Ekmeklik buğday çeşitlerinde sarı pas (puccinia striiformis f. sp. tritici) hastalığıyla ilişkili özellikleri kontrol eden genlerle bağlantılı fonksiyonel markörler ve markörlerin allelik çeşitliliğinin belirlenmesi

Bu çalışmada, 192 ekmeklik buğday (Triticum aestivum L.) genotipi, sarı pas etmeni Puccinia striiformis f. sp. tritici'ye karşı dayanıklılık ile ilişkili Yr genleri bakımından moleküler düzeyde değerlendirilmiş ve popülasyonun genetik yapısı çok yönlü analizlerle ortaya konulmuştur. Çalışmada toplam 16 Yr genine ait moleküler markör kullanılmış; genotiplerde markör varlığı/yokluğu belirlenerek frekans analizi, genetik çeşitlilik parametreleri (PIC, Nei gen çeşitliliği, Shannon indeksi), genetik benzerlik matrisi, UPGMA kümeleme analizi, Temel Koordinat Analizi (PCoA) ve popülasyon yapısı (STRUCTURE) analizleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen bulgular, Yr genlerinin popülasyonda homojen dağılmadığını, aksine belirgin bir heterojen yapı sergilediğini göstermiştir. Yr26 (Xgwm18) gibi bazı genlerin yüksek frekansta bulunduğu, buna karşılık Yr9 ve Yr41 gibi genlerin düşük frekansta veya tamamen absent olduğu belirlenmiştir. Genotiplerin büyük çoğunluğunun 3–5 Yr geni taşıdığı, yüksek sayıda gen içeren genotiplerin ise sınırlı olduğu tespit edilmiştir. Kümülatif frekans ve birlikte bulunma analizleri, dayanıklılığın sınırlı sayıda yüksek frekanslı gen etrafında şekillenen "çekirdek–perifer" bir yapı sergilediğini ve genlerin bağımsız değil, genetik bloklar halinde birlikte taşındığını ortaya koymuştur. Genetik çeşitlilik analizleri, incelenen lokusların orta–yüksek düzeyde polimorfizm içerdiğini (ortalama PIC = 0.49) göstermiştir. STRUCTURE analizi, popülasyonun iki ana genetik alt-popülasyondan oluştuğunu (K=2) ve bu gruplar arasında yüksek düzeyde genetik farklılaşma bulunduğunu ortaya koyarken, bazı genotiplerde gözlenen admixture yapısı gen akışını işaret etmiştir. PCoA ve kümeleme analizleri de bu genetik yapıyı desteklemiştir. Sonuç olarak, sarı pas dayanıklılığının tek bir gen tarafından değil, farklı Yr gen kombinasyonlarının etkileşimi ile şekillenen kompleks bir genetik mimariye sahip olduğu belirlenmiştir. Ancak dayanıklılığın belirli genler etrafında yoğunlaşması, uzun vadede kırılganlık riski oluşturmaktadır. Bu nedenle sürdürülebilir dayanıklılık için gen piramitlenmesi stratejilerinin uygulanması, nadir genlerin korunması ve genetik olarak uzak genotipler arasında melezleme yapılması önerilmektedir. Ayrıca moleküler verilerin fenotipik gözlemlerle desteklenmesi, daha güvenilir ıslah sonuçları elde edilmesi açısından kritik önem taşımaktadır.

In this study, 192 bread wheat (Triticum aestivum L.) genotypes were evaluated at the molecular level for yellow rust resistance genes (Yr genes) associated with the pathogen Puccinia striiformis f. sp. tritici, and the genetic structure of the population was comprehensively analyzed using multiple approaches. A total of 16 gene-specific molecular markers were employed, and marker presence/absence data were used to perform frequency analysis, genetic diversity assessments (PIC, Nei's gene diversity, Shannon index), genetic similarity matrix construction, UPGMA clustering, Principal Coordinate Analysis (PCoA), and population structure analysis (STRUCTURE). The results revealed that Yr genes were not evenly distributed across the population but exhibited a clear heterogeneous pattern. Certain genes, such as Yr26 (Xgwm18), were highly prevalent, whereas others, including Yr9 and Yr41, were detected at very low frequencies or were absent. Most genotypes carried 3–5 Yr genes, while genotypes with a high number of resistance genes were relatively rare. Cumulative frequency and co-occurrence analyses demonstrated a "core–periphery" genetic architecture, where resistance was largely governed by a limited number of high-frequency loci, and genes were inherited in blocks rather than independently. Genetic diversity analysis indicated moderate to high polymorphism among loci (mean PIC = 0.49). STRUCTURE analysis identified two major sub-populations (K=2) with high genetic differentiation, while the presence of admixture genotypes suggested gene flow between these groups. The results of PCoA and clustering analyses were consistent with the population structure findings. Overall, the findings demonstrate that yellow rust resistance in wheat is controlled by a complex genetic architecture involving multiple Yr gene combinations rather than single genes. However, the over-reliance on a limited number of high-frequency genes may pose a long-term risk of resistance breakdown. Therefore, the implementation of gene pyramiding strategies, conservation of rare alleles, and hybridization between genetically distant genotypes are strongly recommended for sustainable resistance breeding. Additionally, integrating molecular data with phenotypic evaluations is essential for improving the reliability and effectiveness of breeding programs.