Mısır Islahında İn Vivo Dihaploid Teknolojisi ile Saf Hat Geliştirilmesi

Yıl 2023, Cilt: 28 Sayı: 2, 715 - 731, 31.08.2023

Mehmet Yıldırım , Önder Albayrak , Merve Bayhan , Remzi Özkan , Cuma Akıncı , Ferhat Kızılgeçi , Behiye Bicer

https://doi.org/10.53433/yyufbed.1222944

Öz

Klasik mısır ıslahında ıslah süresinin uzun olması, yüksek mali finans ve iş gücü gerektirmesi yeni hibrit çeşit geliştirmede özellikle küçük ve orta ölçekli ıslah kuruluşlarının mısır ıslahı yapmasını güçleştirmektedir. Bu bariyeri kırmak için son yıllarda uygulamaya konan in vivo haploidi tekniği yukarıda sayılan avantajlarının yanısıra seleksiyon etkinliğini artırmakta, tam homozigotluk sağlamakta, moleküler marker tekniklerinin uygulanması için uygun saflık sağlamaktadır. Bu çalışmada induser kullanarak in vivo maternal haploid bitki elde etme yönteminin mısır ıslahında kullanılma potansiyeli araştırılmıştır. Çalışmada kendilenmiş hat elde etmek için Karadeniz Bölgesi yerel mısır popülasyonları ve haploid bitki elde edilmesinde tozlayıcı olarak RWS ve RWK 76 induser (indirgeyici) genotipleri materyal olarak kullanılmıştır. Çalışmanın kromozom katlama, tohum çoğaltımı ve bitki yetiştirme işlemleri Dicle Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarla Bitkileri Bölümü laboratuvar, sera ve deneme arazisinde 2016, 2017 ve 2018 yıllarında yürütülmüştür. DH hatlar 3 adet ticari hibrit çeşidiyle melezlenmiş ve bu melezleme sonucunda 9 melezde tekerrürlü deneme kuracak kadar tohum elde edilmiştir. 2018 yılında DH hatlardan elde edilen test melezleri 3 tekerrürlü olarak tesadüf blokları deneme desenine göre ekilerek yetiştirilmiş ve bazı tarımsal özellikler yönünden değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre başta tane verimi olmak üzere bitki boyu, ilk koçan yüksekliği, gövde çapı, yaprak eni ve SPAD, koçan ağırlığı, koçan boyu, koçan çapı, koçanda sıra sayısı, koçan sırasında tane sayısı ve uç boşluk uzunluğu, sömek çapı, koçanda tane ağırlığı özellikleri yönünden standart çeşitleri aşan DH melez kombinasyonları saptanmıştır. İn vivo haploid bitki elde etme yönteminde başarıyı en çok düşüren aşamanın DH bitkilerin kendilenmesi aşaması olduğu belirlenmiştir. Bu çalışmada mısır ıslahında bir bütün olarak başarıyla kullanılabileceği ortaya konmuştur. Yerel mısır çeşitlerimizin hem bu yöntemin uygulanmasına uygun olduğu hem de ıslahta doğrudan anaç olarak kullanmak için uygun genotipik potansiyele sahip olduğu belirlenmiştir. DZM 13 x Gariz, DZM-56 x Elioso, DZM-67 x Elioso-1 ve DZM-67 x Excel-1 DH melezleri tane verimi bakımından öne çıkan genotipler olmuşlardır. Ayrıca test melezlerinde incelenen özellikler arasında tane verimi ile bitki boyu, ilk koçan yüksekliği, koçanda tane sayısı ve koçan ağırlığı arasında pozitif ve önemli korelasyon ilişkileri saptanmıştır.

Anahtar Kelimeler

Bitki ıslah, Haploid, Hibrit çeşit, İnduser, Mısır, Yerel çeşit

Destekleyen Kurum

Tarımsal Araştırmalar ve Politikalar Genel Müdürlüğü

Proje Numarası

TAGEM/2014 AR-GE/43

Teşekkür

TAGEM/2014 AR-GE/43 nolu proje ile çalışmayı destekleyen Tarımsal Araştırmalar ve Politikalar Genel Müdürlüğü’ne ve proje materyali olan inducer hatlar ile iglili katkı sağlayan Sakarya Mısır Araştırma Merkezi Müdürü Sayın Yavuz AĞI’ya ve ıslah genetik bölüm başkanı Rahime CENGİZ’e teşekkür ederiz.

Inbred Line Improvement with Doubled Haploid Technology in Maize Breeding

Öz

The fact that the length of the breeding period is long, high financial finance, and labor force makes it difficult for small and medium scale breeding institutions to make maize breeding. The in vivo haploid technique introduced in recent years to break this barrier increases the efficiency of selection as well as the above-mentioned advantages, providing full homozygosity and providing appropriate purity for the application of molecular marker techniques. In this study, the potential of inducer used in vivo maternal haploid technique in maize breeding was investigated. In the study, maize landrace populations belonging to the Black Sea region and RWS and RWK-76 inducers were used as the pollinator to obtain inbred lines. Chromosome doubling, seed reproduction, and plant growing operations of the study were carried out in 2016, 2017, and 2018 years in the laboratory, greenhouse, and experiment area of the Dicle University Faculty of Agriculture, Field Crops Department. Of these plants, 274 double-haploid (DH) seeds belonging to 6 genotypes were obtained. DH lines were hybridized with 3 commercial hybrid varieties and enough seed was obtained from 9 hybrids to establish a repeat experiment. In 2018, the test cross hybrids obtained from DH lines were planted in a randomized completed block design with 3 replications and evaluated for some agronomic properties. According to the results, DH hybrid combinations that exceed the standard types were determined for plant height, first ear height, stem diameter, SPAD, ear weight, ear length, ear diameter, number rows per ear, number grains per ear, grain weight per ear traits including grain yield. In this study, it has been shown that in vivo haploid plant obtaining method can be used successfully as a whole in maize breeding. It was determined that Turkish maize landraces were suitable both for the application of this method and for the genotypic potential to be used directly as the inbred line inbreeding. DZM-13 x Gariz, DZM-56 x Elioso, DZM 67 x Elioso-1 and DZM-67 x Excel-1 DH hybrids are superior genotypes in terms of grain yield. In addition, positive and significant correlations were found between grain yield and plant height, first ear height, number of grains per ear and ear weight in the test hybrids.

Anahtar Kelimeler

Haploid, Hybrid line, Inducer, Landrace, Maize, Plant breeding

Proje Numarası

TAGEM/2014 AR-GE/43

Kaynakça

• Abendroth, L. J., Elmore, R. W., Boyer, M. J., & Marlay, S. K. (2011). Corn Growth and Development, PMR 1009. Ames, IA, USA: Iowa State Univ.
• Alaei, Y. (2012). Correlation analysis of corn genotypes morphological traits. International Research Journal of Applied and Basic Sciences, 3(12), 2355-2357.
• Albayrak, Ö. (2013). Diyarbakır koşullarına uygun şeker mısır (Zea mays L. saccharata sturt.) çeşitlerinin belirlenmesi. (Yüksek Lisans Tezi), Dicle Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Diyarbakır, Türkiye.
• Albayrak, Ö. (2019). Bazı yerel mısır populasyonlarının kurağa tepkilerinin belirlenmesi. (Doktora Tezi), Dicle Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Diyarbakır, Türkiye.
• Almeida, V. C., Trentin, H. U., Frei, U. K., & Lübberstedt, T. (2020). Genomic prediction of maternal haploid induction rate in maize. The Plant Genome, 13(1), e20014. doi:10.1002/tpg2.20014
• Alp, A., & Kahraman, Ş. (2017). Diyarbakır koşullarında ana ve ikinci ürün olarak yetiştirilen tane mısırın bazı tarımsal ve teknolojik özelliklerinin biplot analiz yöntemiyle karşılaştırılması. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Tarım Bilimleri Dergisi, 27(4), 507-515. doi:10.29133/yyutbd.299291
• Aman, J., Bantte, K., Alamerew, S., & Sbhatu, D. B. (2020). Correlation and path coefficient analysis of yield and yield components of quality protein maize (Zea mays L.) hybrids at Jimma, Western Ethiopia. International Journal of Agronomy, 2020, 9651537. doi:10.1155/2020/9651537
• Babaoğlu, M. (2003). Farklı kökenli mısır (Zea mays L.) genotiplerinin çeşitli agronomik ve kalite karakterleri bakımından karşılaştırmalı olarak değerlendirilmesi. (Doktora Tezi), Trakya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Edirne, Türkiye.
• Budak, B., Alan, Ö., & Akdemir, H. (2005, Eylül). Küçük Menderes koşullarında bazı melez mısır (Zea mays L.) çeşitlerinin hasıl verimi üzerine bir araştırma. Türkiye VI. Tarla Bitkileri Kongresi, Antalya.
• Büyükerdem, N. İ. (2005). Farklı çinko içerikli gübre uygulamalarının şeker mısırın (Zea mays L. saccharata sturt.) verim ve agronomik özelliklerine etkileri. (Yüksek Lisans Tezi), Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta, Türkiye.
• Cengiz, R., & Korkut, K. Z. (2020). Development of doubled haploid maize lines by using in vivo haploid technique. Biotech Studies, 29(1), 1-7. doi:10.38042/biost.2020.29.01.01
• Cerit, İ., Cömertpay, G., Oyucu, R., Çakır, B., Hatıpoğlu, R., & Özkan, H. (2016). Melez mısır islahında in-vivo katlanmış haploid tekniğinde kullanılan farklı inducer genotiplerin haploid indirgeme oranların belirlenmesi. Tarla Bitkileri Merkez Araştırma Enstitüsü Dergisi, 25, 52-57. doi:10.21566/tarbitderg.280162
• Chase, S. S. (1969). Monoploids and monoploid-derivatives in maize (Zea mays L.). The Botanical Review, 35(2), 117-168.
• Chen, S., Li, L., & Li, H. (2009). Maize Doubled Haploid Breeding. Beijing, China: China Agricultural University Press.
• Coe, E. H., & Sarkar, K. R. (1964). The detection of haploids in maize. Journal Heredity, 55(5), 231 233. doi:10.1093/oxfordjournals.jhered.a107340
• Cömertpay, G. (2008). Yerel mısır populasyonlarının morfolojik ve DNA moleküler işaretleyicilerinden SSR tekniği ile karakterizasyonu. (Doktora Tezi), Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana, Türkiye.
• Dang, N. C., Munsch, M., Aulinger, I., Renlai, W., & Stamp, P. (2011). Inducer line generated double haploid seeds for combined waxy and opaque 2 grain quality in subtropical maize (Zea mays L.). Euphytica, 183, 153-160. doi:10.1007/s10681-011-0423-0
• Erdal, Ş. (2014). Kendilenmiş mısır (Zea mays L.) hatlarının kuraklık stresine tolerans düzeylerinin belirlenmesi ve moleküler karakterizasyonu. (Doktora Tezi), Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta, Türkiye.
• FAOSTAT. (2019). Food and Agriculture Organization of the United Nations. https://www.fao.org/faostat/en/#home Erişim Tarihi: 12.09.2022.
• Gönülal, E., Güngör, H., & Soylu, S. (2015). Mısırda (Zea mays L.) kısıtlı sulama ile farklı tane şekil ve iriliklerinin verim ve bazı verim unsurları üzerine etkisi. Gaziosmanpaşa Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 32(2), 24-31.
• Greenblatt, I. M., & Bock, M. (1967). A commercially desirable procedure for detection of monoploids in maize. Journal Heredity, 58(1), 9-13. doi:10.1093/oxfordjournals.jhered.a107543
• Izzam, A., Rehman, H., Sohail, A., Ali, S., Manzoor, H., & Hussain, Q. (2017). Genetic variability and correlation studies for morphological and yield traits in maize (Zea mays L.). Pure and Applied Biology, 6(4), 1234-1243. doi:10.19045/bspab.2017.600131
• İdikut, L., Zülkadir, G., Yürürdurmaz, C., & Çölkesen, M. (2015). Yerel cin mısırı genotiplerinin Kahramanmaraş koşullarında tarımsal özelliklerinin araştırılması. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Doğa Bilimleri Dergisi, 18(3), 1-8.
• İlarslan, R., Kaya, Z., Kandemir, İ., & Bretting, P. K. (2002). Genetic variability among Turkish pop, flint and dent corn (Zea mays L.) races: Morphological and agronomic traits. Euphytica, 128, 173-182. doi:10.1023/A:1020896805265
• Karaşahin, M., & Sade, B. (2011). Farklı sulama yöntemlerinin hibrit mısırda (Zea mays L. indentata S.) dane verimi ve verim unsurları üzerine etkileri. Uludağ Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 25(2), 47-56.
• Kılınç, S., Karademir, Ç., & Ekin, Z. (2018). Bazı mısır (Zea mays L.) çeşitlerinde verim ve kalite özelliklerinin belirlenmesi. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Tarım ve Doğa Dergisi, 21(6): 809-816. doi:10.18016/ksutarimdoga.vi.463813
• Kırnak, H., Gençoğlan, C., & Değirmenci, V. (2003). Harran Ovası koşullarında kısıntılı sulamanın II. ürün mısır verimine ve bitki gelişimine etkisi. Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 34(2), 117-123.
• Kırtok, Y. (1998). Mısır Üretimi ve Kullanımı. İstanbul, Türkiye: Kocaoluk Basım ve Yayınevi.
• Koca, Y. O., Turgut, İ., & Erekul, O. (2010). Tane üretimi için yetiştirilen mısırın birinci ve ikinci üründeki performanslarının belirlenmesi. Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 47(2), 181-190.
• Koca, Y. O., & Turgut, İ. (2012). Mısırda (Zea mays L.) farklı ekim zamanlarının tane verimine, kuru madde birikimine, yaprak alanı indeksine ve bazı büyüme parametrelerine etkisi. Adnan Menderes Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 9(1), 1-10.
• Kuşçu, H., & Demir, A. O. (2012). Responses of maize to full and limited irrigation at different plant growth stages. Uludağ Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 26(2), 15-28.
• Kuşvuran, A., Kaplan, M., Nazlı, R. İ., Saruhan, V., & Karadağ, Y. (2015). Orta Kızılırmak Havzası ekolojik koşullarında bazı mısır (Zea mays L.) çeşitlerinin silajlık olarak yetiştirilme olanaklarının belirlenmesi. Gaziosmanpaşa Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 32(1), 57-67.
• Magorokosho, C. (2006). Genetic diversity and performance of maize varieties from Zimbabwe, Zambia and Malawi. (PhD), Texas A&M Üniversitesi Lisansüstü Çalışma Ofisi, Teksas, ABD.
• Maryam, A. B., Siah Sar, B., Khavari, S., Golbashy, M., Mehdi Nejad, N., & Alizadeh, A. (2010) Effects of genotype by environment interactions on morphological traits, yield and yield components of new grain corn (Zea mays L.) varieties. Journal of Agroecology, 2(1), 136-145. doi:10.22067/jag.v2i1.7612
• Mousavi, S. M. N., Mohammed, S., & Nagy, J. (2019, April). Studying the relationships of various agronomic traits in maize using correlation analysis. 18th Alps Adria Scientific Workshop At Cattolica, Italy.
• Nanda, D. K., & Chase, S. S. (1966). An embryo marker for detecting monoploids of maize (Zea mays L.). Crop Science, 6(2), 213-215. doi:10.2135/cropsci1966.0011183X000600020036x
• Nielsen, R. L. (2002). Post-Maturity Grain Dry-Down in the Field (pp. 5). Agronomy Depart., Purdue Univ., http://www.kingcorn.org/news/timeless/GrainDrying.html
• Noor, M., Khan, A. S., Ullah, H., Shahwar, D., Fahad, S., … & Adnan, M. (2018). Heritability and correlation analysis of morphological and yield traits in maize. Journal of Plant Biology Crop Research, 2: 1008.
• Öner, F. (2011). Karadeniz bölgesindeki yerel mısır (Zea mays L.) genotiplerinin agronomik ve teknolojik özelliklerinin belirlenmesi. (Doktora Tezi), Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Samsun, Türkiye.
• Öner, F. (2017). Ordu ili yerel mısır (Zea mays L.) genotiplerinin morfolojik karakterizasyonu. Uluslararası Tarım ve Yaban Hayatı Bilimleri Dergisi, 3(2), 108-119. doi:10.24180/ijaws.344833
• Özmen, İ. (2008). Bazı melez mısır çeşit ve genotiplerinin değişik ekim bölgelerindeki adaptasyon ve uyum yeteneklerinin belirlenmesi üzerine araştırmalar. (Doktora Tezi), Ege Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İzmir, Türkiye.
• Prigge, V., & Melchinger, A. E. (2011). Production of Haploids and Doubled Haploids in Maize. In: V. M. Loyola-Vargas, & N. Ochoa-Alejo (Eds.), Plant Cell Culture Protocols, Methods in Molecular Biology (3rd Ed). New Jersey, UK: Humana Press Springer Verlag. doi:10.1007/978-1-61779-818-4_13
• Sabancı, S. (2016). Ege Bölgesinde yetiştirilen bazı mısır (Zea mays L.) çeşitlerinin verim, kalite ve antioksidan aktivitelerinin belirlenmesi. (Yüksek Lisans Tezi), Adnan Menderes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Aydın, Türkiye.
• Seitz, G. (2005). The Use of Doubled Haploids in Corn Breeding (pp. 1-7). In: Proc. 41st Annual Illinois Corn Breeders’ School 2005, Urbana-Champaign, Illinois,.
• Shengu, M. K. (2017). Genetic study of some maize (Zea mays L.) Genotypes in humid tropic of ethiopia. International Journal of Scientific and Research Publications, 7(1), 281-287.
• Soydemir, H. E., Yılmaz, A., & Çiftçi, V. (2021, December). Bitki islahında haploid tekniğinin avantajları. ISPEC 8th International Conference on Agriculture, Animal Sciences and Rural Development, Bingol, Turkey.
• Tekkanat, A., & Soylu, S. (2005). Cin mısırı çeşitlerinin tane verimi ve önemli kalite özelliklerinin belirlenmesi. Selçuk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 19(37), 51-60.
• Topal, B. (2016). Mısırda (Zea mays L. indentata sturt.) koçan yaprağı klorofil miktarı ile tane verimi ve verim ögeleri arasındaki ilişkilerin path analizi ile saptanması. (Yüksek Lisans Tezi), Çukurova Üniversitesi Fen bilimleri Enstitüsü, Adana, Türkiye.
• Turhal, K. (2015). Eskişehir koşullarında değişik tohum sıklıklarının bazı melez mısır (Zea mays L.) çeşitlerinin tarımsal özelliklerine etkileri. Trakya University Journal of Natural Sciences, 16(2), 67-70.
• TÜİK. (2019). Türkiye İstatistik Kurumu, Bitkisel ve Hayvansal Üretim Verileri. http://tuik.gov.tr/Start.do. Erişim Tarihi: 05.06.2021.
• Yorgancılar, M., Yaşar, M. A., & Atalay, E. (2019). Mısır ıslahında indirgeyici hatların kullanımı ve dihaploidizasyon. Bahri Dağdaş Bitkisel Araştırma Dergisi, 8(1), 170-177.
• Yozgatlı, O., Başaran, U., Gülümser, E., Mut, H., & Doğrusöz M. Ç. (2019). Yozgat ekolojisinde bazı mısır çeşitlerinin morfolojik özellikleri, verim ve silaj kaliteleri. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Tarım ve Doğa Dergisi, 22(2), 170-177. doi:10.18016/ksutarimdoga.vi.450938
• Zararsız, D., Öztürk, L., Yanikoğlu, S., Turgut, İ., Kızık, S., & Bilgin, B. (2019). Production of double haploid plants using in vivo haploid techniques in corn. Journal of Agricultural Sciences, 25(1), 62-69. doi:10.15832/ankutbd.539000