مقایسه کاریولوژیکی بین اکوتیپ‌های سیر (Allium sativum) بومی ایران با نمونه‌های خارجی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی‌ارشد، گروه بیوتکنولوژی و به‌نژادی گیاهی، دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد، ایران

2 دانشیار گروه بیوتکولوژی و اصلاح نباتات- دانشکده کشاورزی- دانشگاه فردوسی مشهد

3 استاد اصلاح نباتات، گروه بیوتکنولوژی وبه‌نژادی گیاهی، دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد،

چکیده

هدف: اولین قدم در شناخت ژنوم یک گونه، مطالعه تعداد و شکل کروموزوم‌های آن است. در تعیین روابط خویشاوندی بین گونه‌های یک جنس، صفاتی از قبیل مورفولوژی کروموزوم‌ها، اندازه مطلق کروموزوم‌ها، موقعیت سانترومرها، عدد پایه کروموزومی و تعداد ماهواره‌ها مورد بررسی قرار می‌گیرد. هدف این پژوهش بررسی تنوع سیتوژنتیکی و تعیین روابط خویشاوندی بین اکوتیپ‌های سیر بومی ایران با چند نمونه خارجی و تجزیه و تحلیل ژنوم براساس اطلاعات کروموزومی و مقایسه نتایج حاصل از بررسی قرابت و نزدیکی اکوتیپ‌ها براساس اطلاعات کاریوتایپی است.
مواد و روش‌ها: 8 اکوتیپ سیر شامل: شهرهای بجنورد، شاهرود، مشهد، بیرجند، تالش و از کشورهای آذربایجان، ارمنستان و تاجیکستان جمع‌آوری شد، از سلول‌های میتوزی مریستم انتهایی ریشه در مرحله متافاز و رنگ‌آمیزی با  استواورسئین استفاده شد، تعداد پنج سلول متافازی مناسب انتخاب و با استفاده از نرم‌افزار Karyotype Analysis (1.5)طول بازوهای کوتاه و بلندکروموزوم و طول کل کروموزوم‌ها اندازه‌گیری و سایر شاخص‌ها نظیر شکل کلی کاریوتایپ، شاخص سانترومری، شاخص نامتقارن بودن درون کروموزومی، شاخص نامتقارن بودن بین کروموزومی، شاخص تقارن کاریوتایپ، ضریب عدم تقارن، انحراف معیار طول کروموزوم، انحراف معیار شاخص سانترومری محاسبه شد. داده‌ها در نرم‌افزارآماری JMP8 در قالب طرح کاملاً تصادفی نامتعادل تجزیه و تحلیل شدند. مقایسه میانگین‌ به روش دانکن  انجام شد و تجزیه خوشه‌ای به روش Ward صورت پذیرفت.
نتایج: نتایج نشان داد عدد پایه کروموزومی در اکوتیپ‌های ترکمنستان و بجنورد x=7، 2n=2x=14 و در سایر اکوتیپ‌هاx=8 ،   2n=2x=16است و اختلاف معنی‌داری (P<0.01) بین طول بازوی کوتاه، طول بازوی بلند، طول کل کروموزوم مشاهده شد. در تجزیه خوشه‌ای مشخص شد کمترین فاصله اقلیدسی مربوط به دو اکوتیپ کشورآذربایجان و شهر تالش است. کوچکترین کروموزوم‌ها مربوط به اکوتیپ مشهد و بزرگترین کروموزوم‌ها مربوط به شاهرود است. متقارن‌ترین کاریوتایپ اکوتیپ آذربایجان و نامتقارن‌ترین کاریوتایپ شاهرود بود.
نتیجه‌گیری: یافته‌ها نشان داد اختلاف در تعداد کروموزوم‌ها می‌تواند به علت تغییرات رابرتسونین باشد و به نظر می‌رسد اکوتیپ‌های 2n=2x=14 قدمت بیشتری دارند و اکوتیپ‌های 16 کروموزومی از آنها بوجود آمده‌اند. با توجه به اینکه در اکوتیپ بجنورد 14 کروموزوم مشاهده شد، می‌توان قدمت منشا این گیاه را در این منطقه از ایران تایید کرد. همچنین کروموزوم‌ها از نظر اندازه و محل قرارگیری سانترومر با یکدیگر تفاوت دارند که این تفاوت به علت شکست کروموزومی و ایجاد ساختار جدید، در دوباره بهم متصل شدن آن‌ها است. این تحقیق نشان داد نژادهای دور در میان اکوتیپ‌های مورد بررسی کدامند و امکان انجام تحقیقات برای تهیه هیبریدهای احتمالی بعدی در کدام مسیر، امکان موفقیت بیشتری را فراهم می‌کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Karyological comparison between Iranian garlic (Allium sativum) ecotypes and foreign specimens

نویسندگان [English]

  • Elham Yaghoobi 1
  • Saeid Malek Zadeh 2
  • mohammad farsi 3
1 M.Sc, Department of Biotechnology and Plant Breeding, Ferdowsi University of Mashhad, Iran.
2 Corresponding author. Associate Professor, Department of Biotechnology and Plant Breeding, Ferdowsi University of Mashhad, Iran
3 Professor , Department of Biotechnology and Plant Breeding, Ferdowsi University of Mashhad, Iran.
چکیده [English]

Objective
the first step in understanding a species genome is to study the number and shape of its chromosomes. determining the relationship between species of a genus, traits such as chromosome morphology, absolute chromosome size, diversity in coloring, centromere  position, chromosome base number and number of satellites must be considered. The aim of this study was to investigate cytogenetic diversity and to  determine the relationship between native garlic ecotypes of Iran (Shahroud, Bojnurd, Mashhad, Birjand, Talish) with foreign specimens (originated from Turkmenistan, Azerbaijan, Tajikistan) and to prepare genome analysis based on chromosomal information.
Materials and methods
From the mitotic cells in the metaphase stage, which were prepared from the terminal meristem of the root and stained with acetoorcein, five suitable metaphase cells were selected and the length of short and long arms and the total length of chromosomes were measured using Karyotype Analysis Software (ver.1.5). including calculated. Data were analyzed by JMP8 statistical software in  an unbalanced completely randomized design. Mean comparisons were performed by Duncantest . To classify ecotypes, based on all chromosomal parameters, cluster analysis was performed using Ward method.
Results
The results showed that the basic number of chromosoms in Turkmenistan and Bojnurd ecotypes was x=7, 2n=2x=14 and in other ecotypes x=8, 2n=2x=16. short arm length, long arm length, total chromosome length was significantly different (P≤0.01) between  ecotypes. Cluster analysis divided the ecotypes in two groups. Minimum Euclidean distance observed between Azerbaijan and Talish ecotypes, the smallest chromosome belonged to Mashhad and the largest chromosomes belonged to Shahroud. The most symmetric karyotype was Azerbaijan and the most asymmetric karyotype was Shahroud ecotype.
Conclusions
The results showed that the differences in the number of chromosomes could be explained by Robertsonian translocations. It seems that the ecotypes with 2n=2x=14 chromosomes had more antiquity, and the ecotypes with 16 chromosomes originated from them. Considering that Bojnourd ecotype with 14 chromosomes this region could be possibly in troduced as the oldest origin or nuclear center of variation for garlic in Iran. Chromosomes also differ in the size and location of the centromere, which is due to chromosomal breakdown and the formation of a new structure in their reconnections. This study revealed which ecotypes are distant among the studied ecotypes, and also showed to produce possible future hybrids, which direction will be more successful.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Chromosomal diversity
  • Cluster Analysis
  • Garlic
  • Karyotype analysis
حسام‌زاده‌حجازی سیدمحسن، ضیایی‌نسب مهدی (1385) بررسی کاریولوژیکی برخی از گونه‌های جنس شبدر (.Trifolium sp) موجود در بانک ژن منابع طبیعی ایران. مجله علمی پژوهشی زیست شناسی ایران. 19 (3) 299-313.
عالیشاه عمران، امیدی منصور  (1387) روشهای آزمایشگاهی سیتوژنتیک گیاهی. انتشارات دانشگاه تهران
فارسی محمد، قبولی مهدی، محمودنیا محسن (1389) سیتوژنتیک گیاهی. انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد.
یعقوبی الهام، ملک‌زاده شفارودی سعید (1392) بررسی تنوع ژنتیکی توده‌های بومی سیر ایران (Allium sativum) براساس خصوصیات سیتوژنتیکی و کاریوتایپی. مجله علمی پژوهشی ژنتیک نوین. 8 (4) 411-422.
References
Alishah O, Omidi M (2008) Laboratory methods in cytogenetics, Tehran University Press, pp.69-82 (In Persian)
Akhavan A, Saeidi H, Zarr Sh, Rahiminejad MR (2015) Chromosome numbers and karyotype features of selected species of Allium L. (Amaryllidaceae) sect. Acanthoprason in Iran. The Iranian J Botany 21(2), 158-164.
Banerjee N (1980) Chromosome studies in some species of Allium. J Indian National Science 23,35-67.
 Bauchan G R, Hossain M A (1998) Karyotypic analysis of N-banded chromosomes of diploid alfalfa: Medicago sativa ssp. caerulea and ssp. falcata and their hybrid. J Heredity 88(6), 533-537.
Cortes F, Gonzalez-Gil G, Hazen, M J (1983) C-banding and sister chromatid exchanges in three species of the genus Allium (A. cepa, A. ascalonicum and A. sativum). J Caryologia 36(3), 203-210.
Cortes F, Escalza P (1986) Analysis of different banding patterns and late replicating regions in chromosomes of Allium cepa, A. sativum and A. nigrum. J Genetica 71(1), 39-46.
Donsakul T, Phornphisutthimas S (2010) Karyotypes of six species in Allium (Alliaceae) in Thailand. J Naresuan Univ 18, 34-39.
Farsi M, Ghaboli M, Mahmoudnia M (2010) Plant Cytogenetics. Ferdowsi University of Mashhad, (In Persian)
Hesamzadeh Hejazi S M, Ziaei Nasab, M (2007) Cytogenetic study on several species of Hedysarum in natural gene bank of Iran. J Rangelands and Forest Plant Breeding and Genetic Research 15(2), 85-94. (In Persian)
Gunjan K, Roy B K (2010) Karyotype studies in dominant species of Aloe from eastern India. J Caryologia 63(1), 41-49.
Levan A (1935) Cytological studies in Allium, VI the chromosome morphology of some diploid species of  Allium. J Hereditas 20(3), 289-330.
Oroji Salmasi K, Javadi H, Miri S M (2019) Karyotype analysis of some Allium species in Iran. J Plant Physiology and Breeding 9 (2), 115-127.
Peruzzi L, Leitch I J, Caparelli K F (2009) Chromosome diversity and evolution in Liliaceae. J Annals of Botany103(3), 459-475.
Mollafilabi A, Hosseini M, Moosapour S (2005) Garlic agronomy (Allium sativum L.).
 Didactic Issue of Jihad, Iran. (In Persian)
Saensouk S, Saensouk P (2021) Karyotype analysis of three species of Allium (Amaryllidaceae) from Thailand Biodiversitas. J Biological Diversity 22(8)
Sheidai M, Zogagi-far S, Khanafshar S, Zehzad B (2002) Karyotypic study in some Iranian species and populations of Tulipa L. (Liliaceae). J Caryologia 55(1), 81-89.
Stebbins GL (1971) Chromosomal Evolution in Higher Plants. Addison Wesley Publishing Co., CA.
Wajahatullah MK,Vahidy AA (1990) Karyotyping and localization of nucleolarorganizer regions in Garlic,)  Allium sativum L(. J Cytologia 55(3), 501-504.
Yaghoobi E, Malekzadeh-Shafarodi S (2014) Genetic variation of Iranian ecotypes of Garlic (Allium sp.) using karyotype analysis. J Modern Genetic 4(8), 411-422. (In Persian)
Yuzbasioglu D,Unal  F (2004) Karyotiping, C-and Nor banding of Allium Sativum inturkey. Pakistan J Botany 36(2), 343-349l.