36.
 
Kaul, M. L. H. 1998. Male Sterility in Higher Plants: Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 1005 p. Kofer, W., Glimelius, K., and Bonnett, H. T. 1991. Modifications of mitochondrial DNA cause changes in floral development in homeotic-like mutants of tobacco. The Plant Cell 3: 759-769.
 
Köhler, R. H., Horn, R., Lössl, A., and Zetsche, K. 1991. Cytoplasmic male sterility in sunflower is correlated with the co-transcription of a new open reading frame with the atpA gene. Molecular and General Genetics 227: 369-376.
 
Laver, H. K., Reynolds, S. J., Moneger, F., and Leaver, C. J. 1991. Mitochondrial genome organization and expression associated with cytoplasmic male sterility in sunflower (Helianthus annuus). The Plant Journal 1: 185-193.
 
Leclercq, P. 1969. Une stérilité male cytoplasmique chez le Tournesol (Helianthus annuus L.). Annals Amélior Plant 19: 99-106 (in French).
 
Li, J. T., Yang, J., Chen, D. C., Zhang, X. L., and Tang, Z. S. 2007. An optimized mini-preparation method to obtain high-quality genomic DNA from mature leaves of sunflower. Genetics and Molecular Research 6: 1064-1071.
 
Moneger, F., Smart, C. J., and Leaver, C. J. 1994. Nuclear restoration of cytoplasmic male sterility in sunflower is associated with the tissue-specific regulation of a novel mitochondrial gene. The EMBO Journal 13: 8-17.
 
Nakai, S., Noda, D., Kondo, M., and Terachi, T. 1995. High-level Expression of a Mitochondrialorf 522 Gene from the Male-sterile Sunflower is Lethal to E. coli. Japanese Journal of Breeding 45: 233-236.
 
Pérez-Vich, B., Berry, S. T., Velasco,L., Fernandez-Martinez, J. M., Gandhi, S., Freeman, C., Heesaker, A., Knapp, S. J., and Leon, A. J. 2005. Molecular mapping of nuclear male sterility genes in sunflower. Crop Science 45: 1851-1857.
 
Sabar, M., Gagliardi, D., Balk, J., and Leaver, C. J. 2003. ORFB is a subunit of F1F(O)-ATP synthase: insight into the basis of cytoplasmic male sterility in sunflower. EMBO Reports 4: 381-386.
 
Schnable, P. S., and Wise, R. P. 1998. The molecular basis of cytoplasmic male sterility and fertility restoration. Trends in Plant Science 3: 175-180.
 
Schnabel, P. S., Engelmann, U., and Horn, R. 2008. Development of markers for the use of the PEF1 cytoplam in sunflower hybrid breeding. Plant Breeding 127: 587-591.
 
Serieys, H., and Vincourt, P. 1987. Characterization of some new CMS sources from Helianthus genus. Helia 10: 9-13 Serieys, H. 1999. Identification, study, and utilization in breeding programs of new CMS sources. FAO progress report. Helia 22 (special issue): 71-84.
 
Yue, B., Vick, B. A., Cai, X., and Hu, J. 2010. Genetic mapping for the Rf1 (fertility restoration) gene in sunflower (Helianthus annuus L.) by SSR and TRAP markers. Plant Breeding 129: 24-28. Zubko, M. K. 2004. Mitochondrial tuning fork in nuclear homeotic functions. Trends in Plant Science 9: 61-64.
 
 
نهال و بذر
دوره 33، شماره 4
اسفند 1396
صفحه 475-485

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار