Avena sterilis L.’in Mikrosatellit İşaretleyicileri ile Genetik Çeşitlilik Analizi

Year 2023, Volume: 38 Issue: 2, 267 - 280, 04.07.2023

Emine Kaya Altop

https://doi.org/10.7161/omuanajas.1205286

Abstract

Avena sterilis, buğday ekim alanlarında sorun olan önemli bir yabancı ot olup, mücadelesinde yoğun herbisit kullanımı söz konusudur. Herbisitlerin ve çevresel faktörlerin yabancı ot türleri üzerindeki etkisi hakkında bilgi sahibi olmak açısından genetik çeşitlilik çalışması önem taşır. Türler içindeki yüksek düzeyde genetik çeşitlilik, değişen çevre koşullarına adaptasyonun garantisidir. Bu çalışma, türlerin kimyasal mücadelesi sırasında etkinlik kaybı şikayetleri nedeniyle yapılmıştır. Analizler Türkiye'nin Orta Karadeniz bölgesindeki buğday ekim alanlarından toplanan 27 seçilmiş popülasyon üzerinden gerçekleştirilmiştir. 17 mikrosattellit primeri kullanılarak yapılan çalışmada, lokuslarda toplam 77 allel tespit edilmiş, lokus başına ortalama alel sayısı beş olarak belirlenmiştir. Ortalama gen çeşitliliği (GD) ve polimorfizm bilgi içeriği (PIC) değerleri sırasıyla 0.894 ve 0.732’dir. Average Linkage kullanılarak oluşturulan UPGMA dendrogramına göre popülasyonlar iki ana gruba ayrılmıştır. İncelenen yabani yulaf genotipleri arasında yüksek derecede çeşitlilik tespit edilmiş olup, coğrafi izolasyonun olmadığı görülmüştür. Bu durumun öncelikle yabancı ot tohumların çeşitli yollarla taşınarak o coğrafi bölgelere adaptasyonuyla ilişkili olduğu anlaşılmaktadır. Dayanıklı yabancı otlar yüksek genetik çeşitlilik gösterebileceğinden, dirençli ve duyarlı steril yulaf popülasyonları arasında gen kaçışı olabileceği sonucuna varılmıştır. Bu bulgulara göre; ekim nöbeti, kültürel kontrol yöntemleri, sertifikalı tohum kullanımının teşvik edilmesi, farklı etki mekanizmalarına sahip herbisitlerin kullanımı gibi hususlar, herbisit dayanıklılığında göstergeci olan yüksek genetik çeşitliliğin kontrol altında tutulması için alınabilecek önlemler arasında sıralanabilir.

Keywords

kısır yabani yulaf, buğday, genetik çeşitlilik, SSR

Genetic Diversity Analysis of Avena sterilis L. Germplasm by Microsatellite Markers

Abstract

Avena sterilis is an important grassy weed that causes a problem in wheat cultivation areas, and intensive herbicides are used to control it. Genetic diversity study is important to have information how on the effect weed species of the environmental factors and herbicides. The high level of genetic diversity within the species is a guarantee for adaptation to changing environmental conditions. This study was conducted based on complaints of the loss of effectiveness during the chemical control. Analyses were carried out on 27 selected populations collected from wheat cultivation areas in Turkey's Middle Black Sea region. Seventy-seven alleles from microsatellite loci were detected, and the average number of alleles per locus was determined as five using 17 microsatellite primers. The average gene diversity (GD) and polymorphism information content (PIC) values were 0.894 and 0.732, respectively. According to the UPGMA dendrogram generated using Average Linkage, the populations were clustered into two main groups. A high degree of diversity was found among the studied steril oat genotypes, and it is seen that there is no geographical isolation. It is understood that this situation primarily provides adaptation to those geographical areas by transporting weed seeds from other provinces in various ways. According to these findings, issues such as crop rotation, cultural control methods, encouraging the use of certified seeds, and the use of herbicides with different mechanisms of action can be listed among the measures that can be taken to control the high genetic diversity, which is an indicator of herbicide resistance.

Keywords

sterile oat, wheat, genetic diversity, SSR

References

• Aksoy, E. ve Bülbül, F., 2005. Çukurova’da buğday tarlalarında görülen önemli yabancı otlar ve mücadelesi el kitabı-1. Adana Zirai Mücadele Araştırma Enstitüsü, 01321 Yüreğir ADANA.
• Altop, E.K., Jabran, K., Mennan, H., 2018. Determination of morphological and genetic diversity of ALS (Acetolactate Synthase)-herbicide-resistant Echinochloa oryzoides populations in Rice. International Journal of Agriculture and Biology, 20: 628-636.
• Anonymous., 2017. Buğday entegre mücadele teknik talimatı. Tarımsal Araştırmalar ve Politikalar Genel Müdürlüğü Gıda ve Kontrol Genel Müdürlüğü. Çankaya/ANKARA www.tarim.gov.tr
• Backhaus, K., Erichson, B., Plinke, W., Weiber, R., 1989. Multivariate analysis methods. Springer Verlag, s. 418. Barret, S.C.H., 1982. Crop mimicry in weeds. Economic Botany, 37, 255-282.
• Claerhout, S., Reheul, D., De Cauwer, B., 2015. Sensitivity of Echinochloa crus-galli populations to maize herbicides: a comparison between cropping systems. Weed Science, 55, 470-481.
• Çağlar, E., 2010. Mikrosatellit Temelli markörlerle Centaurea nivea’ daki genetik çeşitliliğin belirlenmesi. Yüksek Lisans Tezi. Anadolu Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir.
• Demirkan, H., 2009. Herbisitlere dayanıklılık konusunda dünyada yapılmış bildirimlerin değerlendirilmesi. Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 46 (1):71-77 ISSN 1018 – 8851.
• FAO, 2022. FAO Statistical Databases. http://faostat.fao.org/ (Erişim tarihi 1 Şubat 2022).
• Guo, Y., Liu, L., Yue, Y., Fan, X., Teng, W., Zhang, H., ... Teng, K. 2022. Development of SSR markers based on transcriptome sequencing and verification of their conservation across species of Ornamental pennisetum Rich.(Poaceae). Agronomy, 12(7), 1683.
• Güncan, A., 2010. Yabancı Ot Mücadelesi. Selçuk Üniversitesi Ziraat Fakültesi. Genişletilmiş ve ilave 2. Baskı, Konya, 278.
• Heap., 2022. https://www.weedscience.org/Home.aspx (Erişim tarihi:08.04.2022).
• Işık, K., 1997. Biyolojik Çeşitlilik (Biodiversity). TÜBİTAK Bilim ve Teknik Dergisi, 30 (350): 84-87.
• Karn, E., Jasieniuk, M., 2017. Genetic diversity and structure of Lolium perenne ssp. multiflorum in California vineyards and orchards indicates potential for spread of herbicide resistance via gene flow. Evolutionary Applications, 10, 616-629.
• Kaya, E., 2008. Farklı Çeltik Ekim Alanlarından Toplanan Echinochloa crus-galli (L.) P. Beauv. (Darıcan) Populasyonlarının Morfolojik ve Genetik Farklılığının Saptanması. Yüksek Lisans Tezi. Ondokuz Mayıs Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Samsun.
• Kaya Altop, E. , Mennan, H. , Isık, D., Haghnama, K. 2017a. Resistance to acetolactate synthase (ALS) inhibitors herbicides of Galium aparine L. (Catchweed bedstraw). Journal of Agricultural Faculty of Gaziosmanpaşa University (JAFAG), 34 (3), 91-99 .
• Kaya Altop, E. , Mennan, H., Işık, D. 2017b. PCR‐based detection of resistance to ALS‐inhibiting herbicides of Bifora radians Bieb. (Bifra) in wheat fields. Anadolu Journal of Agricultural Sciences, 32 (2), 153-163 .
• Kaya Altop, E., Erken Meral, S., Zandstra, B.H., Mennan, H. 2022. Target-site point mutation conferring resistance to als herbicides in ıtalian ryegrass (Lolium multiflorum L.). Phytoparasitica 50, 1133–1142.
• Li, C.D., Rossnage, B.G, Scoles, G.J., 2000. The development of oat microsatellite markers and their use in identifying relationships among Avena species and oat cultivars. Theor Appl Genet 101:1259–1268
• Li, R., Wang, S., Duan, L., Li, Z., Christoffers, M. J., Mengistu, L. W., 2007. Genetic diversity of wild oat (Avena fatua) populations from China and the United States. Weed Science, 55(2), 95-101.
• López-Vinyallonga S., López-Alvarado J., Constantinidis TS., Alfonso Garcia-JN., 2011. Microsatellite cross-species amplification in the genus Centaurea (Compositae). Collectanea Botanica, 30: 17-27.
• Meekins, J. F., Ballard, H. E., McCarthy, B. C., 2001. Genetic variation and molecular biogeography of a North American invasive plant species (Alliaria petiolata, (Brassicaceae). International Journal of Plant Science, 162 (1): 161-169.
• Menchari, Y., Camilleri, C., Michel, S., Brunel, D., Dessaint, F., Le Corre, V., 2006. Weed response to herbicides:regional-scale distribution of herbicide resistance alleles in the grass weed Alopecurus myosuroides. New Phytol, 171: 861–873.
• Menchari Y., Délye, C., Le Corre, V., 2007. Genetic variation and population structure in black-grass (Alopecurus myosuroides Huds.) a successful herbicide-resistant annual grass weed of winter cereal fields. Molecular Ecology, 16: 3161–3172.
• Naghavi, M. R., Aghaei, M. J., Taleei, A.R., Omidi, M., Mozafari, J., Hassani, M.E., 2009. Genetic diversity of the D-genome in T. aestivum and Aegilops species using SSR markers. Genetic Resources and Crop Evolution, 56:499–506.
• Nissen, S. J., Masters, R. A., Lee, D. J., Rowe, M. L., 1995. DNA-based markers systems to determine genetic diversity of weedy species and their application to biocontrol. Weed Science, 43, 504-513.
• Özden, Y., Altınkut, A.U., 2019. Bitki Biyoteknolojisinde Güncel Yaklaşımlar. Palme, Ankara, ISBN: 9786052823040
• Özer, Z., Kadıoğlu, İ., Önen, H., Tursun, N., 2001. Herboloji (Yabancı Ot Bilimi). Gaziosmanpaşa Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları, No: 20 Kitap Seri No: 10, Tokat.
• Randazzo, C. P., Ferri, A. M., Carabajal Paladino, L., Andres, A. N., Ingala, L. R. 2019. Cross-species transfer of SSR markers in Setaria sphacelata and Trichloris crinita sp. Agronomía Colombiana, 37(2), 112-119.
• Sırrı, M., 2019. Buğday ekim alanlarında sorun oluşturan yabancı ot türleri: Siirt ili örneği. Türkiye Tarımsal Araştırmalar Dergisi, 6(2): 142-152.
• Singh, R. B., Mahenderakar, M. D., Jugran, A. K., Singh, R. K., Srivastava, R. K. 2020. Assessing genetic diversity and population structure of sugarcane cultivars, progenitor species and genera using microsatellite (SSR) markers. Gene, 753, 144800.
• Sun, M., 1997. Populations genetic structure of yellow starthistle (Centaurea solstitialis), colonizing weed in the western United States. Canadian Journal of Botany, 1470-1478.
• Sterling, T.M., Thompson, D.C., Abbott, L.B., 2004. Implications of invasive plan variation for weed management. Weed Technology, 18, 1319-1324.
• Türkseven, S., Nemli, Y., 2015. Türkiye’de Avena fatua L.’nin herbisitlere dayanıklılığı ile ilgili ilk kayıt. Turkish Journal of Weed Science, 18(2): 1-11.
• Uludağ, A., Nemli, Y., Rubin, B., 2001. Yabani yulafta (Avena sterilis L.) cladinofop’a dayanıklılık üzerine çalışmalar. Türkiye II. Herboloji Kongresi Bildiri Özetleri, Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Bitki Koruma Bölümü.
• Xiong, Y., Liu, W., Xiong, Y., Yu, Q., Ma, X., Lei, X., ... Li, D. 2019. Revelation of genetic diversity and structure of wild Elymus excelsus (Poaceae: Triticeae) collection from western China by SSR markers. Peer Journal, 7, e8038.
• Yağdı, K., Kurt Polat, P.Ö., 2020. Bazı ekmeklik buğday genotiplerinde SSR (mikrosatalit) markörü kullanılarak kahverengi pas dayanıklılık geni lr10’un belirlenmesi. KSÜ Tarım ve Doğa Dergisi, 24 (4): 850-858.
• Yalım, D., 2005. Türkiye’de yetişen arpa çeşitlerinde genetik çeşitliliğin ISSR (Basit Dizilim Tekrarları) moleküler markör tekniği ile saptanması. Yüksek Lisans Tezi. Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, ADANA.
• Yılmaz, A., 2021. The importance of molecular markers in plant breeding. 2. Uluslararası uygulamalı bilimler kongresi, 5 Ocak, Adana.
• Yorgancılar, M., Yakışır, E., Tanur Erkoyuncu, M., 2015. Moleküler markörlerin bitki ıslahında kullanımı. Bahri Dağdaş Bitkisel Araştırma Dergisi, 4 (2):1-12, 2015 ISSN: 2148-3205.