ارزیابی تنوع ژنتیکی و ساختار جمعیت اکوتیپ‌های حنا بومی ایران با استفاده از نشانگر مولکولی ISSR و صفات فنوتیپی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری گروه علوم باغبانی، واحد استهبان، دانشگاه ازاد اسلامی استهبان استهبان، ایران.

2 استادیار، گروه علوم باغبانی، واحد استهبان، دانشگاه آزاد اسلامی استهبان، استهبان، ایران.

3 دانشیار بخش تحقیقات علوم زراعی و باغی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی جنوب استان کرمان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، جیرفت، ایران.

4 استاد، ژنتیک و اصلاح نباتات پژوهشکده فناوری تولیدات گیاهی، پژوهشگاه افضلی پور و دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان.

5 استادیار، ژنتیک و اصلاح نباتات پژوهشکده فناوری تولیدات گیاهی، پژوهشگاه افضلی پور ،دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران.

چکیده

هدف: حنا با نام علمی L. Lawsonia inermis یکی از گیاهان دارویی ارزشمند که در طب و صنایع رنگرزی مورد استفاده قرار می‌گیرد. مطالعه حاضر با هدف بررسی تنوع ژنتیکی اکوتیپ‌های حنا بومی ایران با استفاده از نشانگرهای مولکولی ISSR و صفات فنوتیپی جهت حفظ ذخایر ژنتیکی و پیشبرد برنامه‌­های اصلاحی انجام شد.
مواد و روش‌ها: در این مطالعه 140 اکوتیپ مختلف حنا در قالب طرح لاتیس با دو تکرار کشت گردید صفات مهم فوتیپی شامل: ارتفاع بوته، وزن خشک برگ، وزن خشک ساقه، شاخص سطح برگ، نسبت وزن خشک برگ به وزن خشک ساقه در 5 بوته انتخابی از هر پلات اندازه گیری شد. همچنین استخراج DNA از نمونه­ها به روش CTAB تغییر یافته انجام شد و تعداد 9 نشانگر ISSR بر اساس حداکثر تعداد باند چند شکل از بین 20 نشانگر انتخاب و استفاده شد.
نتایج:  تجزیه واریانس نشان داد بین اکوتیپ‌ها از نظر تمامی صفات فنوتیپی مورد مطالعه اختلاف معنی‌داری وجود دارد. تعداد باند زیاد، میزان چند شکلی بالا و متمایز کردن اکوتیپ‌ها نشان­دهنده کارآیی بالای نشانگرهای ISSR در ارزیابی تنوع ژنتیکی حنا بود. تجزیه ساختار 140 اکوتیپ حنا را به 3 زیر جمعیت متفاوت تفکیک کرد. تجزیه خوشه‌ای داده‌های فنوتیپی بر اساس روش وارد 140 اکوتیپ حنا را به چهار گروه تقسیم بندی کرد. اکوتیپ‌های زهکلوت (HA245)، رودبار (ET244) و دو اکوتیپ قلعه‌گنج  ( EH100وGB107) با مقدار میانگین بالا از لحاظ کلیه صفات مورد مطالعه در گروه دوم کلاستر فنوتیپی قرار گرفتند. همچنین نتایج تجزیه کلاستر فنوتیپی نشان داد که اکوتیپ‌های با بالاترین مقدار میانگین ارتفاع بوته در گروه دوم  قرار گرفتند. سه اکوتیپ از منطقه قلعه‌گنج (AGH140، LA137 و NE253) و یک اکوتیپ از منطقه شهداد (SHH157) بیشترین مقدار وزن خشک ساقه را به خود اختصاص دادند و همه درگروه سوم تجزیه کلاستر فنوتیپی واقع شدند. نتایج تجزیه کلاستر داده‌های مولکولی بر اساس روش جاکارد و تجزیه به مولفه‌های اصلی بر اساس ماتریس فاصله داده‌های ژنوتیپی اکوتیپ­ها را در تعداد گروه‌های بیشتری قرار داد. داده‌های مولکولی نسبت به اطلاعات فنوتیپی توانست بین اکوتیپ‌ها از لحاظ ژنتیکی تمایز بیشتری نشان دهد. فاصله ژنتیکی بین اکوتیپ‌ها نشان داد کمترین تفاوت بین اکوتیپ‌های AGH140 و NG142 از منطقه قلعه‌گنج و بیشترین تفاوت را اکوتیپ GA198 از منطقه دلگان نسبت به سایر اکوتیپ‌ها نشان داد.
نتیجه‌گیری: ساختار جمعیت حاصل در این مطالعه می‌تواند پیش نیاز لازم جهت انجام نقشه‌یابی ارتباطی در مطالعات بعدی باشد. نتایج حاصل از تنوع و فاصله ژنتیکی برای حفظ ذخایر ژنتیکی و انتخاب والدین به‌ منظور بهبود ارزش اصلاحی ژنوتیپ‌ها مفید است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Evaluation of genetic diversity and population structure of Iranian native henna ecotypes using ISSR molecular markers and phenotypic traits

نویسندگان [English]

