Yuldasheva Hoshiyaxonning Genetika va genomika asoslari fanidan tayyorlagan kurs ishi

II. BOB. G’o’za seleksiyasi dasturlari.

2.1.G’o’zada miqdoriy belgilar lokuslarini QTL kartalashtirish.
G’o’za tekstil sanoati uchun tola mahsulotini yetkazib beruvchi asossiy qishloq xo’jalik ekinlaridan hisoblanadi. Dunyo bo’yicha paxta tolasini yetishtirishning taxminan 95% ulushi o’rta tolali Gossypium hirsutum L. turiga to’g’ri keladi. G’o’za navlarini takomillashtirish butun dunyoda barcha seleksiya dasturlarini asosiy maqsadi hisoblanadi. G’o’zada tola sifat belgilari va xosildorlik kabi xususiyatlar ko’p sonly genlar yoki miqdoriy belgilar lokuslari tamonidan poligen tarzda boshqariladi. QTL llarni taxlil qilish ushbu belgilar uchun fenotipik hamda genotipik ma’lumotlarni o’zaro bog’lovchi genom hududlarini aniqlash vamurakkab belgilardagi geneti xilma- xilliklar asosini tushunishda muhim o’rin tutadi. Kartalsh uchun qulay populyatsiyalar boshlang’ich namunalarida tegishli malekulyar markerlarni rivojlantirish , genetic birrikkanlik kartalarini tuzish va QTL identifikatsiya qilishda statustik dasturlardan foydalanish QTL kartalshtirishning muhim omilllaridan sanaladi.Butun dunyo g’o’za seleksioner olimlarining asosiy maaqsadi hosildorlik hamda tola sifatlarini geneti jixatdan takolilshtirishga qa ratilgan. Biroq, shu kungacha o’tkazilgan tadqiqotlardan shu narsa ma’limki g’o’zaning ushbu ikki xususiyatalri o’rtasida o’zaro salbiy kaorrelyatsiya mavjud bo’lib ular tashqi omillarga ta’sirchan bo’lgan ko’p sonli genlar tamonidan boshqariladi.
G’o’za seleksiyasi dasturlarining maqsadi xosildorligi hamda tola sifati yuqori bo’lgan navlarni yaratish hisoblansada , an’anaviy seleksiya usullarida bu kabi salbiy korrelyatsiyalarni bartaraf etishning imkoni juda past sanaladi .An’anaviy seleksiyada tola sifati haqida faqatgina hosilni yig’ib olgach uni taxlildan o’tkazilgandan so’ng ma’lumotlarga ega bo’lish mumkin. Bu esa’ o’z navbatida jarayonni murakkablashtiradi va bunday navlarni yaratish uchun ko’p vaqt talab etilib , iqtisodiy jixatdan samaradorligi past hisoblanadi . An’naviy
14
seleksiya foydalanish tufayli jadallashdi. DNK markerlaridan foydalanib genetic birikkanlik kartalarini tuzish , ularning neytrallik hususiyatini , epistaz ta’sirining yo’qligi va belgilarning avlodan – avlodga Mendel qonuniyatlari asosida soda uzatilishi bois o’simliklar malekulyar seleksiyasi uchun muhim vosita sifatida tanildi . Shu sababli “Markerlarga asoslangan seleksiya”da muhim belgilar bilan yuqori darajada birikkan DNK markerlaridan foydalanish seleksiya maqsadlariga erishda muhim yondashuv bo’ladi. G’o’zada RFLP ( ingl Restriction Fragment Length Polymorphism- restriksiyalangan fragment uzunligi polimorfizmi),PZR g a asoslangan DNK markerlari xususan , AFLP (ingl Amplified Fragment Length Polymorphism – amplifikatsiyalangan fragment uzunligi polimorfizmi ), RAPD( tasodifiy amplifikatsiyalangan DNK polimorfizmi)kabi xilma –xil DNK markerlari va SNP markerlari keng qo’llaniladi. Malekulyar markerlarning rivojlanishi uchun samaradorlik natijalarning takrorlanishiva sarf xarajatlarning qisqarishi asosiy stimul bo’ldi. Barcha malekulyar markerlar ishlab chiqarish va aniqlash usuliga qarab 3ta asosiy guruxga bo’linadi.1). past ko’rsatkichli (RFLP kabi duragaylashga asoslangan markerlar); 2)o’rtacha samaradorlikka ega markerlar , tasodifiy amplifikatsiyalangan DNK polimorfizmi; 3). Yuqori samaradorli SNP markerlari
