بررسی ساختار و ‌تنوع‌ ژنتیکی ‌ جمعیت های کاج‌ چلغوزه (Pinus gerardiana‌) افغانستان با‌ استفاده ‌از ‌نشانگرهای ‌‌مولکولی‌ iPBS‌‌ وSCoT

نوع مقاله : مقاله علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد

2 عضور هیات علمی/ دانشگاه شهرکرد

3 دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

10.22092/ijrfpbgr.2023.361428.1433

چکیده

چکیده
سابقه و هدف: کاج چلغوزه در نواحی شرق و جنوب‌شرق افغانستان رشد می­کند و نقش مهمی در توسعه اجتماعی و اقتصادی جوامع روستایی دارد که در مجاورت جنگل­های چلغوزه زندگی می­کنند و از آن به عنوان سوخت، گیاه دارویی، مرتع، پناهگاه دام و آجیلی استفاده می­شود. در این مطالعه تنوع و ساختار ژنتیکی جمعیت­های این درخت با نشانگرهای SCoT و iPBS ارزیابی شد.
مواد و روش‌ها: در مجموع 39 ژنوتیپ کاج چلغوزه از مناطق مختلف در پنج استان افغانستان به نام‌های خوست، پکتیا، لغمان، کنر و نورستان جمع‌آوری شد. برای استخراج DNA ژنومی، از روش CTAB اصلاح شده استفاده گردید. تعداد 6 آغازگر از هر نشانگر SCoT و iPBS برای این بررسی استفاده ­شد که به­ترتیب تعداد 48 و 55 نوار SCoT و iPBS تولید کردند. برای تجزیه‌وتحلیل داده‌ها و تعیین روابط ژنتیکی، تجزیه خوشه‌ای انجام شد.
یافته ها: در این مطالعه از 12 پرایمر SCoT و iPBS استفاده شد که منجر به تولید 48 باند و 55 باند برای نشانگرهای SCoT و iPBS شد. درصد چندشکلی به ترتیب 8/20 و 1/29 برای نشانگر SCoT و iPBS برآورد شد. میانگین کل PIC به ترتیب 026/0 و 045/0 برای نشانگر SCoT و iPBS تعیین گردید که نشان­دهنده تمایز بیشتر نشانگر iPBS نسبت به SCOT است. ضرایب شباهت ژنتیکی نشان­دهنده تنوع ژنتیکی کم بین­جمعیت­ها می­باشد. دندروگرام UPGMA مبتنی بر ضریب شباهت ژنتیکی نشان داد که در هر دو نشانگر ژنوتیپ­ها بر اساس منطقه جغرافیایی از یکدیگر تفکیک نشده­اند که می­تواند به دلیل ماهیت دگرگرده‌افشانی بالای این گونه و گستره پراکنش کم آن در این نواحی باشد. تجزیه واریانس مولکولی نشان داد که درصد تنوع ژنتیکی درون­جمعیت­ها بیشتر از بین­جمعیت­ها است. تجزیه مدل بیزین STRUCTURE دو گروه (K=2) برای نمونه­های مورد مطالعه کاج چلغوزه برآورد کرد که نشان­دهنده هم­آمیزی درون نمونه­ها می­باشد.
نتیجه‌گیری: تفاوت کم بین پنج جمعیت­ مورد بررسی از نظر تنوع کل و سطوح تمایز جمعیتی با سازوکار رشدی گیاهان چندساله با عمر طولانی و پراکنش منطقه­ای مطابقت دارد. این نتایج می‌تواند به حفظ و پرورش این درخت مهم اقتصادی کمک کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Alam, M., 2011. Trees and shrubs of Afghanistan: a dendrological guide. Rossolis; Musée botanique cantonal Lausanne, Switzerland. pp. 80-82
Amom, T. and Nongdam, P., 2017. The use of molecular marker methods in plants: a review. International Journal of Current Research and Review, 9: 1-7.
Amom, T., Tikendra, L., Apana, N., Goutam, M., Sonia, P., Koijam, A.S., Potshangbam, A.M., Rahaman, H. and Nongdam, P., 2020. Efficiency of RAPD, ISSR, iPBS, SCoT and phytochemical markers in the genetic relationship study of five native and economical important bamboos of North-East India. Phytochemistry, 174: 112330.
Bhattacharyya, A., Lamarche, V.C.Jr., Telewski, F.W., 1988. Dendrochronological reconnaissance of the 483 conifers of Northwest India. Tree Ring Bulletin, 48: 21-30.
Borna, F., Luo, S., Ahmad, N.M., Nazeri, V., Shokrpour, M. and Trethowan, R., 2017. Genetic diversity in populations of the medicinal plant Leonurus cardiaca L. revealed by inter-primer binding site (iPBS) markers. Genetic Resources and Crop Evolution, 64: 479-492.
Collard, B.C. and Mackill, D.J., 2009. Start codon targeted (SCoT) polymorphism: a simple, novel DNA marker technique for generating gene-targeted markers in plants. Plant molecular biology reporter, 27: 86-93.
Doyle, J.J. and Doyle, J.L., 1987. A rapid DNA isolation procedure for small quantities of fresh leaf tissue. Phytochememical Bulletin, 19: 11–15.
Earl, D.A. and VonHoldt, B.M., 2012. Structure Harvester: a website and program for visualizing structure output and implementing the Evanno method. Conservation genetics resources, 4: 359-361.
Evanno, G., Regnaut, S. and Goudet, J., 2005. Detecting the number of clusters of individuals using the software STRUCTURE: a simulation study. Molecular ecology, 14(8): 2611-2620.
Excoffier, L., Smouse, P.E. and Quattro, J., 1992. Analysis of molecular variance inferred from metric distances among DNA haplotypes: application to human mitochondrial DNA restriction data. Genetics, 131(2): 479-491.
Fang-Yong, C. and Ji-Hong, L., 2014. Germplasm genetic diversity of Myrica rubra in Zhejiang Province studied using inter-primer binding site and start codon-targeted polymorphism markers. Scientia Horticulturae, 170: 169-175.
Hamrick, J.L. and Godt, M.J.W., 1989. Allozyme diversity in plant species. In ‘Plant population genetics, breeding and genetic resources’.(Eds AHD Brown, MT Clegg, AL Kahler, BS Weir) pp. 43–63.
Hamrick, J.L., Godt, M.J.W. and Sherman-Broyles, S.L., 1992. Factors influencing levels of genetic diversity in woody plant species. In Population Genetics of Forest Trees: Proceedings of the International Symposium on Population Genetics of Forest Trees Corvallis, Oregon, USA, July 31–August 2, 1990 (pp. 95-124). Springer Netherlands.
Isabel, N., Beaulieu, J. and Bousquet, J., 1995. Complete congruence between gene diversity estimates derived from genotypic data at enzyme and random amplified polymorphic DNA loci in black spruce. Proceedings of the National Academy of Sciences, 92(14): 6369-6373.
Isabel, N., Beaulieu, J., Thériault, P. and Bousquet, J., 1999. Direct evidence for biased gene diversity estimates from dominant random amplified polymorphic DNA (RAPD) fingerprints. Molecular Ecology, 8(3): 477-483.
Jaccard, P., 1908. Nouvelles recherches sur la distribution florale. Bull. Soc. Vaud. Sci. Nat., 44: 223-270.
Kalendar, R., Antonius, K., Smýkal, P. and Schulman, A.H., 2010. iPBS: a universal method for DNA fingerprinting and retrotransposon isolation. Theoretical and Applied Genetics, 121: 1419-1430.
Kalendar, R., Amenov, A. and Daniyarov, A., 2018. Use of retrotransposon-derived genetic markers to analyse genomic variability in plants. Functional Plant Biology, 46(1), 15-29.
Kant, A., Pattanayak, D., Chakrabarti, S.K., Sharma, R., Thakur, M. and Sharma, D. R., 2006. RAPD analysis of genetic variability in Pinus gerardiana Well. In Kinnaur (Himachal Pradesh). Indian Journal of Biotechnology, 5: 52-67
Klobucnik, M., Galgoci, M., Gomory, D. and Kormutak, A., 2022. Molecular Insight into Genetic Structure and Diversity of Putative Hybrid Swarms of Pinus sylvestris× P. mugo in Slovakia. Forests, 13(2): 205.
Kumar, R., Shamet, G.S., Mehta, H., Alam, N.M., Kaushal, R., Chaturvedi, O.P., Sharma, N., Khaki, B.A. and Gupta, D., 2016. Regeneration complexities of Pinus gerardiana in dry temperate forests of Indian Himalaya. Environmental Science and Pollution Research, 23: 7732-7743.
Nagaraju, J., Kathirvel, M., Kumar, R.R., Siddiq, E.A. and Hasnain, S.E., 2002. Genetic analysis of traditional and evolved Basmati and non-Basmati rice varieties by using fluorescence-based ISSR-PCR and SSR markers. Proceedings of the National Academy of Sciences, 99(9): 5836-5841.
Nei, M., 1978. Estimation of average heterozygosity and genetic distance from a small number of individuals. Genetics, 89(3): 583-590.
Nybom, H., 2004. Comparison of different nuclear DNA markers for estimating intraspecific genetic diversity in plants. Molecular ecology, 13(5): 1143-1155.
Peakall R. and Smouse P.E. 2012. GenAlEx 6.5: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research – an update. Bioinformatics 28: 2537-2539
Petit, J.R., Duminil, J., Fineschi, S., Hampe, A., Salvini, D. and Ven-dramin, G.G., 2005. Comparative organization of chloroplast, mitochondrial and nuclear diversity in plant populations. Molecular Ecology 14: 689-701.
Powell, W.W., Koput, K.W. and Smith-Doerr, L., 1996. Interorganizational collaboration and the locus of innovation: Networks of learning in biotechnology. Administrative Science Quarterly, 41(1): 116-145.
Pritchard, J.K., Stephens, M. and Donnelly, P., 2000. Inference of population structure using multilocus genotype data. Genetics, 155(2): 945-959.
Rohlf, F.J., 2009. NTSYSpc: numerical taxonomy system. Version 2.21c. Exeter Software: Setauket: New York.
Roldan-Ruiz, I., Dendauw, J., Van Bockstaele, E., Depicker, A. and De Loose, M.A.F.L.P., 2000. AFLP markers reveal high polymorphic rates in ryegrasses (Lolium spp.). Molecular breeding, 6: 125-134.
Saboori, S., Noormohammadi, Z., Sheidai, M. and Marashi, S., 2020. SCoT molecular markers and genetic fingerprinting of date palm (Phoenix dactylifera L.) cultivars. Genetic Resources and Crop Evolution, 67: 73-82.
Shimada, K., Fujikawa, K., Yahara, K. and Nakamura, T., 1992. Antioxidative properties of xanthan on the autoxidation of soybean oil in cyclodextrin emulsion. Journal of agricultural and food chemistry, 40(6): 945-948.
Tabasi, M., Sheidai, M., Hassani, D. and Koohdar, F., 2020. DNA fingerprinting and genetic diversity analysis with SCoT markers of Persian walnut populations (Juglans regia L.) in Iran. Genetic Resources and Crop Evolution, 67: 1437-1447.
Tong, Y., Durka, W., Zhou, W., Zhou, L., Yu, D. and Dai, L., 2020. Ex situ conservation of Pinus koraiensis can preserve genetic diversity but homogenizes population structure. Forest Ecology and Management, 465: 117820.
Tyagi, R., Sharma, V., Sureja, A.K., Das Munshi, A., Arya, L., Saha, D. and Verma, M., 2020. Genetic diversity and population structure detection in sponge gourd (Luffa cylindrica) using ISSR, SCoT and morphological markers. Physiology and Molecular Biology of Plants, 26: 119-131.
Vanijajiva, O. and Pornpongrungrueng, P., 2020. Inter-primer binding site (ipbs) markers reveal the population genetic diversity and structure of tropical climbing cissampelopsis (asteraceae) in thailand. Biodiversitas Journal of Biological Diversity, 21(9): 3919-3928.
Varshney, R.K., Marcel, T.C., Ramsay, L., Russell, J., Röder, M.S., Stein, N., Waugh, R., Langridge, P., Niks, R.E. and Graner, A., 2007. A high density barley microsatellite consensus map with 775 SSR loci. theoretical and Applied Genetics, 114: 1091-1103.
Vasilyeva, Y., Chertov, N., Nechaeva, Y., Sboeva, Y., Pystogova, N., Boronnikova, S. and Kalendar, R., 2021. Genetic structure, differentiation and originality of Pinus sylvestris L. populations in the east of the East European Plain. Forests, 12(8): 999.
Yeh, F.C., Yang, R.C., Boyle, T.B., Ye, Z.H. and Mao, J.X., 1997. POPGENE, the user-friendly shareware for population genetic analysis. Molecular biology and biotechnology centre, University of Alberta, Canada, 10: 295-301.
Zhou, L., He, X.H., Yu, H.X., Chen, M.Y., Fan, Y., Zhang, X.J., Fang, Z.B. and Luo, C., 2020. Evaluation of the genetic diversity of mango (Mangifera indica L.) seedling germplasm resources and their potential parents with start codon targeted (SCoT) markers. Genetic Resources and Crop Evolution, 67: 41-58.
Zhang, Z.Y., Chen, Y.Y. and Li, D.Z., 2005. Detection of low genetic variation in a critically endangered Chinese pine, Pinus squamata, using RAPD and ISSR markers. Biochemical Genetics, 43: 239-249.