  • Beheshteh Khandanizadeh 1
  • Ardalan Alizadeh 2
  • Ahmad Aien 3
  • Qasem Mohammadi Nezhad 4
  • Fatemeh Ebrahimi 5
1 PhD Student, Department of Horticultural Sciences, Estahban Branch, Islamic Azad University, Estahban, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Horticultural Sciences, Estahban Branch, Islamic Aza University, Estahban, Iran.
3 Crop and Horticultural Science Research Department, South Kerman Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Jiroft, Iran.
4 Professor, Research and Technology Institute of Plant Production, Afzalipour Research Institute, Shahid Bahonar University of Kerman, Iran.
5 Assistant Professor, Research & Technology Institute of Plant Production, Afzalipour Research Institute Shahid Bahonar University of Kerman, Iran
چکیده [English]

Objective
Henna (Lawsonia inermis L.) is a valuable medicinal plant used in medicine and dyeing industries. This study aimed to investigate the genetic diversity of Iranian native henna ecotypes using ISSR molecular markers and phenotypic traits to preserve genetic resources and advance breeding programs.
Materials and Methods
In this study, 140 henna ecotypes were cultivated in a lattice design with two replications. Important phenotypic traits including plant height, leaf dry weight, stem dry weight, leaf area index, and the ratio of leaf dry weight to stem dry weight were measured in seven selected plants from each plot. DNA was extracted using the modified CTAB method, and nine ISSR markers with the maximum number of polymorphic bands among 20 markers were selected and used.
Results
Variance analysis revealed significant differences between ecotypes in all studied phenotypic traits. The high degree of polymorphism and ability to distinguish ecotypes demonstrated the high efficiency of ISSR markers in evaluating henna genetic diversity. Structure analysis separated the 140 henna ecotypes into three different subpopulations. Cluster analysis of phenotypic data using Ward's method divided the ecotypes into four groups. The ecotypes of Zehkalut (HA245), Rudbar (ET244), and two ecotypes of Qalehganj (EH100 and GB107) with high averages of all studied traits were placed in the second phenotypic cluster group. Additionally, phenotypic cluster analysis showed that ecotypes with the highest average plant height were also in the second group. Three ecotypes from the Qalehganj region (AGH140, LA137, and NE253) and one ecotype from the Shahdad region (SHH157) had the highest stem dry weight, all of which were located in the third phenotypic cluster group. Cluster analysis of molecular data based on the Jaccard method and principal component analysis of genotypic data placed ecotypes into more distinct groups. Molecular data revealed greater genetic differentiation between ecotypes than phenotypic information. The genetic distance analysis showed the least difference between AGH140 and NG142 ecotypes from the Qalehganj region, while the GA198 ecotype from the Dalgan region exhibited the greatest genetic difference from other ecotypes.
Conclusions
The population structure identified in this study can serve as a necessary prerequisite for association mapping in future studies. The obtained diversity and genetic distance results are valuable for preserving genetic resources and selecting parents to improve the breeding value of genotypes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • cluster analysis
  • medicinal plant
  • molecular index
  • principle component analysis

مراجع

بهادر یاسر، محمدآبادی محمدرضا، خضری امین، و همکاران (1395) مطالعه تنوع ژنتیکی جمعیتهای زنبور عسل استان کرمان با استفاده از نشانگرهای ISSR. فصلنامه پژوهش‌های تولیدات دامی 7، 192-186.
کلانتر معتمدی گلرخ (1393) بررسی تنوع ژنتیکی و بیوشیمیایی گیاه دارویی حنا در استان کرمان با استفاده از نشانگرهای مولکولی وکروماتوگرافی مایع (HPLC) 1-105.
 کلانتر معتمدی گلرخ، باقی‌زاده امین، ملکی محمود، ترکزاده ماهانی مسعود (1393) ﺑﺮﺭﺳﯽ ﺗﻨﻮﻉ ﮊﻧﺘﯿﮑﯽ ﮔﯿﺎﻩ ﺩﺍﺭﻭﯾﯽ ﺣﻨﺎ ﺑﺎ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﺍﺯ ﻧﺸﺎﻧﮕﺮ ﻣﻮﻟﮑﻮﻟﯽ ISSR. ﺩﻭﻣﯿﻦ ﻫﻤﺎﯾﺶ ﻣﻠﯽ ﮔﯿﺎﻫﺎﻥ ﺩﺍﺭﻭﯾﯽ ﻭ ﮐﺸﺎﻭﺭﺯﯼ ﭘﺎﯾﺪﺍﺭ 18-20.
عسکری ناهید، باقی زاده امین، محمدآبادی محمدرضا (1389) مطالعه تنوع ژنتیکی در چهار جمعیت بز کرکی راینی با استفاده از نشانگرهای ISSR. مجله ژنتیک نوین 5، 56-49.
منصوری سجاد ، اشرف مهرابی علی، محمدی ولی اله، آرمینیان علی، رودر ماریون (1396) بررسی تنوع ژنتیکی، ساختار جمعیت و الگوی عدم تعادل لینکاژی در ژنوتیپ­های گندم دورو Triticum durum Desf با استفاده از نشانگرهای اس .ان.پی. مجله ژنتیک نوین13، 168-157.
 
Amini F, Saeidi G, Arzani A (2008) Study of genetic diversity in safflower genotypes agromorphological traits and RAPD markers. Euphytica 163, 21–30.   
Boubaya A, Hannachi H, Marzougui N, et al (2013) Genetic diversity assessment of Lawsonia inermis germplasm in Tunisian coastal oases by ISSR and RAPD markers. Dendrobiology 69, 31-39.
Bahador Y, Mohammadabadi MR, Khezri A, et al (2016) Study of Genetic Diversity in Honey Bee Populations in Kerman Province using ISSR Markers. Res Anim Prod 7 (13), 186-192 (In Persian).
Ebrahimi F (2022) Allelic variation, population structure and genetic diversity in different genotypes of date palm (Phoenix dactylifera L.) using ISSR marker. Agric Biotechnol J 14(1), 135 -154 (In Persian).
 Evanno G, Regnaut S, Goudet J (2005) Detecting the number of clusters of individuals using   the software Structure a simulation study. J Mol Ecol 14, 2611- 2620.
 Esposito MA, Gatti1 I, Cravero VP et al. (2013) Combining abilities and heterotic groups in Pisum sativum L. Aust J Crop Sci 7, 1634-1641.
Flint-Garcia SA, Thornsberry JM, Buckler ES (2003) Structure of linkage disequilibrium   in plants. Annu Rev Pant Bol 54, 357-374.
Mansori S, Mehrabi AA, Mohammadi V, et al (2016) Genetic Variation, Population Structure and Linkage Disequilibrium in Durum Wheat (Triticum durum Desf.) Genotypes using SNP Markers. Mod Genet 13, 157-168 (In Persian).
Hanson L, McMahon K A, Johnson M A.T, Bennett M. D (2001) First nuclear DNAC- values for 25 angiosperm families. Ann Bot 88, 851-858.
Hussain MI, Lyra DA, Farooq M, et al. (2016) Salt and drought stresses in   safflower. Agron Sustain Dev 36, 1-31.
Kalantar Motamedi G (2014) Evaluation of genetic and biochemical diversity of Lawsonia inermis by using molecular markers and high performance liquid charomatograophy (HPLC). Shahid Bahonar University. PP.1-105 (In Persian).                    
Kalantar Motamedi G, Baghizadeh A, Malki M, et al. (2014) Evaluation of genetic diversity of the medicinal plant henna using the ISSR molecular marker. The second Nat Conf Med Plant Sustain Agric 2, 18-20 (In Persian).
 Laurentine H (2009) Data analysis for molecular characterization of plant genetic resources. Genet Resour Crop Evol 56, 277-292.
Mohammadi S. A and B. M. Prasanna (2003) Analysis of genetic diversity in crop   plant- salient statistical tools and consideration. Crop Sci 43, 1235- 1248.
Mohammadabadi MR, Askari N (2012) Characterization of Genetic structure using ISSR-PCR markers: cattle, goat and sheep populations. LAP LAMBERT Academic Publishing, Saarbrusken, Germany. 120 pp. 
Mohammadabadi MR, Oleshko V, Oleshko O, et al. (2021) Using Inter Simple Sequence Repeat Multi-Loci Markers for Studying Genetic Diversity in Guppy Fish. Turk J Fish Aquatic Sci 21(12), 603-613.
Mohammadabadi MR, Esfandyarpoor E, Mousapour A (2017) Using Inter Simple Sequence Repeat Multi-Loci Markers for Studying Genetic Diversity in Kermani Sheep. J Res Develop 5 (2), 154 -158.
Moharana A, Das A, Subudhi E, Naik S, Barik (2017) High Frequency Shoot Proliferation   from Cotyledonary Node of Lawsonia inermis L. and Validation of their Molecular Finger Printing. J Crop Sci Biotech 20(5), 405-416
Mahasi MJL, Wachira FN, Pathak RS, Riungu TC (2009) Genetic polymorphism in exotic Safflower (Carthamus tinctorius L.) using RAPD markers. J Plant Breed Crop Sci 1, 008-012.
Ren J, Sun D, Chen L, et al. (2013) Genetic diversity revealed by single nucleotide polymorphism markers in a Worldwide Germplasm Collection of durum wheat. Int J Mol Sci 14, 7061- 7088.
Zamani P, Akhondi M, Mohammadabadi MR (2015) Associations of Inter-Simple Sequence Repeat loci with predicted breeding values of body weight in Sheep. Small Rumin Res 132, 123-127.
 Zamani P, Akhondi M, Mohammadabadi MR, et al. (2011) Genetic variation of Mehraban sheepusing two inter-simple sequence repeat (ISSR) markers. Afr J Biotechnol 10, 1812-1817.
Zhang YP, Uyemoto JK, Kirkpatrick BC (1998) A small-scale procedure for extracting nucleic
    acids from woody plants infected with various phytoplasmas for PCR assay. J Virol Method
      71, 45-50.
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 17، شماره 1
فروردین 1404
صفحه 27-44

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار