Molecular evaluation of commercial hybrid sunflower (Helianthus annuus L.) germplasm for fertility restoration genes

Abstract

Süs bitkisi ve çerezlik olarak da yaygın olarak kullanılan ayçiçeği (Helianthus annuus L.), FAO'ya göre küresel çapta en çok tüketilen dördüncü bitkisel yağ kaynağıdır. Dünya genelinde ticari olarak kullanılan ayçiçeği türleri verimlerini yükseltmek, hastalıklara ve stres koşullarına dayanıklı hibrit türler üretmek amacıyla farklı özelliklerde ki yabani ayçiçeği türleri ile çaprazlanmaktadır. Ticari amaçlı üretilecek ayçiçeği hibrit tohumlarının üretimi sırasında diğer bitki türlerinde olduğu gibi kendine tozlaşma büyük bir engel oluşturmaktadır. Hibrit tohum üretimin de kendine tozlaşmayı önlemek için genel olarak bitkilerde, fonksiyonel polen üretimini engellediği için sitoplazmik temelli erkek kısırlığı (CMS) özelliği aranır. Sitoplazmik temelli erkek kısırlığına dayalı ticari hibrit tohum üretim çalışmalarında doğurganlık restorasyon genleri (Rf), polen verimliliğinin düzenlenmesinde rol aldığı için temel öneme sahiptir. Bu durum doğurganlık restorasyon genlerini, sitoplazmik erkek kısırlığı kadar önemli kılmaktadır. İstenilen gen bölgesiyle yakından bağlantılı moleküler markörlerin kullanımına dayanan markör destekli seçim (MDS) yöntemi geleneksel ıslah yöntemi yerine son yıllarda yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Fakat henüz ülkemizdeki ticari ayçiçeği genotipleri için doğurganlık restorasyon gen bölgesiyle yakından bağlantılı moleküler markör taramaları yapılmadığı için hibrit tohum üretme çalışmalarında geleneksel ıslah yöntemi kullanılmaktadır. Fakat bu yöntem çok sayıda çaprazlama yapılmasını gerektirmektedir. Bizde çalışmada, şimdiye kadar dünya genelinde ayçiçeğinde tespiti yapılan basit dizi tekrarı (SSR) markörlerini kullanarak, ülkemizde ticari olarak kullanılmakta olan ayçiçeği genotiplerinde tarama çalışması gerçekleştirdik. Çalışmada Trakya Tarımsal Araştırma Enstitüsü'nden elde edilen erkek steril ve restorasyon genotipli ve bu genotipteki bireyler kullanılarak elde edilen F2 bireylerinin tarama çalışmaları yapılmıştır. Şimdiye kadar tespiti yapılan 7 restorasyon gen bölgesine ait 21 SSR markörü, restorasyon bölgesine yakın olmaları ve aynı lokuslarda bulunmaları sebebiyle seçilmiştir. Çalışma sonucunda elde edilen veriler ülkemizde yapılacak ıslah çalışmalarında kullanılabilme potansiyali taşımaktadır.

According to FAO, sunflower (Helianthus annuus L.), also widely used as an ornamental plant and confectionery, is the fourth most consumed vegetable oil source globally. Sunflower species used commercially worldwide are crossed with wild sunflower species with different characteristics to increase their yield and obtain hybrid species resistant to diseases and stress conditions. Self-pollination is a major obstacle during the production of sunflower hybrid seeds to be produced for commercial purposes. In order to prevent self-pollination in hybrid seed production, the cytoplasmic-based male sterility (CMS) feature is sought in plants as it inhibits functional pollen production. Fertility restoration genes (Rf) are of fundamental importance in commercial hybrid seed production because they are involved in the regulation of pollen productivity. The traditional breeding method is used in hybrid seed production studies since molecular marker screenings closely related to the fertility restoration gene region have not yet been performed for commercial sunflower genotypes in our country. However, this method requires a large number of crossovers. In our study, we carried out a screening study on sunflower genotypes that are being used commercially in our country, using simple sequence repeat (SSR) markers that have been made in sunflowers all over the world so far. In the study, screening studies of F2 individuals obtained from Thrace Agricultural Research Institute with male sterile and restoration genotype and individuals with this genotype were carried out. 21 SSR markers belonging to 7 restoration gene regions detected so far were selected because they are close to the restoration region and are located at the same loci. The data obtained as a result of the study has the potential to be used in breeding studies to be carried out in our country.