ارزیابی تنوع ژنتیکی و تعیین ساختار جمعیت ژنوتیپ‌های عدس با استفاده از نشانگر ریزماهواره

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم و بیوتکنولوژی‌گیاهی، دانشکده‌ی‌ علوم ‌و ‌فناوری‌‌زیستی، دانشگاه شهید بهشتی تهران

2 استاد بیوتکنولوژی گیاهی، دانشکده علوم و فناوری زیستی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران.

3 سرپرست گروه پژوهشی زیست فناوری

4 استادیار پژوهش، بخش تحقیقات ژنتیک و بانک ژن گیاهی ملی ایران، موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، سازمان تحقیقات آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران ایمیل: m.pouresmael@areeo.ac.ir

چکیده

چکیده 
هدف: عدس (Lens culinaris) سومین لگوم دانه­ای مهم در دنیا بعد از نخود و نخود فرنگی می­باشد. این مطالعه با اهداف (1) تعیین تنوع ژنتیکی و ساختار تغییرات مولکولی ژنوتیپ­ها و (2) شناسایی روابط بین ژنوتیپ­ها برای نگهداری، مدیریت و استفاده از این ژنوتیپ­ها در برنامه­های به­نژادی محصولات زراعی انجام شد.
مواد و روش­ها: DNA ژنومی کل از برگ­های از هر ژنوتیپ با استفاده از پروتکل CTAB استخراج شد. پس از استخراج DNA ، نمونه­های DNA با استفاده از واکنش زنجیره­ای پلیمراز (PCR) تکثیر شدند. ارزیابی تنوع ژنتیکی 90 ژنوتیپ عدس با استفاده از 30 نشانگر SSR انجام شد.
نتایج: در مجموع‌ 145 آلل چندشکل با میانگین 83/4 آلل به ازای هر جفت آغازگر تکثیر شد. بالاترین تعداد آلل به نشانگر SSR80 با 8 آلل و کمترین آن به SSR96‌‌، ‌SSR204‌،215‌SSR و SSR233 نشانگر با 3 آلل اختصاص داشت. میزان اطلاعات چندشکلی برای نشانگرها بین 83/0 تا 35/0 با میانگین 63/0 بود. بیشترین و کمترین میزان محتوای اطلاعات چندشکلی به نشانگر SSR80 و نشانگر SSR28 به ترتیب تعلق داشت. مقدار شاخص شانون از 94/1 (برای نشانگرSSR80 ) تا 829/0 (برای نشانگر SSR48) متغیر بود. هتروز‌یگو‌سیتی مور‌د انتظار  در ژنوتیپ­ها دامنه­ای از 845/0‌ (‌SSR80) و کمترین آن 422/0‌‌ (SSR48) مشاهده شد. میانگین این شاخص 643/0 به دست آمد. تجزیه خوشه­ای با روش مبتنی بر فاصله Neihbour-Joining  و تجزیه ساختار جمعیت با روش مبتنی بر مدل Bayesian انجام شد. بهترین تعداد زیر جمعیت 3 عدد شناسایی شد، که در زیرجمعیتها افرد بر اساس مناطق جغرافیایی از یکدیگر تفکیک نشدند.
نتیجه­گیری: ﻧﺘﺎﯾﺞ این ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ ﻧﺸﺎن داد ﮐﻪ نشانگر SSR ﮐﺎراﯾﯽ ﺑﺎﻻﯾﯽ برای ارزیابی ژنوتیپ­های مختلف دارد. این نشانگر ﺗﻮاﻧﺴت ﺗﻤﺎﻣﯽ ژﻧﻮﺗﯿﭗ­ﻫﺎ را ﺑﻪ ﺧﻮﺑﯽ از ﻫﻢ تفکیک ﮐﻨﻨﺪ. 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Assessment of genetic diversity and determination of population structure lentil genotypes Using SSR Markers

نویسندگان [English]