RAPD - markerlari bir vaqtning o’zida genomning turli hududlardagi polimorfik lokuslarni aniqlashning imkonini beradi.Polimorfizm genom ketma –ketligidagi o’zgarishlar tufayli yuzaga keladi.RAPD markerlari qo’llanishi juda oson,sekvens ma’lumotlari zarur emas va DNK juda kam miqdorda talab etiladi hamda avtomatlashishga to’liq javob beradi. Biroq, ushbu usul past takrorlanuvchanlikka ega . RAPD markerlaridan G’O”zada ko’plab maqsadlar uchun foydalanilgan xususan, xilma –xillikni baholash , genom kartalshtirish filogenetik tadqiqotlar , populyatsiyada genetik o’zgaruvchanlik ‘ DNK asosida malekulyar pasport yaratish hamda tur ichi va turlar aro genotiplar o’rtasidagi qarindoshlikni aniqlash.G”o’zada RAPD dan oqqanot , shira va kanalarga
15
chidamli navlarni farqlab olish uchun foydalanilgan.G’o’zada erkak sterillligi geni uchun RAPD markeri (R6592) aniqlangan . RAPD usuli g’o’za genotiplari O’rtasidagi genetik aloqa larni baholashda , g’o’zada birikish kartasini tuzish va stomatal o’tkazuvchanlik QTL larini identifikasiya foydalanilgan.
AFLP- markerlari yuqori darajada takrorlanuvchanlik va yuqori sezuvchanlik bois kam o’rganilgan yoki umuman o’rganilmagan genomlarga ega to’qimalarning molekulyar genetiksining o’rganishda keng qo’llaniladi. Bu usul RFLP ni ishonchliligi va RAPD ning qulayligi bilan uyg’unlashtirilgan usul hisoblanadi jarayon oddiy 3 bosqichni o’z ichiga oladi.

1. 
   . genom DNK sini kesish oligonukleotid adapterni ulash;
   
2. 
   Restriksiya fragmentlarini oldindan va selektiv amplifikasiyasi;
   
3. 
   Amplifikatsiyalangan fragmentning gen elektroforez taxlili
   

AFLP har bir praymer uchun RFLP , SSR,yoki RAPD markerlariga qaraganda ko’proq polimorf lokuslarni hoosil qiladi.AFLP genetik xilma –xillikni tadqiq etish , malekulyar pasporlash tadqiqotlari hamda agronomik muhim , chiq=git va tola sifat belgilarini markerlashda samarali vositadir .AFLP genom bo’ylab tasodifiy va juda ko’p tarqalganligi tufayli genlarni kartalshtirish tadqiqotlarida katta axamiyatga ega bo’lgan uslub hisoblanadi.AFLP va RAPD markerlaridan foydalanib , g’o’zaning birikkanlik kartasi yaratilgan . AFLP markerlari shuningdek g’o’zaning genetik xilma –xilligini o’rganish va g’o’za genetik kartasini boyitish uchun ishlatilgan.
XXI asrga krlib SSR markerlari “Eng ommabop markerlar”ga aylandi.SSR markerlari o’ta takrorlanuvchan , yuqori darajada polimorf , RAPD va AFLP da farqli ravishda avtomatlashadi . hamda aksariyat hollarda anonim markerlar hisoblanmaydi. Bugungi kunda SSR markerlari malekulyar genetika va seleksiyaning barcha soxalariga kirib kelgan Biroq, oxirgi paytlarda SNP markerlarining soxaga kirib kelishi bilan SSR markerlarining hukmronligi bilan nihoyat buzildi.
Genomning har ikkala kodlaydigan vaa kodlamaydigan hududlarida juda ko’p
16
tarqalgan nukleotidlarning ikki , uch , to’rt, yoki beshtaa tasodifiy takrorlari mavjud . Mikrosatelitmarkerlar genomning qisqa takrorlaanuvchi DNK ketma -ketligi asosida yaratilgan . ushbu markerlarning lokuslari turlar bo’yicha yuqori darajada, taxminan 50% o”tkazilishi mumkin Qisqa takrorlanuvchan DNK ketma –ketliklari ko’p alleli , kodominant PZRga asoslangan malekulyar markerlar uchun asos yaratadi . va boshq aDNK markerlariga taqqoslaganda yuqori polimorf hisoblanadi.. SSR markerlario’zlarining yuqori polimoerfizmi tufayli malekulyar pasportlash genetik xilma - xillikning taxlili malekulyar kartalshtirish va markerlarga asoslangan seleksiyada juda muhim markerlar tizimi hisoblandi .G’o’za tadqiqotchilari takrorlanuvchi oddiy ketma –ketliklar (SSR) dan polimorfik va xilma –xillik taxlillari genetik kartalashtish va assosiativ kartalshtirish tadqiqotlarida foydalanishdi. Jumladan , Cheng qiLi boshchiligidagi bir gurux olimlari AQSH lik hamkasblari bilan xamkorlikda g’o’zada xosilning erta pishishiga javobgar bo’lgan 54 ta QTL aniqlashdi hamda MAC dasturida foydalanish uchun taqdim etishdi.yana bir gurux hitoy olimlari Hantao Wang va boshqalar tamonidan g’o’zaning SSD usulida yaratilgan 178ta rekombinant inbred liniyalari yaratilib , ularda 644 polimorf lokuslardan foydalanib genetik karta tuzildi. 134 ta QTL identifikatsiya qilishdi . tdqiqot natijasida shulardan 64 tasi tola sifatiga va qolgan 70tasi xosildorlikka aloqador QTL lar ekanligi aniqlandi.Yagona nukleotid polimorfizmi (SNP) markerlariningtadqiqotlarda foydalanishi SSR markerlarining hukmronligiga yakun yasadi. Dastlab inson genomini tadqiq qilish jarayonida ishlab chiqilgan SNP markerlar tizimi o’zining universalligini namoyon etdi. Va bir turdagi individlar orasida genetik o’zgarishlarning eng keng tarqalgan shakli ekanligini isbotladi. Biallel tabiatga ega SNP markerlarining polimorfizm xususiyati SSR markerlarinikiga nisbatan pastroqdir . Shunday bo’lsada SNP hududlari genomda ko’p uchrashi va keng tarqalganligi bois ushbu marker tizimining samaradorligi yuqori bo’lib , asosiy qulaylik tamoni yuqori darajada avtomatlashtirilganligidadir . Shu sababli ham hozirgi kunda SNP markerlari , O’simliklar malekulyar genetikasi va
17
seleksiyada keng qo’llanilmoqda . SNP markerlarini asosiy afzaliklari ularning moslashuvchanligi , tezligi v aiqtisodiy samaradorligi bilan birga ma’lumotlarni boshqarishning qulayligi bilan bog’liq . Induvidual genomdagi yagona nukleotid farqlari (A, T, G, C)yagona nukleotid polimorfizmi yoki SNP lar deb yuritiladi.Bu , genomning kodlamaydigan <, kodlaydigan va genlar aro hududlarida bo’lishi mumkin , shu sababli nukleotidlar ketma –ketligidagi o’zgarishlarga qarab genlarni anqlashga imkon berdi. sNP markerlari birikkanlikni kartaalshtirish , kartaga asoslaangan klonlash va markerlarga asoslangan seleksiya uchun o’zlarining yuqori darajadagi polimorfizmi tufayli juda muhim vositaga aylandi. SNP larning kodaminanatlik tabiati ushbu markerlarning allellarning gomozigota va geterozigota farqlash imkoniyati yuzaga chiqardi. G’o’zada Gossypium genomining nukleotid ketma ketliklaridagi SNP larning xilma xilliklarini kuzatish, tavsiflash va kartalashtirish bo’yicha ko’plab tadqiqotlar o’tkazilgan. Xalqaro hamkorlikda Illumina Infinium genotiplash taxlili platformasi asosida 70000 SNp chip ishlabb chiqarildi. Bu kabi samarali platformalar seleksionerlar , genetiklar