استفاده از تجزیه ارتباطی برای شناسایی نشانگرهای ISSR پیوسته با ویژگی‌های مرفولوژیکی در گیاه دارویی زنیان (Trachyspermum copticum)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه باغبانی-گیاهان دارویی دانشکده کشاورزی دانشگاه ارومیه. ارومیه، ایران.

2 استاد، گروه تولید و ژنتیک گیاهی دانشکده کشاورزی دانشگاه ارومیه. ارومیه، ایران

3 استادیار، گروه بیوتکنولوژی، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته کرمان، کرمان، ایران

4 دانشیار گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی دانشگاه مراغه، مراغه، ایران.

چکیده

هدف: گیاه زنیان (Trachyspermum copticum) یکی از گونه­های دارویی است که برای درمان مشکلات معده و برخی بیماری­های دیگر مورد استفاده قرار می­گیرد. این مطالعه با هدف شناسایی نشانگرهای ISSR مرتبط با صفات زراعی- ریخت شناختی در توده­­های زنیان جمع آوری شده از مناطق مختلف کشور با استفاده از تجزیه ارتباطی انجام گرفته است.
مواد و روش‌ها: در این بررسی، ویژگی­های ریخت شناختی 40 ژنوتیپ زنیان از 10 توده مختلف در شرایط گلخانه ای ارزیابی شدند. در آزمایش مولکولی، نمونه­های برگی در مرحله چهار برگی از ژنوتیپ­های مورد نظر برداشته شده و پس از استخراج DNA انگشت­نگاری با نشانگرهای ISSR انجام شد.
نتایج: آماره­های توصیفی بیانگر وجود تنوع ژنتیکی در ژرم­پلاسم زنیان مورد مطالعه از نظر ویژگی­های مرفولوژیکی بوده؛ بیشترین و کمترین ضریب تغییرات فنوتیپی به ترتیب برای صفات تعداد بذرهای تشکیل شده و تعداد گل در هر چتر فرعی بدست آمد. نتایج انگشت­نگاری DNA با استفاده از 12 آغازگر ISSR، موجب تکثیر 153 مکان ژنی گردید که 93 عدد از آنها چندشکل و مابقی تک شکل بودند. در تجزیه ساختار جمعیت زنیان مورد مطالعه با استفاده از داده­های ISSR در نرم افزار Structure دو زیرجمعیت شناسایی شد. با استفاده از تجزیه ارتباطی نشانگرهای با ارتباط معنی­دار برای صفات عملکرد زیستی، وزن خشک اندام هوایی، شاخص برداشت، تعداد شاخه­های جانبی، تعداد بذر تشکیل شده، وزن صد دانه، طول متوسط میانگره، چتر فرعی در هر گل، قطر ساقه و عملکرد تک بوته، تعداد چتر، تعداد برگ، تعداد گل در یک گل آذین و طول برگ شناسایی شد. در این تحقیق، جایگاه­های نشانگری UBC807-2، UBC812-10، UBC818-8، UBC840-5، UBC848-4، UBC857-11 و UBC857-6 بطور همزمان برای بیش از یک صفت شناسایی شدند و بدین ترتیب می­توانند در برنامه­های به­نژادی گیاه دارویی زنیان به منظور گزینش همزمان چند صفت مورد استفاده قرار گیرند.
نتیجه‌گیری: در این تحقیق نشانگرهای UBC807-2 UBC812-10 UBC857-11 UBC848-4 UBC840-5  UBC818-8  UBC857-11 بطور همزمان بیش از یک صفت را کنترل می نمودند و می توانند بطور موثری در برنامه های به نژادی زنیان از طریق گزینش مورد استفاده قرار بگیرند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Implementation of association mapping for identification of ISSR markers linked with morphological characteristics of Ajowan (Trachyspermum copticum)

نویسندگان [English]

