ردیابی ژن های مقاوم به بیماری آتشک درختان سیب (Malus domestica) استان اصفهان با استفاده از نشانگرهای SCAR و SSR

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم باغبانی دانشگاه آزاد اسلامی واحد شیراز

2 گروه گیاهپزشکی، دانشکده کشاورزی دانشگاه آزاد اسلامی واحد شیراز، شیراز، ایران

چکیده

هدف: بیماری‌های گیاهی می‌توانند عامل محدود کننده کاشت یک گیاه در یک منطقه باشند. یکی از شیوه‌های جدید در تولید گیاهان مقاوم به بیماری‌ها، استفاده از نشانگرهای مولکولی می‌باشد. نشانگرهای مولکولی قادر به کشف و آنالیز ژن‌های مهم مقاومت هستند. لذا با توجه به شدت خسارت و تنوع ژنتیکی بیماری آتشک که از بیماری‌های خطرناک درختان میوه‌ی دانه‌دار است، ارزیـابی ژرم‌پلاسـم درخت سیب ضروری می‌باشد. از این رو پژوهشی با هدف ردیابی ژن‌های مقاومت به بیماری با استفاده از 6 نشانگر SCAR و SSR در برخی ژنوتیپ‌های سیب استان اصفهان انجام شد.
مواد و روش­ها: از برگ‌های جوان70 نمونه سیب استان اصفهان، در اوایل اردیبهشت‌ماه نمونه‌برداری و DNA به روش CTAB استخراج گردید. واکنش زنجیره ای پلیمراز جهت تکثیر قطعات ژنومی6 جفت آغازگر انجام شد.
نتایج: نتایج نشان داد در جمعیت­ها، آغازگرها باند نادر و معمولی تکثیر شده در 25 یا کمتر از 25 درصد جمعیت و 50 یا کمتر از 50 درصد جمعیت تکثیر نکردند. جمعیت سمیرم- حنا بیشترین مقدار شاخص­های تنوع ژنتیکی نی، شانون، تعداد آلل موثر و متفاوت را داشت که نشان دهنده تنوع ژنتیکی بیشتر در این جمعیت نسبت به سایر جمعیت‌ها است. تجزیه واریانس مولکولی نشان داد تنوع بین جمعیتی از لحاظ آماری معنی‌دار نمی‌باشد و 92% تنوع مربوط به درون جمعیت­ها بود. بیشترین فاصله ژنتیکی بین جمعیت­های سمیرم-حنا و سمیرم- پادنا بود و فاصله بین دورترین و نزدیکترین جمعیت­ها کم بود که این نتیجه به وسیله تجزیه واریانس مولکولی نیز تایید گشت.
نتیجه­گیری: 6 آغازگر به خوبی تکثیر شده و تمایز بین جمعیت ها را نشان دادند لذا نشانگرها به درستی انتخاب شده اند. همچنین نتایج حاکی از تنوع بین جمعیتی بسیار کم بود اما با تلاقی دورترین و نزدیکترین جمعیت‌ و سپس تلاقی نتاج بدست آمده، می‌توان جهت هرمی شدن ژن‌های مورد نظر و تولید نوترکیبی قوی‌تر و متنوع‌تر بهره جست.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Detection of fire blight resistant genes in apple trees (Malus domestica) planted in Isfahan province using SCAR and SSR markers

نویسندگان [English]

  • Marzieh Rabbani 1
  • Mohammad Mojtaba Kamelmanesh 2
1 Horticulture, Azad university,Shiraz,Iran
2 plant pathology Department, Islamic Azad university of Shiraz, Shiraz, Iran
چکیده [English]

Objective
Plant diseases can be a limiting factor in planting in an area. One of the new methods of producing disease resistant plants is the use of molecular markers. Molecular markers are able to detect and analyze important genes of resistance. Therefore, due to the severity of fire blight, the apple tree germplasm evaluation is necessary, so this research was carried out with the aim of determining resistance genes in some apple genotypes in Isfahan province using SCAR and SSR markers.
 
