بررسی تنوع ژنتیکی جمعیت‌های Agropyron cristatum (L.) Garetn. با استفاده از نشانگرهای مولکولی RAPD

محورهای موضوعی : ژنتیک

رضا تقی‌زاده ¹ (دانش آموخته دوره دکتری تخصصی رشته اصلاح نباتات، واحد علوم و تحقیقات دانشگاه آزاد اسلامی، تهران)
علی‌اشرف جعفری ² (دانشیار، موسسه تحقیقات جنگلها و مراتع کشور، تهران)
علی اصغری ³ (استادیار، دانشکده کشاورزی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل)
رجب چوکان ⁴ (استادیار، موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، کرج)

تاریخ دریافت : 1387/09/02 تاریخ پذیرش : 1388/01/29 تاریخ انتشار : 1388/06/25

کلید واژه: تنوع ژنتیکی, چندشکلی, RAPD, الکتروفورز, تجزیه خوشه‌ای, تجزیه واریانس مولکولی, Agropyron cristatum, FST,

چکیده مقاله :

در این پژوهش، از نشانگر مولکولی چندشکلی قطعات تکثیر شده تصادفی DNA (RAPD) برای تعیین تنوع ژنتیکی 10 جمعیت Agropyroncristatum (L.) Garetn. استفاده شد. قطعات چندشکلی بوسیله 10 آغازگر اختیاری 10 نوکلئوتیدی از میان 50 آغازگر تولید گردید. در مجموع 58 نوار چندشکل که دارای تکرارپذیری بالایی بودند، انتخاب و وارد محاسبات شدند. ضرایب تشابه ژاکارد بر اساس حضور و عدم حضور باندها محاسبه گردید. دامنه ضرایب تشابه از 17/0 تا 37/0 متغیر بود. بیشترین تشابه ژنتیکی بین جمعیت‌های 7844 (بافت) با 3029 (بجنورد) و کمترین تشابه ژنتیکی بین 4336 (کرمان) با 4056 (چادگان) و 208 (اصفهان) با 1727 (گرگان) مشاهده شد. نتایج تجزیه واریانس مولکولی نشان داد که تنوع بین جمعیت‌ها و درون جمعیت‌ها معنی‌دار و از مجموع تنوع کل، سهم بین جمعیت‌ها و درون جمعیت‌ها به ترتیب 46/13 و 54/86 درصد بود. میانگین درجه تمایز ژنی (15/0=FST) نشان داد که درصد بالایی از تنوع کل مربوط به تنوع درون جمعیت‌ها بود. تجزیه کلاستر با استفاده از ضرایب تشابه ژاکارد مبتنی بر روش ادغام بر حسب متوسط گروه‌ها (UPGMA) انجام گرفت و جمعیت‌ها در سه گروه مجزا قرار گرفتند. نتایج تجزیه به مؤلفه‌های هماهنگ اصلی به طور قوی نتایج تجزیه کلاستر را تایید کرد. گروه‌بندی جمعیت‌ها با استفاده از تجزیه کلاستر با الگوی جغرافیایی محل رویش آنها مطابقت زیادی نداشت ولی با نتایج مطالعات مورفولوژیکی که قبلا بر روی جمعیت‌ها انجام شده بود همخوانی خوبی داشت و با توجه به نتایج این تحقیق در شرایط آزمایش کنترل شده، نشانگرهای RAPD می‌‌توانند وسیله‌ای مناسب و مؤثر در ارزیابی تنوع ژنتیکی بین جمعیت‌های A.cristatum باشند.

چکیده انگلیسی:

Random amplified polymorphic DNA (RAPD) markers have been used to characterize the genetic diversity of 10 Iranian populations of crested wheatgrass (Agropyron cristatum). Ten out of 50 tested RAPD primers produced 57 polymorphic bands with presence or absence of patterns. Genetic distance among populations based on Jaccard’s genetic similarity coefficients ranged from 0.17 to 0.37. The highest similarity was found between 7844 (Baft) vs. 3029 (Bojnourd) populations, whereas the lowest was among 4336 (Kerman) vs. 4056 (Chadegan) and 208 (Isfahan) vs. 1727 (Gorgan). Molecular variance analysis showed significant variation among populations and within populations, with average values of 13.46% and 86.54%, respectively. Analysis of population structure based on F-statistics revealed a higher values (FST=0.15) of variation within populations. The molecular data were subjected to unweighted pair group method with arithmetic average (UPGMA) cluster analysis and populations were partitioned into three groups. Results of principal coordinate analysis strongly supported cluster analysis results. The interpopulation genetic distance showed no association with the geographic distance between the population sites of origin. However, they were in good agreement with the cluster pattern of morphological data that were obtained in the previous experiment. In general, RAPD marker data proved to be a good method of assessing genetic variation among populations of crested wheatgrass.

