بررسی تنوع ژنتیکی توده‌های بومی و غیر بومی Dactylis glomerata L. با استفاده از نشانگرهای مولکولی ISSR

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد ژنتیک و به نژادی گیاهی، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه مراغه، مراغه، ایران

2 استادیار، پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی شمالغرب و غرب کشور، پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی ایران، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج

3 گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه مراغه مراغه، ایران

چکیده

هدف: علف باغ (Orchard Grass) با نام علمی Dactylis glomerata L. گونه­ای از گراس­های پایا و دگر گرده­افشان می­باشد که در ایران از پراکنش مطلوبی برخوردار است. اگرچه جنس Dactylis طی دهه‌های گذشته به میزان زیادی مورد مطالعه قرار گرفته است، لیکن اطلاعات کمی در مورد تنوع ژنتیکی و الگوهای جمعیتی جمعیت‌های طبیعی این گیاه در مناطق مرتعی وجود دارد. هدف از این پژوهش شناسایی تنوع ژنتیکی این گونه در منطقه آذربایجان شرقی می­باشد.
مواد و روش‌ها: در این پژوهش، بذور 25 جمعیت Dactylis glomerata L. در مزرعه پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی شمالغرب و غرب کشور در تبریز به صورت طرح آزمایشی بلوک­های کامل تصادفی با 3 تکرار کشت گردید. سپس 34 ژنوتیپ (تک بوته) توسط 22 نشانگر ISSR مورد بررسی قرار گرفتند.
نتایج: با توجه به نتایج حاصل از نشانگرهای ISSR، در مجموع 424 جایگاه در ژنوم مورد تکثیر قرار گرفت که از این تعداد، 34 جایگاه در بین تمام ژنوتیپ‌های مورد مطالعه، تک شکل و 390 جایگاه نیز دارای چندشکلی یا پلی مورف بودند. میانگین درصد چندشکلی ژنوتیپ‌های D. glomerata L. مورد بررسی توسط نشانگرهای ISSR، 39/70 درصد برآورد شد. همچنین مقدار میانگین PIC (محتوای اطلاعات چندشکل) برای نشانگرهای ISSR، برابر با 288/0، حداقل مقدار PIC برای نشانگر ISSR14 (175/0) و حداکثر مقدار PIC متعلق به نشانگر ISSR22 (341/0) بود. گروه بندی ژنوتیپ‌های D. glomerata L.  بر اساس نشانگرهای ISSR، توسط نرم افزارهای Mega 4.0.2 و Structure انجام گرفت. نتایج حاصل از گروه‌بندی توسط نرم افزار Mega 4.0.2، ژنوتیپ‌ها را در 4 گروه و توسط نرم افزار Structure ژنوتیپ‌ها را در 2 گروه قرار داد.
نتیجه‌گیری: نتایج حاکی از آن است که کاربرد نشانگر ISSR جهت تمایز جمعیت‌های خویشاوندی نزدیک دارای مزیت بالایی بوده و نقش بسزایی در تفکیک و تمایز افراد دارد. همچنین میانگین تنوع آللی بالا در نشانگرهای ISSR بیانگر سطح وسیع تنوع ژنتیکی در جمعیت‌های D. glomerata L. است. در کل می‌توان گفت که نشانگر مولکولی ISSR تنوع بالایی را میان ژنوتیپ‌ها نشان داده و ابزار مناسبی برای بررسی تنوع ژنتیکی D. glomerata L. می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of genetic diversity of native and non-native Dactylis glomerata L. ecotypes using ISSR molecular markers

نویسندگان [English]

  • Shabnam Sabouriazar 1
  • Reza Mohammadi 2
  • Mojtaba Nouraein 3
1 MSc Graduated of Genetics and Plant Breeding, Department of Plant Genetics and Production, Faculty of Agriculture, University of Maragheh, Maragheh, Iran
2 Assistant Professor, Branch for Northwest & West region, Agricultural Biotechnology Research Institute of Iran (ABRII), Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Tabriz, I.R. Iran.
3 Department of Plant Genetics and Production, Faculty of Agriculture, University of Maragheh, Maragheh, Iran
چکیده [English]

Objective
Orchard Grass (Dactylis glomerata L.) is a perennial forage and cross-pollinating grass, has wide genetic distribution in Iran. Although the genus Dactylis has been studied quite well within the past decades, little is known about the genetic diversity and population patterns of natural populations in grassland regions. The aim of this study is to identify the genetic diversity of this species in the East Azerbaijan, Iran.
Materials and methods
In this study, seeds of 25 ecotypes of Dactylis glomerata L. were planted in the research farm of the Agricultural Biotechnology Research Institute of Iran, Northwest & West region in Tabriz as a randomized complete block design with 3 replications. Then 34 selected genotypes (single plant) were examined using 22 ISSR markers.
Results
According to the results of ISSR markers, a total of 424 loci were amplified in the genome, of which 34 loci among all studied genotypes were monomorphic and 390 loci were polymorphic. The mean percentage of polymorphisms for D. glomerata L. in ISSR markers was estimated to be 70.39%. Also, the mean PIC value (polymorphic information content) for ISSR markers was equal to 0.288, the minimum PIC value for ISSR14 marker (0.175) and the maximum PIC value belonged to ISSR22 marker (0.341). Grouping of D. glomerata L. genotypes based on ISSR markers was performed using Mega 4.0.2 and Structure software, which grouped the results of Mega 4.0.2 genotypes into 4 groups, and Structure software grouped the genotypes into 2 groups.
Conclusions
The results indicate that the using of ISSR markers to differentiate close kin populations has a high advantage and plays a significant role in the differentiation of individuals. Also, the high allelic diversity of ISSR markers indicate a large level of diversity in D. glomerata L. populations and it’s a suitable tool for studying the genetic diversity of D. glomerata L.

کلیدواژه‌ها [English]

  • : Cluster analysis
  • genetic diversity
  • Orchard grass
  • ISSR markers
اصغری علی، پناهی الهام، شکرپور مجید و همکاران (1389) بررسی تنوع ژنتیکی در اکوتیپ­های علف باغ (Dactylis glomerata L.) با استفاده از نشانگرهای RAPD.  تحقیقات ژنتیک و اصلاح گیاهان مرتعی و جنگلی ایران، 18، 226-214.
بهادر یاسر، محمدآبادی محمدرضا، خضری امین و همکاران (1395) مطالعه تنوع ژنتیکی جمعیتهای زنبور عسل استان کرمان با استفاده از نشانگرهای ISSR. پژوهش­های تولیدات دامی 13، 186-192.
تقی­زاد آیدا، احمدی جعفر، حداد رحیم، ضرابی مهدی (1390) مطالعه تنوع ژنتیکی پسته ایرانی با استفاده از چند نشانگر بین ریزماهواره­ای ISSR. نشریه علمی علوم باغبانی، 25، 460-453.
جهانی حمید، فرشادفر محسن، صفری هوشمند، شیروانی هومن (1392) ارزیابی تنوع ژنتیکی ژنوتیپهای Dactylis glomerata با استفاده از نشانگر ISSR. هشتمین همایش بیوتکنولوژی جمهوری اسلامی ایران و چهارمین همایش ملی امنیت زیستی، 15-17 تیر، دانشگاه تهران، تهران، ایران.
دادرس احمدرضا، صبوری حسین، محمدی نژاد قاسم و همکاران (1392) بررسی تنوع ژنتیکی ارقام توتون دسته بارلی و ویرجینیا با استفاده از چندشکلی طولی قطعات تکثیری. بیوتکنولوژی کشاورزی، 5، 44-29.
رحمتی هوشنگ، شیروانی هومن (1397) بررسی تنوع ژنتیکی اکوتیپ­های Dactylis glomerata با استفاده از نشانگر مولکولی ISSR. مجله پژوهش­های سلولی و مولکولی (زیست شناسی ایران)، 31، 78-67.
عسکری ناهید، باقی­زاده امین، محمدآبادی محمدرضا (1389). مطالعه تنوع ژنتیکی در چهار جمعیت بز کرکی راینی با استفاده از نشانگرهای ISSR. مجله ژنتیک نوین 5، 56-49.
قره­یاضی بهزاد (1375) کاربرد نشانگرهای DNA در اصلاح نباتات. چهارمین کنگره علوم زراعت و اصلاح نباتات ایران. 9-4 شهریور، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران، ص 380-328.
محسن زاده گلفزایی محمد، سمیع زاده لاهیجی حبیب، اعلمی علی و همکاران (1391) بررسی تنوع ژنتیکی ژنوتیپ­های مختلف توتون گرمخانه­ای با استفاده از نشانگر ISSR و رتروترانسپوزون. علوم گیاهان زراعی ایران، 43، 380-371.
نقوی محمدرضا، قره­یاضی بهزاد، حسینی سالکده قاسم (1384) نشانگرهای مولکولی. موسسه انتشارات و چاپ دانشگاه تهران، تهران، ایران.
References
Asghari A, Panahi E, Shokrpour M et al. (2011) Evaluation of genetic diversity of Dactylis glomerata L. ecotypes using RAPD markers.  Iran J Rang Plant Breed Genet Res 18, 214-226 (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 5, 49-56 (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).
Belaj A, Satovic Z, Cipriani G et al. (2003) Comparative study of the discriminating capacity of RAPD, AFLP and SSR markers and of their effectiveness in establishing genetic relationships in olive. Theor Appl Genet 107, 736-744.
Dadras AR, Sabouri H, Mohammadi Nezhad G et al. (2013) Investigation of genetic diversity of Barley and Virginia tobacco varieties using amplified fragment length polymorphism. Agric Biotec J 5, 29-44 (In Persian).
Garayalde AF, Poverene M, Cantamutto M, Carrera AD (2011) Wild sunflower diversity in Argentina revealed by ISSR and SSR markers: an approach for conservation and breeding programmes. Ann Appl Biol 158, 305-317.
Ghareyazie B (1996) Application of DNA markers in plant breeding. Proc. of 4th Iranian crop science congress. Aug. 25-31, Isfahan university of technology, Isfahan, Iran. pp. 328-380 (In Persian).
Ghasemi M, Baghizadeh A, Mohammadabadi MR (2010) Determination of genetic polymorphism in Kerman Holstein and Jersey cattle population using ISSR markers. Aus J Basic Appl Sci 4, 5758-5760.
Godwin ID, Aitken EA, Smith LW (1997) Application of inter simple sequence repeat (ISSR) markers to plant genetics. Electrophoresis 18, 1524-1528.
Jabbarzadeh Z, Khosh-Khui M, Salehi H, Saberivand A (2010) Inter simple sequence repeat (ISSR) markers as reproducible and specific tools for genetic diversity analysis of rose species. Afric J Biotechnol 9, 6091-6095.
Jahani H, Farshadfar M, Safari H, Shirvani H (2013) Evaluation of genetic variation for Dactylis glomerata by ISSR markers. Proc. of 8th national biotechnology congress of I.R.  Iran & 4th national conference on biosecurity, July, 6-8, Tehran University, Tehran, Iran (In Persian).
Last LWidmer FFjellstad W et al. (2013) Genetic diversity of natural orchardgrass (Dactylis glomerata L.) populations in three regions in Europe. BMC Genet 14, 102.
Mizianty M (1990). Biosystematic studies on Dactylis L. l. Review of the previous studies. 1.2. Cytology, genetics, experimental studies, and evolution. Acta Soc Bot Pol 59, 105-118.
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.
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, 603-613.
Mohammadi R, Panahi B, Amiri S (2020) ISSR based study of fine fescue (Festuca ovina L.) highlighted the genetic diversity of Iranian accessions. Cytol Genet 54, 257-263. https://doi.org/10.3103/S0095452720030123
Mohsenzadeh Golfezani M, Samizadeh Lahiji H, Alami A et al. (2012) Study of genetic diversity of flue-cured tobacco (Nicotiana tabacum L.) genotypes using ISSR and Retrotransposon markers. Iranian J Field Crop Sci 43, 371-380 (In Persian).
Naghavi MR, Ghareyazie B, Hosseini Salekdeh G (2005) Molecular markers (1st edn), Tehran University press, Tehran, Iran (In Persian).
Pritchard JK, Stephens M, Donnelly P (2000) Inference of population structure using multi locus genotype data. Genetics 155, 945-959.
Rahmati H, Shirvani H (2018) The study of genetic diversity Dactylis glomerata ecotype using ISSR molecular marker. J Cell Mol Res (Iranian J Biol) 31, 67-78 (In Persian).
Rezaeizad A, Wittkop B, Snowdon R et al. (2011) Identification of QTLs for phenolic compounds in oilseed rape (Brassica napus L.) by association mapping using SSR markers. Euphytica 177, 335-342.
Shahabzadeh, Z, Mohammadi R, Darvishzadeh R et al. (2020) Genetic structure and diversity analysis of tall fescue populations by EST-SSR and ISSR markers. Mol Biol Rep 47, 655-669. https://doi.org/10.1007/s11033-019-05173-z
Spataro G, Tiranti B, Arcaleni P et al. (2011) Genetic diversity and structure of a worldwide collection of Phaseolus coccineus L. Theor Appl Genet 122, 1281-1291. https://doi.org/10.1007/s00122-011-1530-y
Stebbins GL, Zohary D, (1959) Cytogenetic and evolutionary studies in the genus Dactylis. I. morphology, distribution and inter relationships of the diploid subspecies. University of California Publications in Botany 31. California Univ. Press, Berkeley, Los Angeles, USA, 1-40.
Tagizad A, Ahmadi J, Haddad R, Zarrabi M (2011) Study of genetic diversity in Iranian Pistachio cultivars with inter-microsatellite ISSR markers. J Hortic Sci 25, 453-460 (In Persian).
Thimmappaiah W, Santhosh G, Shobha D, Melwyn GS (2008) Assessment of genetic diversity in cashew germplasm using RAPD and ISSR markers. Sci Hortic 120, 411-417.
Tuna M, Khadka DK, Shrestha M et al. (2004) Characterization of natural orchardgrass (Dactulis glomerata L.) population of the Thrace region of Turkey based on ploidy and DNA. Euphytica 135, 39-46.
Virk PS, Zhu J, Newbury HJ et al. (2000) Effectiveness of different classes of molecular marker for classifying and revealing variation in rice (Oryza sativa) germplasm. Euphytica 112, 275-284.
Wang Z, Liao L, Yuan X et al. (2013) Genetic diversity analysis of Cynodon dactylon (bermudagrass) accessions and cultivars from different countries based on ISSR and SSR markers. Biochem syst ecol 46, 108-115.
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. Afric J Biotechnol 10, 1812-1817.
Zeng B, Zhang XQ, Lan Y (2008) Assessment of genetic diversity among Dactylis glomerata L. as determined by RAPD and SRAP. Acta Hortic 783, 407-418.