  • Mahdieh Modareskia 1
  • Reza Darvishzadeh 2
  • Mohsen Modares 3
  • Hamid Hatami Maleki 4
1 Ph.D. Student, Department of Horticulture, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia, Iran.
2 Professor, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia, Iran
3 Assistant Professor, Department of Biotechnology, Institute of Science, High Technology and Environmental Sciences, University of Advanced Technology, Kerman, Iran.
4 Associate Professor, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, University of Maragheh, Maragheh, Iran.
چکیده [English]

Objective
Ajowan (Trachyspermum copticum) is a medicinal species that is very useful and is used to treat stomach problems and some other diseases. This study aimed to fingerprint Ajowan accessions collected from different geographical regions of Iran by using ISSR markers and identifying markers linked with agro-morphological traits through an association mapping approach.
Materials and methods
In this study, a number of 40 Ajowan genotypes related to 10 different populations from different regions of Iran were collected, and then their morphological characteristics were recorded in greenhouse conditions. Leaf samples were taken from each genotype and ISSR fingerprinting was done after DNA extraction.
Results
The results of descriptive statistics indicate the existence of genetic diversity in the germplasm of the studied Ajowan in terms of morphological characteristics and the highest and lowest coefficients of phenotypic variation were obtained for the number of seeds formed and the number of flowers per umbrella, respectively. Results of DNA fingerprinting using 12 ISSR primers lead to the amplification of 153 loci, 93 of which were polymorphic and the rest were monomorphic. Analysis of molecular variance depicted that 37% and 63% of total variation belonged to between and within populations. In this research private markers were detected for accessions collected from Hamedan and Rafsanjan. The study of population structure related to 40 Ajowan genotypes using ISSR data and STRUCTURE software placed them in two different subpopulations. Using an association mapping approach, significant positive markers for biological yield, shoot dry weight, harvest index, number of lateral branches, number of seeds formed, 100-seed weight, mean internode length, umbrella per flower, stem diameter, and single plant yield, number of umbrellas, number of leaves, number of flowers in an inflorescence and leaf length were identified.
Conclusions
In this research, the UBC807-2, UBC812-10, UBC818-8, UBC840-5, UBC848-4, UBC857-11, and UBC857-6 markers control more than one trait simultaneously and can thus be bred in breeding programs of Ajowan to a simultaneous selection of multiple traits.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ajowan
  • Population structure
  • Marker location
  • Simultaneous selection