منابع و مأخذ:

ایمانی، ع. ا. (1387). بررسی تنوع ژنتیکی در جمعیت‌های Festuca arundinacea Schreb. بر اساس نشانگرهای مرفولوژیکی و مولکولی(RAPD). رساله دکترای تخصصی اصلاح نباتات. دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران.

بحرائی، ص. (1375). استفاده از نشانگرهای مولکولی RAPD در بررسی گوناگونی ژنتیکی گونه‌های Triticum boeoticum و  T. urartu. مجله نهال و بذر. موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر. جلد 12. شماره 1. صفحه 31-43.

تقی‌زاده، ر. (1387). بررسی تنوع ژنتیکی در
جمعیت‌های دو گونه Agropyron cristatum و Agropyron desertorum بر اساس نشانگرهای مورفولوژیکی و مولکولی (RAPD). رساله دکترای تخصصی اصلاح نباتات. دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران.

طالبی کویخی ا.، م. محمدعلیها و م. ر. تقوی (1386). بررسی تنوع ژنتیکی جمعیت‌های باریچه (Ferula gummosa Boiss.) ایران با استفاده از نشانگرهای مولکولی RAPD. فصلنامة علمی- پژوهشی تحقیقات گیاهان دارویی و معطر ایران. جلد 23. شماره4. صفحه522-514.

قهرمان، ا. (1364). فلور ایران. انتشارات موسسه تحقیقات جنگلها و مراتع کشور. جلد هفتم. تهران. ایران.

کریمی، ه. (1369). مرتعداری. انتشارات دانشگاه تهران. 408 صفحه.

محمدی، س. ا. (1381). روش‌های آماری در ژنتیک. مجموعه مقالات ششمین کنفرانس بین المللی آمار. ایران. دانشگاه تربیت مدرس. 6-4 شهریور. ص 394-371.

نقوی، م.ر.، ب. قره‌ یاضی و ق. حسینی سالکده (1384). نشانگرهای مولکولی. مؤسسه انتشارات و چاپ دانشگاه تهران. 342 صفحه.

Allen, E.B. and Jackson, L.L. (1992). The arid West. Restoration plans and Management Notes. 10(1): 56-59.

Anderson, W.R. and Fairbank, D.J. (1990). Molecular markers: important tools for plant genetic resources characterization. Diversity. 6: 51-53.

Austin, D.D. and Urness, P.J. (1983). Overwinter forage selection by mule deer on seeded big sagebrush-grass range. Journal of Wild Life Management. 47(4): 1203-1207.

Bor, N.L. (1968). Gramineae. Triticeae. In Townsend, C.C., Guest, E. and Al-Rawi, A. (ed.) Flora of Iraq. Vo1.9. Republic of Iraq. P. 208-219.

Brown, J. C., Evans, R. A. and Young, J. A (1985). Effects of sagebrush control methods and seeding on runoff and erosion. Journal of Range Management. 38(3): 195-199.

Casler, M.D., Rangel, Y., Stier, J.C. and Jung, G. (2003). RAPD marker diversity among creeping bentgrass clones. Crop Science. 43:688-693.

Clayton, W.D., Harman, K.T. and Williamson, H. (2002). World Grass Species: Descriptions, Identification, and Information Retrieval. http://www.kew.org/data/grasses-db.html. [accessed 08 November 2007; 15:30 GMT].

Dawson, I.K., Chalmers, K.J. Waugh, R. and Powell, W. (1993). Detection and analysis of genetic variation in Hordeum spontaneum populations from Israel using RAPD markers. Molecular Ecology. 2:151–159.

Dewey, D.R. (1969). Synthetic hybrids of Agropyron albicas, A. dasystachyum, Sitanion hystrix and Elymus canadensis. American Journal of Botany. 56: 664-670.

Dewey, R.D. and Asay, K. H. (1975). The crested wheatgrass of Iran. Crop Science. 15: 844 -849.

Dillman, A.C. 1946. The beginnings of crested wheatgrass in North America. Journal of the American Society of Agronomy. 38(3): 237-250.

Excoffier, L., Smouse, P.E. and Quattro, J.M. (1992). Analysis of molecular variance inferred from metric distances among DNA haplotypes: applications to human mitochondrial DNA restriction data. Genetics. 131: 479–491.

Garcia, P., Monte, J-V., Casanova, C. and Soler, C. (2002). Genetic similarities among Spanisch populations of Agropyron, Elymus and Thinopyrum, using PCR-based markers. Genetic Resources and Crop Evolution. 49: 103–109.

Hamrick, J.L. (1990). Isozime and the analysis of genetic structure in plant population. In: Soltis, E.D. and Soltis, P.S. (eds). Iszymes in Plant Biology. Chapman and Hall, London. PP. 87-90.

Hamrick, J.L., and Godt., M.J.W. (1997). Allozyme diversity in cultivated crops. Crop Science. 37:26–30.

Huff, D.R. (1997). RAPD characterization of heterogeneous perennial ryegrass cultivars. Crop Science. 37: 557-594.

Jaccard, P. (1908). Nouvelles researches sur la distribution florale. Bulletin de la Societe Vaudoise des Sciences Naturelles. 44: 223-270.

Joshi, C.P. and Nguyen., H.T. (1993). Application of the random amplified polymorphic DNA technique for the detection of polymorphism among wild and cultivated tetraploid wheats. Genome. 39:603- 609.

Love, L.D. and Hanson, H.C. (1932). Life history and habits of crested wheatgrass. Journal of Agricultural Research. 45(6): 371-383.

Mellish, A., Coulman, B. and Ferdinandez, Y. (2002). Genetic relationships among selected crested wheatgrass cultivars and species determined on the basis of AFLP markers. Crop Science. 42:1662-1668.

Ogle, D.G. (2002). Crasted Weatgrass Agropyron cristatum (L.) Gaertn. Plant fact Sheet. USDA NRCS. Idaho State Office.

Rajasekar, S., Fei, S.-h. and Nick, E.C. (2005). Analysis of genetic diversity in rough bluegrass determined by RAPD markers. Crop Science. 46:162-167.

Rechinger, K.H. )1970(. Flora Iranica.Vol.70, Graze,Austria.

Robertson, J.H., Neal, D.L., McAdams, K.R. and Tueller, P.T. (1970). Changes in crested wheatgrass ranges under different grazing treatments. Journal of Range Management. 23: 27-34.

Saghai- Maroof, M.A., Soleiman, K.M., Jorfenden, R.A. and Allars, R. (1984). Ribosomal DNA Spacer-Length polymorphism in barley: Mendelian inheritance, chromosomal location, and population dynamics. Proceedings of the National Academy of Sciences. U.S.A. 81:80114-8018.

Smith, J.S.C. and Smith, O.S. (1992). Finger printing crop varieties. Advances in Agronomy. 47:140-149.

Sork, V.L., Campbell, D.R., Dyer, R.J., Fernandez, J.F., Nason, J., Petit, R., Smouse, P.E., and Steinberg, E. (1998). Proceedings from a workshop on gene flow in fragmented, managed, and continuous populations. National Center for Ecological Analysis and Synthesis, Santa Barbara, California. Research Paper No. 3: Available at "http://www.nceas.ucsb.edu/nceas-web/projects/2057/nceas-paper3".

Virk, P.S., Zhu, J., Newbury, H.J., Bryan, G.J., Jackson, M.T. and Ford-Lloyd, B.V. (2000). Effectiveness of different classes of molecular marker for classifying and revealing variation in rice (Oryza sativa) germplasm. Euphytica. 112, 275–284.

Williams, J.G.K., Kubelik, A.R., Livak, K.J., Rafalski, J.A. and Tingey, S.V. (1990). DNA polymorphisms amplified by arbitrary primers are useful as genetic markers. Nucleic Acids Research. 18: 6531–6535.