Materials and methods
Fresh and young leaves of 70 samples of apple trees in Isfahan were collected in early April and DNA was extracted by CTAB method. Then polymerase chain reaction was performed and DNA fragment was detected and DNAs lengths were measured.
 
Results
Results indicated that in all populations, none of the primers have a rare band or a typical band replication in 25 or less than 25% population, and 50 or less than 50% population. Semirom- Hana population had the greatest genetic diversity (Nei diversity index, Shannon, effective and different number of alleles) which shows greater genetic diversity in this population rather than other populations.Molecular analysis indicated that diversity among populations is not statistically significant and 92% of the diversity is related to diversity within the populations. The longest distance was between Semirom-Hana and Semirom-Padena populations, and in this disease, the distance between the farthest and closest populations is too low and this result was confirmed by analysis of molecular variance.
 
Conclusion
The six primers, which were used in this study, have been well produced and display the distinctions in population. Moreover, results indicate that inter-population diversity was very low but by the cross of the farthest and closest populations, then the cross of progeny
can pyramidize the target genes and produce a stronger and more diverse recombination.

کلیدواژه‌ها [English]

  • DNA extraction
  • fire blight
  • molecule markers
  • PCR
  • resistant gene

مراجع

آگریوس جرج ان  (1389)بیماری شناسی گیاهی. ترجمه ایزدپناه ک.؛ اشکان م؛ بنی هاشمی ض؛ رحیمیان ح؛ میناسیان و ویرایش پنجم، چاپ اول، تهران، انتشارات آییژ.
امیدوار رضا؛ شمس‌بخش مسعود؛ رحیمیان حشمت ا... (1384) تعیین خصوصیات و تفکیک استرین‌های ایرانی باکتری Ervinia amylovora  با استفاده از روش‌های بیوشیمیایی و مولکولی. چهارمین همایش بیوتکنولوژی ایران، ایران، کرمان
دولتی بانه حمید؛ مجدی وحید (1388) ژنتیک مقاومت در مقابل بیماری های سیب. مجموعه گزارش مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی استان آذربایجان غربی، 23صفحه
بهادر یاسر؛ محمدآبادی محمدرضا؛ خضری امین؛ اسدی مهدیه؛ مدحتی لیلا (1395) مطالعه تنوع ژنتیکی جمعیت‌های زنبور عسل استان کرمان با استفاده از نشانگرهای .ISSR پژوهش‌های تولیدات دامی، سال هفتم، شماره 13، 186-192       .
سایت اداره کل هواشناسی استان اصفهان WWW.esfahanmet.ir
سلمانیان زهرا؛ نماینده آنیتا؛ هنرور مهرزاد )1393 (کاربرد نشانگر‌های مولکولی SSR و SCAR جهت بررسی ژنوتیپ‌های سیب مقاوم به آتشک. همایش ملی الکترونیکی دستاورد‌های نوین در علوم مهندسی و پایه، مرداد 1393، ایران، تهران، مرکز پژوهش‌های زمین کاو.
عسکری ناهید؛ باقی زاده امین؛ محمدآبادی محمدرضا(1389)  بررسی ژنتیکی در چهار جمعیت بز کرکی رائینی با استفاده از لوکوس‌های بین ریزماهواره‌ای (ISSR). ژنتیک نوین، دوره پنجم، شماره 2، 49-56.
ملکی بالا‌جو امید؛ کشاورزی منصوره؛ رضایی دانش یونس؛ دامیار سیما؛ جعفری مراد (1390) واکنش تعدادی از ژنوتیپ‌های کلکسیون سیب بومی ایران به E. amylovora.. مجله به‌نژادی نهال و بذر، 1-27: 23-36.
نقوی محمدرضا. قره یاضی بهزاد. حسینی سالکده قاسم. (1384)  نشانگرهای مولکولی. چاپ اول، تهران، انتشارات دانشگاه تهران.
References
Agrios GN (2010) Introduction to plant pathology. Elsevier Academic Press Publication (In Persian).
Askari N, Baghizadeh A, Mohammadabadi MR (2010) Study of genetic diversity in four populations of Raeini cashmere goat using ISSR markers. Modern Genet J 2, 49-56 (In Persian).
Askari N, Mohammadabadi MR, Baghizadeh A (2011) ISSR markers for assessing DNA polymorphism and genetic characterization of cattle, goat and sheep populations. Iranian J Biotechnol 9, 222–229.
Bahador Y, Mohammadabadi MR, Khezri A et al. (2016) Study of Genetic Diversity in Honey Bee Populations in Kerman Province using ISSR Markers. J Anim Sci 7,186-192 (In Persian).
Calenge F, Faure A, Goerre M et al. (2004) Quantitative trait loci (QTL) analysis reveals both broad-spectrum and isolate-specific QTL for scab resistance in an apple progeny challenged with eight isolates of Venturia inaequalis. J Phytopathol 94, 370–379.
Calenge F, Drouet D, Denancé C et al. (2005) Identification of a major QTL together with several minor additive or epistatic QTLs for resistance to fire blight in apple in two related progenies. Theor Appl Genet 111, 128–135.
Conner PJ, Brown SK, Weeden NF (1998) Molecular marker analysis of quantitative traits for growth and development in juvenile apple trees. Theor Appl Genet 96, 1027-1035.
Dolati Baneh H, Majidi V (2009) Genetics of Resistance to apple diseases.The Report of west Azarbayjan Agricultural and Natural Resources Research and Education Center (In Persian).
Durel CE, Parisi L, Laurens F et al. (2003) Genetic analysis of partial resistance to race 6 of Venturia inaequalis in apple. Genome 46, 224-234.
Evans KM, James CM (2003) Identification of SCAR markers linked to Pl-w mildew resistance in apple. Theor Appl Genet 106, 1178–1183.
Fahrentrapp J, Giovanni A, Broggini-Kellerhals M et al. (2012) A candidate gene for fire blight resistance in Malus × robusta 5 is coding for a CC-NBS-LRR. Tree Genet Genomes 1, 237-251.
Ghasemi M, Baghizadeh A, Mohammadabadi MR (2010) Determination of genetic polymorphism in Kerman Holstein and Jersey cattle population using ISSR markers. Australian Journal of j basic appl. sci 4, 5758–5760.
Gianfranceschi L, Seglias N, Tarchini R et al. (1998) Simple sequence repeats for the genetic analysis of apple. Theor Appl Genet 96, 1069–1076.
Haley CS, Knott SA (1992) A simple regression model for interval mapping in line crosses. J Hered 69, 315– 324.
Hemmat M, Brown SK, Weeden NF (2002) Tagging and mapping scab resistance genes from R12740–7A apple. J Am Soc Hortic Sci 127, 365–370.
Hokanson SC, Mcferson JR, Forsline PL et al. (1997) Collecting and managing wild Malus germplasm in its center of diversity. Hortic Sci 32, 173-176.
James CM, Clarke JB, Evans KM (2004) Identification of molecular markers linked to the mildew resistance gene Pl-d in apple. Theor Appl Genet 110, 175–181.
Kenis K, Keulemans J (2004) QTL analysis of growth characteristics in apple. Acta Hortic 663, 369–374.
Kumar J, Gupta PK (2008) Molecular approaches for improvement of medicinal and aromatic plants. Plant Biotechnol Rep 2, 93
Khan MA, Duffy B, Gessler C, Patocchi A (2006) QTL mapping of fire blight resistant in apple. Mol Breed 17, 299-306.
Khan MA, Durel CE, Duffy B et al. (2007) Development of molecular markers linked to the ‘Fiesta’ linkage group 7 major QTL for fire blight resistance and their application for marker assisted selection. Genome 50, 568–577.
Liebhard R, Gianfranceschi L, Koller B et al. (2002) Development and characterization of 140 new microsatellites in apple (Malus domestica Borkh). Mol Breed 10, 217-241.
Loos BP (1993) Morphological variation in Lolium (Poaceae) as a measure of species relationships. Plant Syst Evol 188, 87-99.
Maleki Balajoo O, Keshavarzi M, Rezaei Y, Damyar S (2011) Response of some Apple Genotypes from Local Apple Collection of Iran to Erwinia amylovora. Seed Plant Improve J 1-27, 23-36.
McManus PS, Stockwell VO, Sundin GW, Jones AL (2002) Antibiotic use in plant agriculture. Ann Rev Phytopathol 40, 443–463.
Mohammadabadi MR, Esfandyarpoor E, Mousapour A (2017) Using Inter Simple Sequence Repeat Multi-Loci Markers for Studying Genetic Diversity in Kermani Sheep. Ibm J Res Dev 5, 154.
Murray HG, Thompson WF (1980) Rapid isolation of high molecular weight DNA. Nucleic Acids Res 8, 4321–4325.
Naghavi MR, Ghareyazie B, Salekdeh H (2005) Molecular Markers (1edn) Tehran, Iran, Tehran University (In Persian).
Omidvar R, Shams-Bakhsh M, Rahimian H (2005) Characterization and differentiation of Iranian Ervivia amylovora strain using biochemical and molecular methods.
 Proc. of 4th Iranian Biotechnology Conference. August 2005, Iran, Kerman (In Persian).
Patocchi A, Walser M, Tartarini S et al. (2005) Identification by genome scanning approach of a microsatellite tightly associated with the apple scab resistance gene Vm. Genome 48, 630-636.
Patzak J, Paprstein F, Henychova A (2011) Identification of apple Scab and Powdery mildew resistance genes in czech apple (malus × domestica) genetic resource by PCR molecular markers. Plant Breed 47, 156-165.
Peakall R, Smouse PE (2012) GenAlex 6.5: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research an update Bioinformation 28, 2537-2539.
Przybyłkowicz, KS, Lewandowski M, Korbin M (2009) Molecular screening of apple (Malus domestica) cultivars and breeding clones for their resistance to fire blight. J Fruit Ornam Plant Res 17, 31-43.
Rohlf FJ (1998) NTSYS-PC Numerical taxonomy and multivariate analysis system, version 2.01, Setuket, New Yourk
Romesburg HC (1990) Cluster Analaysis. For Research. Krieger Pub., Malabar, Florida. 85, 246-253.
Salmanian Z, Namayande A, Honarvar M (2014) ،The use of SSR and SCAR Molecular Markers to Investigate fire blight resistant Genotypes in apple trees. Proc of 2nd National. Electronic Conference on advances in Basic Sciences and Engineering August 2014, Iran, Tehran. Zaminkav Engineering company (In Persian).
Stankovich L, Koller B, Seglias N et al. (2002) Molecular selection in apple for resistance to scab caused by Venturia inaequalis. Theor Appl Genet 93, 199–204.
Tamura K, Dudley J, Nei M, Kumar S (2007) MEGA4: Molecular evolutionary genetics analysis (MEGA) software version 4.02. Mol Biol Evol 24, 1596-1599.
Yeh FC,Yang R, Boyle T (1999) PopGene, version 1.31, Microsoft window-based freeware for population genetic analysis. University of Alberta. Edmonton, AB,Canada.
Zamani P, Akhondi M, Mohammadabadi MR (2015). Associations of Inter-Simple Sequence Repeat loci with predicted breeding values of body weight in Sheep. Small Ruminant 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.
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 12، شماره 2
شهریور 1399
صفحه 21-42

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار