Molecular Characterization and Germination Analysis of Cotton (Gossypium hirsutum L.) Genotypes under Water Deficit Irrigation

Abstract

Cotton is an important crop in terms of economic and strategic impacts. Drought stress is one of the most important environmental stress factors which negatively affects growth and yield of plants in Turkey as occurred in many countries in the world. In this study, 11 different cotton cultivars selected based on their agronomical characters were tested under water deficit irrigation strategies. Thus, it was aimed to select and/or determine appropriate new varieties for breeding new national materials resistant to drought stress, and to characterize with the molecular microsatellite markers. According to the different irrigation levels (25%, 50%, 75% and 100%) plants were observed under the stressed conditions at the irrigation levels of 50% and 25%. Among the tested varieties, Tamcot Sphinx, Tamcot 94, Tamcot CamdEs and BA525 varieties were found to be more water stress tolerant than others in terms of germination time and germinated plant. The UPGMA (Unweighted Pair-Group Method Using Arithmetic Averages) analysis was carried out using 28 markers with average 0.306 polymorphism information content (PIC) for molecular characterization studies. Based on the UPGMA results, the varieties were clustered into two groups. It is expected that the results obtained from this study might provide considerable data for improving new drought tolerant varieties.

Keywords

• Cotton,water deficit irrigation,molecular marker,clustering

Pamuk (Gossypium hirsutum L.) Genotiplerinin Kısıntılı Sulama Koşullarında Çimlenme Analizleri ve Moleküler Karakterizasyonu

Abstract

Pamuk bitkisi, ülkemiz için stratejik ve ekonomik öneme sahip olan bir üründür. Kuraklık stresi, dünyanın birçok ülkesinde olduğu gibi Türkiye’de de bitki büyüme ve verimini olumsuz yönde etkileyen en önemli çevresel stres faktörlerinden birisidir. Bu çalışmada, kuraklık stresine karşı toleranslı yeni yerli pamuk çeşitlerinin geliştirilmesi amacı ile tarımsal özellikleri bakımından seçilmiş olan 11 farklı pamuk çeşidinin kısıntılı sulama stratejileri altında çimlenme süresi ve çimlenme oranı incelenmiş ve mikrosatellit markörleri aracılığıyla moleküler olarak karakterize edilmiştir. Yapay ortamda % 25, % 50, % 75 ve % 100 sulama planı ile kısıntılı sulama uygulanarak kuraklık stresi uygulanmıştır. Bitkilerin % 50 ve % 25 sulama koşullarında strese girdikleri gözlenmiştir. Kısıntılı sulama koşullarında çimlenme süresi ve çimlenen bitki sayısı incelendiğinde; Tamcot Sphinx, Tamcot 94, Tamcot CamdEs ve BA525 çeşitlerinin diğerlerine oranla su stresine karşı daha toleranslı oldukları tespit edilmiştir. Moleküler karakterizasyon çalışmaları için ortalama 0.306 polimorfizm bilgi içeriğine (PIC, Polymorphism Information Content) sahip 28 adet markör kullanılarak Aritmetik Ortalama Kullanılarak Ağırlıksız Çift Grup Metodu (UPGMA) analizleri yapılmıştır. UPGMA analizleri sonucunda çeşitler iki grup altında sınıflanmıştır. Elde edilen bu verilerin, kuraklığa karşı toleranslı yeni çeşitlerin geliştirilmesinde önemli bir bilgi sağlayacağı düşünülmektedir.

Keywords

• Pamuk,kısıntılı sulama,moleküler markör,gruplandırma

References

1. Anderson, J.A., Churchill, G.A., Autrique, J.E., 1993. Optimizing parental selection for genetic linkage maps. Genome, 36(1): 181-186.
2. Başal, H., Ünay, A., 2006. Water stress in cotton (Gossypium hirsutum L.). Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 43(3): 101-111.
3. Başal, H., Dağdelen, N., Ünay, A., Yılmaz, E., 2009. Effects of deficit drip irrigation ratios on cotton (Gossypium hirsutum L.) yield and fibre quality. Journal of Agronomy and Crop Sciences, 195(1): 19-29.
4. Beasley, J.O., 1942. Meiotic chromosome behaviour in species, species hybrids, haploids and induced polyploids of Gossypium. Genetics, 27(1): 25-54.
5. Blackman, S.A., Obendorf, R.L., Leopold, A.C., 1992. Maturation proteins and sugars in desiccation tolerance of developing soybean seeds. Plant Physiology, 100(1): 225-230.
6. Blum, A., 1986. Breeding crop varieties for stress environments. Critical Reviews in Plant Sciences, 2(1): 199-237.
7. Chen, Z.J., Scheffler, B.E., Dennis, E., Triplett, B.A., Zhang, T.Z., Guo, W.Z., Chen, X.Y., Stelly, D.M., Rabinowicz, P.D., Town, C.D., 2007. Toward sequencing cotton (Gossypium) genomes. Plant Physiology, 145(4): 1303-1310.
8. Doyle, J.J., Doyle, J.L., 1987. A rapid DNA isolation procedure for small quantities of fresh leaf tissue. Phytochemical Bulletin, 19(1): 11-15.

9. El-Zik, K.M., Thaxton, P.M., 1996. Registration of cultivars. Crop Science, 36: F1074.
10. Gupta, P.K., Varshney, R.K., 2000. The development and use of microsatellite markers for genetic analysis and plant breeding with emphasis on bread wheat. Euphytica, 113(3): 163-185.
11. Karademir, Ç., Karademir, E., Ekinci, R., Bereketoğlu, K., 2011. Yield and fiber quality properties of cotton (Gossypium hirsutum L.) under water stress and non-stress conditions. African Journal of Biotechnology, 10(59): 12575-12583.
12. Krieg, D.R., 1997. Genetic and environmental factors affecting productivity of cotton. In: Proceedings Beltwide Cotton Production Research Conference, 7-10 January, New Orleans, LA, pp. 1347.
13. Macar, T.K., Turan, Ö., Ekmekçi, Y., 2009. Effects of water deficit induced by PEG and NaCl on chickpea (Cicer arietinum L.) cultivars and lines at early seedling stages. Gazi University Journal of Science, 22(1): 5-14.
14. Michel, B.E., Kaufmann, M.R., 1973. The osmotic potential of Polyethylene Glycol 6000. Plant Physiology, 51(5): 914-916.
15. Mondini, L., Noorani, A., Pagnotta, M.A., 2009. Assessing plant genetic diversity by molecular tools. Diversity, 1(1): 19-35.
16. Pace, P.F., Cralle, H.T., Halawany, S.H.M., Cothren, J.T., Senseman, S.A., 1999. Drought-induced changes in shoot and root growth of young cotton plants. The Journal of Cotton Science, 3(1): 183-187.
17. Percival, A.E., Wendel, J.F., Stemart, J.M., 1999. Taxonomy and germplasm resourses. In: Smith CW, Cothren JT (Eds) Cotton: Origin, History, Technology, and Production. Wiley, New York, pp. 33-63.
18. Sarafis, V., 1998. Chloroplasts: A structural approach. Journal of Plant Physiology, 152(2): 248-264.
19. Tuba, Z., Lichtenthaler, H.K., Csintalan, Z., Pocs, T., 1993. Regreening of desiccated leaves of the poikilochlorophyllous xerophyta scabrida upon rehydration. Journal of Plant Physiology, 142(1): 103-108.
20. Turhan, A., Kuşçu, H., Özmen, N., Demir, A.O., 2014. Farklı tuzluluk düzeylerinin sarımsakta (Allium sativum L.) verim ve bazı kalite özelliklerine etkisi. Tarım Bilimleri Dergisi, 20(3): 208-287.
21. Wendel, J.F., Brubaker, C.L., Percival, A.E., 1992. Genetic diversity in Gossypium hirsutum and the origin of Upland cotton. American Journal of Botany, 79(11): 1291-1310.
22. Woodstock, L.W., 1998. Seed imbibition: A critical period for successful germination. Journal of Seed Technology, 12(4): 1-15.
23. Verdonck, O., Gabriels, R., 1992. Reference method for the determination of physical and chemical properties of plant substrates. Acta Horticulturae, 302(1): 169-179.
24. Zhang, X.Y., Liu, C.L., Wang, J.J., Li, F.G., Ye, W.W., 2007. Drought-tolerance evaluation of cotton with PEG water-stress method. Cotton Science, 19(3): 205-209.