تنوع آللی، ساختار جمعیت و تنوع ژنتیکی ژنوتیپ‌های مختلف خرما (Phoenix dactylifera L.) با استفاده از نشانگر آی. اس. اس. آر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار/بهنزادی گیاهی پژوهشکده فناوری تولیدات گیاهی/ دانشگاه باهنر کرمان

چکیده

هدف: نخل خرما یکی از مهمترین درختان مناطق خشک و گرمسیری با میوه بسیار ارزشمند به عنوان یک منبع غذایی خوب می‌باشد. لذا هدف از این مطالعه بررسی ساختار جمعیت و تنوع ژنتیکی ژنوتیپ‌های مهم خرما با استفاده از نشانگر مولکولی ISSR جهت استفاده در مطالعات ژنومیک است.
مواد و روش‌ها: DNA ژنومی از بافت برگ 68 ژنوتیپ خرما با استفاده از روش ژانگ و همکاران استخراج شد. ارزیابی کمیت و کیفیتDNA  استخراج شده با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر انجام شد به منظور ارزیابی کیفی، نمونه‌های DNA روی ژل آگارز 2 درصد نیز مورد بررسی قرار گرفتند. واکنش زنچیره‌ای پلیمراز با استفاده از 10 نشانگر ISSR انجام شد.
نتایج: در این مطالعه 74 باند چند شکل ایجاد شد که به طور متوسط 78/65 درصد چند شکلی نشان دادند. بر اساس نتایج این آزمایش نشانگرهای (AG)8YC'، (TC)8C و (GA)8C به عنوان نشانگرهای مناسب در بررسی تنوع ژنتیکی خرما می‌باشند. تجزیه ساختار جمعیت مورد بررسی را به سه زیر ساختار تقسیم نمود. نتایج حاصل از تجزیه واریانس مولکولی بین و داخل سه زیرجمعیت نشان داد که سهم واریانس درون و بین زیر جمعیت‌ها به ترتیب 79 و 21 درصد از واریانس کل بود. تجزیه به مولفه‌های اصلی بر پایه ماتریس فاصله مربع اقلیدسی نشان داد که ده مؤلفه اول در مجموع 57/54 درصد از کل تغییرات را توجیه نمود و دیاگرام پراکنش جمعیت‌ها بر اساس دو مؤلفه اول جمعیت را به چهار گروه تقسیم نمود. تجزیه خوشه‌ای نیز بر اساس روش الگوبندی اتصال کامل و معیار فاصله اقلیدسی 68 ژنوتیپ خرما به چهار گروه تقسیم‌بندی کرد.
نتیجه‌گیری: نشانگر ISSR می‌تواند به عنوان نشانگر مناسب جهت مطالعه در تمایزیابی و تجزیه ساختار جمعیت خرما مفید واقع شود. تنوع ژنتیکی بالا درون و بین زیر جمعیت‌ها امکان انتخاب والدین اصلاحی در برنامه‌های به‌نژادی خرما برای صفات مناسب را فراهم می‌کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Allelic variation, population structure and genetic diversity in different genotypes of date palm (Phoenix dactylifera L.) using ISSR marker

نویسنده [English]

  • Fatemeh Ebrahimi
Assistant Professor, Research & Technology Institute of Plant Production, Shahid Bahonar University of Kerman, Iran
چکیده [English]

Objective
Date palm is one of the most important trees in arid and tropical regions with very valuable fruit as a good food source. Therefore, the aim of this study was to investigate allelic diversity, the population structure and genetic diversity of important date palm genotypes using ISSR molecular marker for applying in genomic studies.
 
Materials and methods
Genomic DNA was extracted from leaf tissue of 68 date palm genotypes by Zhang method. The quantitative and qualitative evaluation of the extracted DNA was performed by using a spectrophotometer. For qualitative evaluation, DNA samples were visualized on 2% agarose gel. Polymerase chain reaction was performed using 10 ISSR primers.
 
Results
In this study, 74 polymorphic bands were created that showed an average of 65.78% polymorphism. Based on the results of this experiment, (AG)8YC', (TC)8C and (GA)8C are suitable markers in the study of genetic diversity of date palm. Structural analysis divided the study population into three sub-structures. The results of analysis of molecular variance between and within the three subpopulations showed that the share of variance within and between subpopulations was 79 and 21% of the total variance, respectively. The principle component analysis based on the Euclidean square distance matrix showed that the first ten components explained 54.57% of the total changes and diagram of the principal component analysis based on the first two principal components divided population into four groups. In addition, cluster analysis based on complete linkage clustering method and the Euclidean distance divided 68 date palm genotypes into four groups.
 
Conclusions
The ISSR marker can be useful as a suitable marker for studying the differentiation and structure of the date palm population. High genetic diversity within and between subpopulations makes it possible to select parents for suitable traits in future breeding programs of date palm.