va boshqa tadqiqotchilar uchun g’o’za genomni sekvernirlash taxlillarida, genetik va seleksion dasturlarda qimmatli manba bo’ladi. Barcha turdagi DNK markerlarini ishlab chiqish odatda ikki bosqichdan , ya’ni markerlarni aniqlash hamda ularning ishonchliligini tekshirishdan iborat. Agar DNK markerlari biron – bir belgiga birikkanligi tasdiqlansa , ular qimmatli markerlar hisoblanadi. Bunday markerlar malekulya genetika va o’simliklar seleksiyasining turli yo’nalishlarida xususan, QTL kartalashtirish , noteng birikkanlik asosida gi assosiativ kartalashtirish QTL larni kodlash germoplazma hususiyatlarini baxolash , genetik diagnostika belgilarni markerlarga asoslangan seleksiya usuli orqali intrograessiya qilishda foydalanishi mumkin Tadqiqotchilar yuqorida ta'kidlab o'tilgan markerlardan foydalanishlari uchun ularning rekombinatsiyaga asoslangan genetik birikkanlik kartalarini yaratish orqali xromasomalardagi joylashish tartibi aniq bo'lishi lozim. Hozirgi vaqtda
18
asosiy qishloq xo’jaligi ekinlarining malekulyar markerlar bilan zich to’yingan ko’plab genetik kartalari esa faqatgina sholi va makkajo’xori ekinlarida mavjud . Arpa , bug’doy, jo’xori va soya kabi boshqa qishloq xo’jalik ekinlari uchun SSR va RFLP markerlaribilan birgalikda SNP markerlari asosida ishlab chiqilgan genetik kartalari mavjud .
Informativ ( ma’lum bir belgiga bog’langan ) DNK markerlar bilan o’yingan birikkanlik kartalarning mavjudligi , gen va miqdoriy belgilar lokuslarini(QTL) aniqlash imkonini beradi . g’o’zada ko’p sonli tadqiqotlar qimmatli xo’jalik belgilarini boshqarilishida ishtirok etuvchi QTL larni kartlashtirishga yo”naltirilgan . bugungi kunga kelib ayni shu yo’nalishda chop etilgan ilmiy maqolalar soni Google Scholer internet resursi bo’yicha 24000 dan ziyodni tashkil etadi. Biroq, turli vaziyatlarda xususan’ moliyaviy manbalarning yetishmasligi genom resurslar tanqisligi , fenotipik ma’lumotlarni to’plashda metodologiyaning yetarli darajada rivojlanmaganligi , rejalashtirilgan tajribalar aniqlik darajasining past ekanligi va nihooyat genom va belgilarning murakkabligi - ushbu tadqiqotlarning ko’pchiligida izlanishlar kartalashtirish bosqichidayoq yakunlayotganligidan va yakuniy maqsadga erishilmaganligidan dalolat beradi.
Mazkur muommolar tufayli , qishloq xo’jaligi yo’nalishida QTL klonlash juda mushkul jarayon hisoblanadi.” Osimliklarda QTL klonlash kerakmi yoki yo’q?” degann savoliga savoliga javob berishdan oldin , tadqiqotchilar katta mehnat , vaqt va moliyaviy harajatlarni talab etadigan ko’plab bosqichlaarni yengib o’tishlarri lozim. Klonlashning genetik kartaga asoslangan har bir tajribasida dastlabki qadam inchalik katta bo’lmagan populyatsiyalardan (200- 300 individ) foydalanib QTL kartalashtirish va yondosh markerlarning identifikatsiya qilishdan iborat . tadqiqotchining fenotipik ma’lumotlarni to’plash hamda tajribalarni to’gri rejalashtirish dastlabki bosqichda duch keladigan asosiy cheklovlar , ya’ni QTL uchun ishonchlilik intervali (CI- confidence interval ) tor bo’lib qolishining oldini
19
oladi. Agar tajriba to’gri olib borilsa CI juda keng , taxminan 10-30 sm oralig’ida bo’lishi mumkin. Ammo, hatto CI bir necha santimorgan bilan cheklangan bo’lsa ham, ushbi genetik masofani izoxlovchi mutloq ishonchli usuli hisoblanmaydi. Bunga sabab esa, genetik masofa DNK hududidagi rekombinatsiya chastotasi va birikkanlik kartasini yaratishda foydalanilgan kartalashtirish populyatsiyasi o’lchamiga kuchli darajada bog’liqlikdadir.
Ko’pgina holatlarda yondosh QTL markerlar masofaviy jihatdann nishondan bir muncha uzoq joylashgan bo’lsada , ushbu marker va nishon orasidagi hududda ko’plab genlar mavjud bo’ladi. QTL larni qamrab olgan DNK segmentining uzunligiga qarab marker , marker va QTK orasidagi masofani qisqartirish uchun srtategiyalar ishlab chiqildi. CIni qisqartirish strategiyalaridan biri QTL kartalashtirish uchun malekulyar markerlarni to’g’ri tanlash hisoblanadi . QTL kartalshtirish bo’yicha ko’pgina tadqiqotlarda ikki ota-ona o’simliklar o’rtasida aloxida chatishtirish uchun doim ham informativ bo’lmagan umumiy markerlardan foydalaniladi. QTL kartalshtirish va keyinchalik uni klonlashning Muaffaqiyatini belgilovchi eng muhim omillardan biri ota- ona genotiplari o’rtasidagi mavjud barcha allel o’zgarishlarni bilishdir. Misol ichun , umumfoydalanish uchun ochiq bo’lgan SNP markerlarining katta qismi makkajo’xorining B73 va Mo17 liniyalari genomlari asosida ishlab chiqilgan. Makkajo’xorining inbred liniyalari o’rtasidagi keng turr ichi xilma-xilikni hisobga olgan holda , QTL ni o’rganish uchun chatishtirishda foydalanilgan ota-ona namunalari o’rtasida uchraydigan allel o’zgarishlarining faqatgina kichik qismini o’z ichiga olgan bir necha liniyalar uchun SNP markerlari ishlab chiqilgan. Shu sababli chatishtirish o’tkaziladigan ota- ona namunalar o’rtasidagi mutatsiya sababli ko’p alleli o’zgarishlarning yuqori ehtimoli mavjud . bunday vaziyatlardan qochish uchun har ikkala ota- ona genomini qayta sekvenirlash hamda ularning quyi va bi nusxalli hududlaridagi allel o’zgarishlarini aniqlash kerak. Buni esa genom murakkabliklarini bartaraf etish usullarini o’z ichiga olgan yangi avlod
20
sekvenirlash (ingl . new generation sequencing _- NGS )texnologiyalari
yordamida amalga oshirish mumkin . Muayyan chatishtirishlar uchun o’ziga hos polimorfizmlarni aniqlash , keyinchalik ularni SNP genotiplashga oid va shunga o’xsha har qanday zamonaviy taxlillarni o’ykazish amalga oshirishda uchun ularni osonlik bilan o’zgartirish mumkin .Misol uchun , CroPS yoki RAD texnologiyalari har bir chatishtirish uchun spesifik SNP larni olish uchun muaffiqiyatli ishlatilishi qo’llanilish mumkin. Bunday usul organizmga bog’liq holda 1000 ga yaqin ishonchli markerlarni olish imkonini beradi. Shunday qilib , G’ozada foydali hususiyatlarga genetik bog’langan QTL larni identifikasiya qilish , an’ anaviy seleksiya jarayonlariga zamonaviy markerlarga asoslangan seleksiya dasturini joriy etish hamda markerlangan QTL larni chuqurroq o’rganish va nomzod genlarni izlab topish orqali ularni maqsadli boshqarish imkonini beruvchi asosiy vosita hisoblanadi.