  • Javad Sarvmeili 1
  • Abbas Saidi 2
  • Naser Farrokhi 3
  • Masoumeh Pouresmael 4
  • Reza Talebi
1 Department of Plant Sciences and Biotechnology, Faculty of Life Sciences and Biotechnology, Shahid Beheshti University, G.C. Tehran, Iran
2 Professor of Plant Biotechnology, Faculty of Life Sciences and Biotechnology, Shahid Beheshti University. Tehran, Iran.
3 Assistant Professor, Department Cell and Molecular Biology, Faculty of Life Sciences and Biotechnology, Shahid Beheshti University, G.C, Tehran, Iran.
4 Assistant professor, Department of Genetics and National Plant Gene Bank, Seed and Plant Improvement Institute, Agricultural Research Education and Extension. Organization (AREEO), Karaj, Iran. Email: m.pouresmael@areeo.ac.ir
چکیده [English]

Abstract
Objective
Lentil (Lens culinaris) is the third most important grain legume in the world after chickpea (Cicer arietinum L.) and pea (Pisum sativum L.).  Therefore, the aim of this research was (1) to determine the genetic diversity and structure of molecular variation of genotypes and (2) to identify relationships among genotype for conservation, management, and utilization of these genotypes in crop breeding programs.
 
 
Materials and methods
Total genomic DNA was extracted from leaves of each genotype following a CTAB protocol.  After DNA extraction, DNA samples were amplified using polymerase chain reaction (PCR).  Evaluation of the genetic diversity of 90 lentil genotypes was performed using 30 SSR markers.
Results
 A total of 145 polymorphic alleles were produced with an average of 4.06 alleles per locus. The highest number of alleles produced belonged to SSR 80 primer with eight alleles and the lowest number of alleles belonged to SSR96 primer with three alleles.  Polymorphic information content (PIC) for the markers ranged between 0.35 to 0.83 with an average of 0.63.  Maximum and minimum PIC have belonged for SSR80 and SSR28, respectively.  Shannon index value was variable from 1.94 (for the SSR80) to 0.829 (for the SSR48). The expected heterozygosity was observed in genotypes ranged from 0.845 (SSR80) to 0.422 (SSR48). The mean of this index obtained with 0.643.  Clustering analysis was performed using Neihbour-Joining algorithm and population structure analysis was performed using Bayesian method.  The best number of sub-populations was identified as three.  Genotypes were identified within the different sub-populations that most of genotypes in sub-populations were not separated based on their geographic origins.
Conclusions
Results of this study revealed that SSR marker has highly potential for evaluation. This marker could separate all of genotypes very well.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cluster analysis
  • Population structure
  • Lentil
  • Polymorphism information content
  • SSR marker

مراجع

 
لاهوت فرزان، زین العابدینی مهرشاد، کریمی جابر، شهبازی مریم، صادق زاده بهزاد، (1395) ارزیابی تنوع ژنتیکی ژنوتیپ­های ایرانی و غیر ایرانی جو با استفاده از نشانگرهای SSR. مجله زیست فناوری گیاهان زراعی 6 (15)، 25-35.
 
Reference
Anderson A, Churchill GA, Autrique JE et al. (1993) Optimizing parental selection for genetic linkage maps. Genome 36,181-186. 
Das B, Sengupta S, Parida SK et al. (2013) Genetic diversity and population structure of rice landraces from Eastern and North Eastern States of India. BMC Genet 71, 1-14.
Datta S, Kaashyap M, Gupta P (2015) Development of EST derived microsatellite markers in chickpea and their validation in diversity analysis. Indian J Biotechnol 14, 55-58. 
Dikshit HK, Singh A, Singh D et al. (2015) Genetic diversity in Lens species revealed by EST and genomic simple sequence repeat analysis. PloS One 18, e0138101.
FAOSTAT, 2011 Agricultural Data on Primary Crops, FAO.
Ghaffari P, Talebi R, Keshavarz F (2014) Genetic diversity and geographical differentiation of Iranian landrace, cultivars and exotic chickpea lines as revealed by morphological and microsatellite markers. Physiol Mol Biol Plant 20, 225–233.
Hajibarat Z, Saidi A, Hajibarat Z, Talebi R (2014) Genetic diversity and population structu analysis of landrace and improved chickpea (Cicer arietinum) genotypes using morphological and microsatellite markers. Environ Exp Bot 12, 161-166.
Hajibarat Z, Saidi A, Hajibarat Z, Talebi R (2015) Characterization of genetic diversity in chickpea using SSR markers, start codon targeted polymorphism (SCoT) and conserved DNA-derived polymorphism (CDDP). Physiol Mol Biol Plant 21, 365-373.
Jannatabadi AA, Talebi R, Armin M et al. (2014) Genetic diversity of Iranian landrace chickpea (Cicer arietinum L.) accessions from different geographical origins as revealed by morphological and sequence tagged microsatellite markers. J Plant Biochem Biotechnol 23, 225-229.
Jin LI, Jian-Ping GU, Dong-Xu XU et al. (2008) Genetic diversity and population structure in lentil (Lens culinaris Medik.) germplasm detected by SSR markers. Acta Agronomica Sinica 34, 1901-1909.
Idrissi O, Udupa SM, Houasli C et al. (2015) Genetic diversity analysis of Moroccan lentil (Lens culinaris Medik.) landraces using Simple Sequence Repeat and Amplified Fragment Length Polymorphisms reveals functional adaptation towards agro‐environmental origins. Plant Breed 134, 322-332.
Khaidizar MI, Haliloglu K, Elkoca E et al. (2012) Genetic diversity of common bean (Phaseolus vulgaris L.) landraces grown in northeast Anatolia of Turkey assessed with simple sequence repeat markers. Turk J Field Crops 17,145-150. 
Khazaei H, Caron CT, Fedoruk M et al. (2016) Genetic diversity of cultivated lentil (Lens culinaris Medik.) and its relation to the World's agro-ecological zones. Front Plant Sci 7, 1-7.
Kumar S, Rajendran K, Kumar J et al. (2015) Current knowledge in lentil genomics and its application for crop improvement. Front Plant Sci 6, 1-13.
Lahoot F, Zeinolabedini M, Karimi J et al. (2016) Assessment of genetic diversity of Iranian and non-Iranian barely genotypes (Hordeum Vulgare L.) using SSR markers. Crop Biotech 6, 25-30 (In Persian). 
Lombardi M, Materne M, Cogan NO et al. (2014) Assessment of genetic variation within a global collection of lentil (Lens culinaris Medik.) cultivars and landraces using SNP markers. BMC genet 15, 1-10.
Parida SK, Kumar KA, Dalal V et al. (2006) Unigene derived microsatellite markers for the cereal genomes. Theor appl genet 112, 808-817.
Pritchard JK, Stephens M, Donnelly P (2000) Inference of population structure using multilocus genotype data. Genet 155, 945-959.
Reddy MRK, Rathour R, Kumar N et al. (2010) Cross-genera legume SSR markers for analysis of genetic diversity in Lens species. Plant Breed 129, 514–518.
Saeed A, Hovsepyan H, Darvishzadeh R et al. (2011) Genetic diversity of Iranian accessions, improved lines of chickpea (Cicer arietinum L.) and their wild relatives by using simple sequence repeats. Plant Mol Biol Rep 29, 848-858. 
Saghai-Maroof MA, Soliman KM, Jorgensen, RA Allard RW (1984). Ribosomal DNA spacer-length polymorphisms in barley: Mendelian inheritance, chromosomal location and population dymnamics. Proc Natl Acad Sci 81, 8014-8018.
Saidi A, Eghbalnegad Y, Hajibarat Z (2017). Study of genetic diversity in local rose varieties (Rosa spp.) using molecular markers. Banats J Biotechnol 8, 148-157.
Sonnante G, Pignone D (2001). Assessment of genetic variation in a collection of lentil using molecular tools. Euphytica 120, 301-307.
Verma P, Sharma TR, Srivastava PS et al. (2014) Exploring genetic variability within lentil (Lens culinaris Medik.) and across related legumes using a newly developed set of microsatellite markers. Mol biol Rep 41, 5607-5625.
Yeh FC, Boyle T (1997). POPGENE version 1.2, Microsoft Windows-based software for population genetics analysis. University of Alberta, Alberta, Canada. pp. 180-189.
Zhou G, Chen Y, Yao W et al. (2012) Genetic composition of yield heterosis in an elite rice hybrid. Proc Natl Acad Sci 109, 15847-15852.
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 12، شماره 1
اردیبهشت 1399
صفحه 45-62

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار