Determination of Morphological and Genetic Diversity of Alopecurus myosuroides Huds. in Wheat

Öz

Alopecurus myosuroides is an important grassy weed that causes a problem in wheat cultivation areas. Variation studies were conducted based on the complaints due to the loss of effectiveness during the chemical control of the species. According to the current information, it is impossible to reach reliable results with only morphological data in providing taxonomic data for weeds and establishing genetic diversity studies on concrete framework. Morphological data should also be supported by data obtained from molecular analyzes. Based on this information, morphological and genetic diversity studies were carried out on 40 selected populations. This study aimed to determine the effect of herbicide resistance on the variation by comparing resistant and sensitive A. myosuroides populations collected from forty-two different locations from wheat cultivation areas according to genetic variation and morphological differences to mesosulfuron-methyl+iodosulfuron-methyl-sodium . Five seeds were selected from each population to germinate in pots under greenhouse conditions to determine the morphological difference. As morphological parameters, the number of siblings (number), germination rate (days), seed setting time (days), plant height (cm), spike length (cm), leaf area (cm2), flag leaf area (cm2), thousand-grain weight (g), wet root weight (g), wet root weight (g), dry part weight (g), dry root weight (g) were measured. The data were showed significant differences between populations in terms of hierarchical cluster analysis. A. myosuroides populations were clustered into two main groups based on the SSR alleles. Allele numbers and the H′ value (Shannon’s information index) for SSR phenotypes ranged from one to four per locus and 0.25 to 0.95, respectively. The populations were found to be genetically different from each other according to the genetic distance values.

Anahtar Kelimeler

• Blackgrass
• weed
• morphological differences
• genetic diversity
• SSR

Buğday Alanlarında Sorun Olan Alopecurus myosuroides Huds.’un Morfolojik ve Genetik Çeşitliliğinin Belirlenmesi

Öz

Alopecurus myosuroides buğday ekim alanlarında sorun olan önemli bir monokotiledon yabancı ottur. Türün kimyasal mücadelesinde yaşanan etki kaybı nedeniyle gündeme gelen şikayetler baz alınarak varyasyon çalışmalarına yön verilmiştir. Güncel bilgiler ışığında yabancı otlar için taksonomik veri sağlama ve genetik çeşitlilik çalışmalarının sağlam temellere oturtulmasında sadece morfolojik verilerle güvenilir sonuçlara ulaşmak mümkün değildir. Morfolojik verilerin moleküler analizler neticesinde elde edilen veriler ile de desteklenmesi gerekmektedir. Bu bilgiden yola çıkarak seçilen 40 populasyon üzerinden morfolojik ve genetik çeşitlilik çalışmaları yürütülmüştür. Bu çalışmada buğday ekim alanlarından toplanan A. myosuroides populasyonlarından mesosulfuron-methyl+iodosulfuron-methyl-sodium’a karşı dayanıklı ve duyarlı populasyonları genetik varyasyon ve morfolojik farklılıklarına göre karşılaştırılmak suretiyle herbisit dayanıklılığının varyasyon olgusuna etkisinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Morfolojik farklılığı saptamak için sera koşullarında her populasyondan seçilen beş tohum saksılarda çimlendirilmiştir. Morfolojik parametreler olarak kardeş sayısı (adet), çimlenme hızı (gün), tohum bağlama zamanı (gün), bitki boyu (cm), başak uzunluğu (cm), yaprak alanı (cm2), bayrak yaprak alanı (cm2), bin dane ağırlığı (g), yaş aksam ağırlık (g), yaş kök ağırlık (g), kuru aksam ağırlık (g), kuru kök ağırlık (g) ölçülmüştür. Hiyerarşik kümeleme analizine tabi tutulan parametre verileri populasyonlar arasında belirgin farklılığı göstermiştir. A. myosuroides populasyonları SSR allellerinden elde edilen sonuca göre iki ana grupta toplanmıştır. Allel sayıları lokus başına bir ile dört arasında, H’ değerleri ise 0.25 ile 0.95 arasında değişmiştir. Genetik uzaklık değerleri incelendiğinde populasyonlar genetik olarak birbirlerinden farklı bulunmuştur.

Anahtar Kelimeler

• Tilki kuyruğu
• yabancı ot
• morfolojik çeşitlilik
• genetik çeşitlilik
• SSR

Kaynakça

1. Altop EK. Jabran K. and Mennan H. (2018). Determination of Morphological and Genetic Diversity of ALS (Acetolactate Synthase)-Herbicide-Resistant Echinochloa oryzoides Biotypes in Rice. Int J Agric Biol. 20: 628-636.
2. Altop EK. and Mennan H. (2011). Genetic and Morphologic Diversity of Echinochloa crus-galli Populations from Different Origins. Phytoparasitica, 39: 93-102.
3. Agarwal M., Shrivastava N. and Padh H. (2008).Advances in Molecular Marker Techniques and Their Applications in Plant Sciences. Plant Cell Rep, 27: 617–631.
4. Boylu D. (2017). Tilkikuyruğu (Alopecurus myosuroides huds.) Yabancı Otunda Herbisit Dayanıklılığının ve Basit Dizi Tekrarlarıyla Genetik Çeşitliliğinin Belirlenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Samsun.
5. Ching A.DA., Caldwell K.S. and Jung M. (2002). SNP frequency, haplotype structure and linkage disequilibrium in elite maize inbred lines.BMC Genet, 3, 19.
6. Çağlar E. (2010). Mikrosatellit Temelli Markörlerle Centaurea nivea’ daki Genetik Çeşitliliğin Belirlenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Anadolu Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir, 2010.
7. De Vicente MC. and Fulton T. (2004). Using Molecular Marker Technology in Studies on Plant Genetic Diversity: Learning Module, Vol 1, Institute for Genomic Diversity/International Plant Genetic Resources Instıtute (IPGRI), Cornell University, Rome, Italy.
8. Filiz E., Ozdemir BS., Tuna M. ve Budak H. (2009). Diploid Brachypodium distachyon of Turkey: Molecular and Morphological analysis, Molecular Breeding of Forage and Turf, ed: Yamada T. and Spangenberg G., Springer Science, pp: 83.

9. Filiz E. ve Koç İ. (2011). Bitki Biyolojisinde Moleküler Markörler, GOÜ Ziraat Fakültesi Dergisi, 28(2): 207-214.
10. Gressel J. (2002). Molecular Biology of Weed Control. London and New York: Taylor & Francis.
11. Gressel J. and Segel LA. (1982). ‘Interrelating Factors Controlling The Rate of Appearance of Résistance: The Outlook for The Future’. Pages 325-347 in H.M. LeBaron and J. Gressel (eds.), Herbicide résistance in plants. John Wiley & Sons, New York.
12. Güncan A. (2010). Yabancı Ot Mücadelesi, Selçuk Üniversitesi Ziraat Fakültesi, Genişletilmiş ve ilave 2. Baskı, Konya, 278.
13. Holt JS. and Lebaron HM. (1990). ‘Significance and Distribution of Herbicide Resistance’. Weed Techn., 4: 141-149.
14. 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.
15. Kaya-Altop E. (2012). Çeltik Ekim Alanlarında Sorun Olan Cyperus difformis L. (Kız otu)’ in Genetik Çeşitliliğinin ve ALS Grubu Herbisitlere Dayanıklılığının Moleküler ve Biossay Yöntemlerle Belirlenmesi, Doktora Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Samsun.
16. López-Vinyallonga S.,López-Alvarado J., Constantinidis TS. and Alfonso Garcia-JN. (2011). Microsatellite Cross-Species Amplification in The Genus Centaurea (Compositae). Collectanea Botanica. 30: 17-27.
17. Matsuoka Y., Mitchell SE, Kresovich S., Goodman M. and Doebley J. (2002). Microsatellites in Zea-Variability, Patterns of Mutations and Use for Evolutionary Studies. Theor. Appl. Genet. 104: 436-450.
18. Maxwell BD., Roush ML. and Radosevich SR. (1990). ‘Predicting the Evolution and Dynamics of Herbicide Resistance in Weed Populations’. Weed Techn., 4(1): 2-13.
19. Meekins JF., Ballard HE. and McCarthy BC. (2001). Genetic Variation and Molecular Biogeography of a North American Invasive Plant Specie (Alliaria petiolata, (Brassicaceae). Int. J. Plant Sci. , 162 (1): 161-169.
20. Menchari Y., Camilleri C., Michel S., Brunel D., Dessaint F., Le Corre V ve ark. (2006). Weed Response to Herbicides:Regional-Scale Distribution of Herbicide Resistance Alleles in The Grass Weed Alopecurus myosuroides. New Phytol. 171: 861–873.
21. Menchari Y., Délye C. and 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. Mol. Ecol. 16: 3161–3172.
22. Michishita Y. and Yamaguchi H. (2003). Unique Forms of Weeds and Millets in East Asian Annual Echinochloa. In: Proceedings of the 18th APWSS Conference (Manila, the Philippines, 17–21 March 2003, The Asian-Pacific Weed Science Society, Manila, pp. 215–219.
23. Naghavi MR., Aghaei MJ., Taleei AR., Omidi M., Mozafari J. and Hassani ME. (2009). Genetic Diversity of The D-genome in T. aestivum and Aegilops Species Using SSR Markers. Genet Resour Crop Evol., 56: 499–506.
24. Niemann P., Bünte R. and Hoppe JH. (2002). First proofs of flupyrsulfuron-resistance within Alopecurus myosuroides in Nothern Germany. Gesunde Pflanzen. 54: 183-187.
25. Nissen SJ., Masters RA., Lee DJ. and Rowe ML. (1995). DNA-Based Markers Systems to Determine Genetic Diversity of Weedy Species and Their Application To Biocontrol. Weed Sci., 43: 504-513.
26. Pala F., Mennan H. (2017). Diyarbakır Ili Buğday Tarlalarında Bulunan Yabancı Otların Belirlenmesi. Bitki Koruma Bülteni, 57(4): 447-461.
27. Pala F., Mennan, H., Cig F., and Dilmen, H. (2018). Diyarbakır’da Buğday Ürününe Karışan Yabancı Ot Tohumlarının Belirlenmesi. Türkiye Tarımsal Araştırmalar Dergisi, 5(3): 183-190.
28. Park KW. and Mallary-Smith CA. (2004). ‘Physiological and Molecular Basis For ALS Inhibitor in Bromus tectorum biotypes’, Weed Res., 44: 71-77.
29. Powell W., Machray GC. and Provan J. (1996). Polymorphism Revealed by Simple Sequence Repeats. Trends in Plant Sci., 1(7): 215-221.
30. Puri A., MacDonald GE., Altpeter F. and Haller WT. (2007). ‘Mutations in Phytoene Desaturase Gene in Fluridone-Resistant Hydrilla (Hydrilla verticillata) Biotypes in Florida’, Weed Sci., 55(5): 412-420.
31. Sibony M. and Rubin B. (2003). ‘The Ecological Fitness of ALS-Resistant Amaranthus retroflexus and Multiple-Resistant Amaranthus blitoides’, Weed Res., 43(1): 40–47.
32. Sun M (1997). Populations Genetic Structure of Yellow Starthistle (Centaurea solstitialis), Colonizing Weed in The Western United States. Can J Bot., pp. 1470-1478.
33. Vila-Aiub MM., Neve P. and Powles SB. (2005). ‘Resistance Cost of a Cytochrome P450 Herbicide Metabolism Mechanism but Not an ACCase Target Site Mutation in a Multiple Resistant Lolium rigidum Population’, New Phytologist, 167: 787-796.
34. Yabuno T. (2001). Taxonomy and Phylogeny of The Genus Echinochloa. In: Natural History of Genus Echinochloa, revised edn (Eds. by Yabuno T. and Yamaguchi H.). Zennokyo Shuppan, Tokyo, pp. 15–30.