کلیدواژه‌ها [English]

  • ISSR primer
  • Cluster analysis
  • date palm
  • subpopulation
بهادر یاسر، محمدآبادی محمدرضا، خضری امین، اسدی مهدیه، مدحتی لیلا (1395) مطالعه تنوع ژنتیکی جمعیت‌های زنبور عسل استان کرمان با استفاده از نشانگرهای ISSR. فصلنامه پژوهش‌های تولیدات دامی 7، 192-186.
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.
عسکری ناهید، محمدآبادی محمدرضا، باقی زاده امین (1390) نشانگرهای ISSR برای ارزیابی چندشکلی DNA و خصوصیات ژنتیکی جمعیت های گاو، بز و گوسفند. مجله بیوتکنولوژی ایران 9، 229-222.
موسوی دراز محله سیده مهسا، زین العابدینی مهرشاد، مردی محسن و همکاران (1392) بررسی تنوع ژنتیکی و تجزیه ساختار جمعیت ژرمپلاسم انار شیرین ایران با استفاده از نشانگرهای SSR. مجله بیوتکنولوژی کشاورزی 5، 150-137.
References         
Alalawi RA, Almashiqri JH, Alnadabi JSM et al. (2017) Date palm tree (Phoenix dactylifera L.): natural products and therapeutic options. Front Plant Sci 8, 845-857.
Amini F, Saeidi G, Arzani A (2008) Study of genetic diversity in safflower genotypes using agro-morphological traits and RAPD markers. Euphytica 163, 21–30.
Askari N, Baghizadeh A, Mohammadabadi MR (2010) Study of genetic diversity in four populations of Raeini cashmere goat using ISSR markers. Mod Genet J 5, 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. Iran J Biotechnol 9, 222–229 (In Persian).
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, 186-192 (In Persian).
Beal JM (1937) Cytological studies in the genus Phoenix. Bot gaz 99, 400-407.
Bekheet SA, Taha HS, Hanafy MS, Solliman ME (2008) Morphogenesis of sexual embryos of date palm cultured in vitro and early identification of sex type. J Appl Sci Res 4, 345-352.
Chao CT, Krueger RR (2007) The date palm (Phoenix dactylifera L.): overview of biology, uses and cultivation. HortScience 42, 1077-1082.
Ditta A, Zhou Z, Cai X et al. (2018) Assessment of genetic diversity, population structure, and evolutionary relationship of uncharacterized genes in a novel germplasm collection of diploid and allotetraploid Gossypium accessions using EST and genomic SSR markers. Int J Mol Sci 19, 2401- 2422.  
Elshibli S, Korpelainen H (2008) Microsatellite markers reveals high genetic diversity in date palm (Phoenix dactylifera L.) germplasm from Sudan. Genet 134, 251-260.
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.
 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.
Fang Y, Wu H, Zhang T et al. (2012) A complete sequence and transcriptomic analyses of date Palm (Phoenix dactylifera L.) mitochondrial genome. PLoS ONE 8(3), e59997. 
Ghasemi M, Baghizadeh A, Mohammadabadi MR (2010) Determination of genetic polymorphism in Kerman Holstein and Jersey cattle population using ISSR markers. Aust J Basic Appl Sci 4, 5758–5760.
Hamza H, Abederrahim M, Elbekkay M, Ferchichi A (2013) Comparison of the fectiveness of ISSR and SSR markers in determination of date palm agronomic traits. AJCS 7, 763- 769.
Hassanzadeh Khankahdani H, Bagheri A (2019) Identification of genetic variation of male and female date palm (Phoenix dactylifera L.) cultivars using morphological and molecular markers. Int J Hortic Sci 6, 63-76.
Jump AS, Hunt JM, Penuelas J (2006) Rapid climate change-related growth decline at the southern range edge of Fagus sylvatica. Glob Change Biol 12, 2163–2174.
Laurentine H )2009( Data analysis for molecular characterization of plant genetic resources. Genet Resour Crop Evol 56, 277-292.
Li Q, Liu QC, Zhai H et al. (2008) Genetic diversity in main parents of sweet potato in China as revealed by ISSR markers. Acta Agron Sin 34, 972-977.
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.
Mahjoob BH, Najafi-Zarini Hashemi SHR (2014) Assesment of genetic relationships among 36 Brassica genotypes using ISSR molecular markers. J Crop Breed 6, 96- 106.
Mohammadabadi MR, Askari N (2012) Characterization of genetic structure using ISSR-PCR markers: cattle, goat and sheep populations. LAP LAMBERT Academic Publishing, Saarbrusken, Germany. 120pp.
Mohammadabadi MR, Esfandyarpoor E, Mousapour A (2017) Using inter simple sequence repeat multi-loci markers for studying genetic diversity in Kermani sheep. J res dev 5, 154-158.
Mohammadabadi MR, Oleshko V, Oleshko O et al. (2021) Using inter simple sequence repeat multi-loci markers for studying genetic diversity in guppy fish. Turkish J Fish Aquat Sci 21, 603-613.
Mousavi Derazmahalleh SM, Zeinalabedini M, Mardi M et al. (2014) The survey of genetic diversity & population structure analysis of  Iranian sweet pomegranate (Punica granatum L.) germplasm using SSR markers. J Agric Biotech 4, 139-150 (in Persian).
Peakall R, Smouse P (2012) GenAlEx 6.5: Genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research – an update. J Bioinform 1, 6- 8.
Powell W, Morgante M, Andre C et al. (1996) The comparison of RFLP, RAPD, AFLP and SSRP (microsatellite) markers for germplasm analysis. Mol Breeding 2, 225- 238.
Shannon CE (1948) The mathematical theory of communication. Bell Syst Tech 27, 379- 423.
Wei YM, Hou YC, Yan ZH et al. (2005) Microsatellite DNA polymorphism divergence in Chinese wheat landraces highly resistant to Fusarium head blight. J Theor Appl Genet 46, 3-9.
Weising K, Nybom H, Wolff K, Kahl G (2005) Applications of DNA fingerprinting in plant sciences. In ‘DNA fingerprinting in plants. Principles, methods and applications’. Weising K, Nybom H, Pfenninger M, Wolff K, Kahl G (eds). pp. 235- 276.
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.
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 Methods 71, 45-50.