Genetic diversity in sodium azide (NaN3) induced barley mutants using ISSR markers

Abstract

Sodium azide (NaN3) is widely used as a chemical mutagen in mutation studies, especially to induce point mutations. This study was carried out to determine genetic diversity of six-rowed barley cultivar Finola and 14 mutant lines induced by sodium azide mutagenesis agent and identified by using 5 Inter Simple Sequence Repeat (ISSR) markers. According to the results, 24 bands were produced by five ISSR markers, 18 of them were found polymorphic, and the average polymorphism rate was 76.33%. The average allele number was determined as 4.8, and UBC-808 marker had the highest allele number with 6 alleles, while UBC-820 and UBC-825 markers had the lowest allele numbers with 4 alleles. The average polymorphism information content of the markers used in the study was 0.83, and ranked from 0.78 to 0.86. A dendogram was created using marker data, and according to the dendogram, genotypes were divided into two main groups. Fnl-4, Fnl-8, Fnl-10, Fnl-11 and Fnl-12 mutants existed in the first group, while the others including Finola cultivar were in the second group. Based on the principal component analysis (PCA), Finola cultivar and mutant lines Fnl-5, Fnl-13 and Fnl-14 were evaluated as they are similar to Finola although, differed for some alleles.

Keywords

• Barley,Sodium azid,Mutation breeding,ISSR markers

Sodyum azid (NaN3) ile muamele edilen arpa mutantlarının genetik çeşitliliğinin ISSR markörler ile belirlenmesi

Abstract

Sodyum azid (NaN3) özellikle nokta mutasyon çalışmalarında yoğun olarak kullanılan kimyasal bir mutajendir. Bu çalışmada, Finola altı sıralı arpa çeşidi, kimyasal bir mutajen olan sodyum azid ile muamele edilerek 14 adet mutant arpa hattı elde edilmiştir. Elde edilen hatlar arasındaki genetik farklılık, 5 adet basit tekrarlı diziler arası polimorfizm (Inter Simple Sequence Repeat, ISSR) markörü yardımıyla belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre 5 ISSR marköründen 24 adet bant elde edilmiş ve bu bantlardan 18 adet polimorfik allel belirlenmiş ve ortalama polimorfizm oranı %76.33 olarak saptanmıştır. Ortalama allel sayısı 4.8 olup, 6 bant ile UBC-808 en fazla bant üreten primer olurken, en az bant üreten primerler ise 4’er bant ile UBC-820 ve UBC-825 primerleri olmuştur. Kullanılan markörlere ait ortalama polimorfizm bilgi içeriği (PIC) 0.83 olarak hesaplanmış ve PIC değeri 0.78 ile 0.86 aralığında değişmiştir. Markör verileri dendrogramda 2 ana grup oluşturmuştur. Birinci kümede Fnl-4, Fnl-8, Fnl-10, Fnl-11 ve Fnl-12 mutantları yer alırken, ikinci kümede ise Finola çeşidi ile birlikte diğer mutant hatlar yer almaktadır. Temel bileşenler analizi, Finola çeşidi ve mutant hatlardan Fnl-5, Fnl-13 ve Fnl-14 hatlarının birbirine benzemekle birlikte, bazı alleller bakımından farklı olduklarını ortaya koymuştur.

Keywords

• Arpa,Sodyum Azid,Mutasyon ıslahı,ISSR markör

References

1. Akbay, G. (1988). Farklı EMS (Ethyl Methane Sulphonate) dozlarının uygulandığı Tokak 157/37 (Hordeum vulgare L.) iki sıralı arpa çeşidi tohumlarının farklı ortam ve farklı sürelerle bekletilmesinin M1 bitkilerinin bazı özellikleri üzerine etkileri. Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları-107 Bilimsel Araştırmalar ve İncelemeler 573:1.
2. Bardak, A., & Bölek, Y. (2012). Genetic diversity of diploid and tetraploid cottons determined by SSR and ISSR markers. Turkish Journal of Field Crops, 17(2):139-144.
3. Çardaklı, E., Bardak, A., & Özdemir, M. (2017). Doğu Akdeniz bölgesinden toplanan bazı adaçayı türlerinin genetik farklılıklarının belirlenmesi. Türk Tarım-Gıda Bilim ve Teknoloji Dergisi, 5(6):695-700.
4. Dice, L.R. (1945). Measures of the amount of ecologic association between species. Ecology, 26(3):297-302.
5. Dumlupınar, Z., Jellen, E.N., Bonman, J.M., & Jackson, E.W. (2016). Genetic diversity and crown rust resistance of oat landraces from various locations throughout Turkey. Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 40(2):262-268.
6. Elakhdar, A., Kumamaru, T., Qualset, C.O., Brueggeman, R.S., Amer, K., & Capo-Chichi, L. (2018). Assesment of genetic diversity in Egyptian barley (Hordeum vulgare L.) genotypes using SSR and SNP markers. Genetic Resources and Crop Evolution, 65(7):1937-1951.
7. FAO (2017). Food and Agricultural Organization of the United Nations. www.fao.org Erişim Tarihi: 02.09.2019.
8. Gruszka, D., Szarejko, I., & Maluszynski, M. (2012). Sodium Azide as a mutagen. Plant Mutation Breeding and Biotechnology. CABI, Wallingford: 159-166.

9. JMP (2007). JMP user guide, release 7 copyright  2007, SAS Institute Inc. Cary, USA.
10. Kaya, S. (2015). Yabani arpa popülasyonları ve bazı arpa çeşitlerinin agro-morfolojik ve moleküler karakterizasyonu ile kalite özellikleri ve çinko eksikliğine toleranslarının saptanması. Doktora Tezi, Çukurova Üniversitesi, Adana.
11. Khodayari, H., Saeidi, H., Roofigar, A.A., Rahiminehad, M.R., Pourkheirandish, M., & Komatsuda, T. (2012). Genetic diversity of cultivated barley landraces in Iran measured using microsatellites. International Journal of Bioscience. Biochemistry and Bioinformatics, 2(4):287-290.
12. Olgun, M., Budak Başçiftçi, Z., Ayter, N.G., Turan, M., Koyuncu, O., Ardıç, M., Ağar, G., & Takıl, E. (2015). Genetik divergence in some barley (Hordeum vulgare L.) genotypes by RAPD and ISSR Analyses. Süleyman Demirel Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 10(2):102-109.
13. Rines, H.W. (1985). Sodium Azide mutagenesis in diploid and hexaploid Oats and comparison with Ethyl Methane Sulfonate treatments. Environmental and Experimental Botany, 25(1):7-16.
14. Rohlf, F.J. (2008). NTSYS-pc: Numerical taxonomy and multivariate analysis system version 2.21v. setauket, exeter publishing, New York.
15. Uğurer, M., Güngör, H., Demirtaş, M.B., Tekin, A., Herek, S., Gezginç, H., Çerikçi, Ç.M., Dokuyucu, T., Dumlupınar, Z., & Akkaya, A. (2016). Farklı dozlarda uygulanan Sodyum Azid (NaN3) kimyasalının buğday ve yulafta mutajen etkisinin belirlenmesi. 4. Bursa Tarım Kongresi, s:261-267.
16. Weir, B.S. (1996). Genetic data analysis II: Methods for Discrete Population Genetic Data. 2nd Ed. Sunderland, MA, USA: Sinauer Associates Inc.
17. Yalım, D. (2005). Türkiye’de yetişen arpa çeşitlerinde genetik çeşitliliğin ISSR (basit dizilim tekrarları) moleküler markör tekniği ile saptanması. Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi, Adana.
18. Yorgancılar, M., Yakışır, E., & Tanur Erkoyuncu, M. (2015). Moleküler markörlerin bitki ıslahında kullanımı. Bahri Dağdaş Bitkisel Araştırma Dergisi, 4(2):1-12.