مراجع

بهادر یاسر،  محمدآبادی محمدرضا،  خضری امین، و همکاران (1395) مطالعه تنوع ژنتیکی جمعیت‌های زنبور عسل استان کرمان با استفاده از نشانگرهای ISSR. ژوهش‌های تولیدات دامی 13، 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.
محمدی آلاگوز رسول، درویش زاده رضا، علیجانپور احمد، حاتمی ملکی حمید، ابراهیمی راحله (1397). شناسایی نشانگرهای DNA  مرتبط با ویژگی های فیتوشیمیایی میوه سماق. (Rhus coriaria L.) مجله بیوتکنولوژی کشاورزی  10، 142-129.
 میرزاوند بروجنی سهراب (1371). بررسی و مقایسه خصوصیات ماکروسکوپی، میکروسکوپی و فتیوشیمیایی میوه‌های استاندارد انیسون Pimpiella anisvml رازیانه Foeniculum vulgarl زنیان Ammi coplicuml. و تشخیص آنها از یکدیگر. دانشکده داروسازی، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان.
References
Afzal S, Saleem M, Yasmin R, et al. (2010) Pre and post cloning characterization of a beta-1, 4-endoglucanase from Bacillus sp. Mol Bio Res 37, 23–1717.
Amiripour M, Sadat Noori SA, Shariati V, Soltani Howyzeh M (2019) Transcriptome analysis of Ajowan (Trachyspermum ammi L.) inflorescence. J Plant Biochem Biotechnol 28, 496-508.
Archangi A, Heidari B, Mohammadi-Nejad G (2019) Association between seed yield-related traits and cDNA-AFLP markers in cumin (Cuminum cyminum) under drought and irrigation regimes. Ind Crops Prod 133, 276-283.
Askari N, A Baghizadeh, MR Mohammadabadi 2010 Study of genetic diversity in four populations of Raeini cashmere goat using ISSR markers. Modern Genet J 5, 49-56 (In Persian).
Askari N, Mohammad Abadi 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.
Bahador Y, Mohammadabadi MR, Khezri A, Asadi M, Medhati L (2016) Study of genetic diversity in honey bee populations in Kerman province using ISSR markers. Res Anim Prod 7, 186-192 (In Persian).
Breseghello F, Sorrells ME (2006) Association analysis as a strategy for improvement of quantitative traits in plants. Crop Sci 46, 1323- 1330.
Budahn H, Barański R, Grzebelus D, et al. (2014) Mapping genes governing flower architecture and pollen development in a double mutant population of carrot. Front Plant Sci 8, 504
Dadras AR, Sabouri H, Nejad GM, Sabouri A, Shoai-Deylami M (2014) Association analysis, genetic diversity and structure analysis of tobacco based on AFLP markers. Mol Biol Rep 41, 3317-3329
Ersoz ES, Yu J, Buckler ES (2009) Applications of linkage disequilibrium and association mapping in maize. p. 173–195. In A.L. Kriz and B.A. Larkins (ed.) Molecular genetic approaches to maize improvement. Springer-Verlag, New York, NY.
Evanno G, Regnaut S, Goudet J (2005) Detecting the number of clusters of individuals using the software STRUCTURE: a simulation study. Mol Ecol 14, 2611–2620.
Ghasemi M, Baghizadeh A, Mohammadabadi MR (2010) Determination ofgenetic polymorphism in Kerman Holstein and Jersey cattle population using ISSR markers. Australian J Basic Appl Sci 4, 5758–5760.
Ghassemi S, Zehtab-Salmasi S, Ghassemi- Golezani K, Alizadeh-Salteh S (2019) Morphological traits and yield of Ajowan affected by different irrigation intervals and growth regulators. Adv Hort Sci 33, 97-104
Gupta PK, Rustgi S, Kulwal PL (2005) Linkage disequilibrium and association studies in higher plants: Present status and future prospects. Plant Mol Biol 57, 461–485.
Hedge IC, Lamond JM (1987) Trachyspermum. Flora Iranica 162, 336-8
Heidari E, Rahimmalek M, Mohammady S, Ehtemam M (2016) Genetic structure and diversity of ajowan (Trachyspermum ammi) populations based on molecular, morphological markers, and volatile oil content. Ind Crops Prod 92, 186-196.
Holland JB (2007) Genetic architecture of complex traits in plants. Curr Opinion Plant Biol 10, 156–161.
Jun TH, Van K, Kim MY, Lee SH, Walker DR (2008) Association analysis using SSR markers to find QTL for seed protein content in soybean. Euphytica 162, 179-191.
Kaya HB, Cetin O, Kaya HS, et al. (2016) Association mapping in turkish olive cultivars revealed significant markers related to some important agronomic traits. Biochem Genet 54, 506-533.
Mirzavand S (1992) Evaluation and comparison of Macroscopic, microscopic and phytochemical properties of anise, Foeniculum vulgare and Trachyspermum Copticum fruits. Pharmaceutical thesis. Isfahan University of Medical Science (In Persian).
Mohammadabadi M, Askari N (2012) Characterization of genetic structure using ISSR-PCR markers: cattle, goat and sheep populations. LAP LAMBERT Academic Publishing, Saarbrusken, Germany. 120pp.
Mohammadabadi M, Oleshko V, Oleshko O, et al. (2021) Using Inter Simple Sequence Repeat Multi-Loci Markers for Studying Genetic Diversity in Guppy Fish. Turkish J Fisheries Aquatic Sci 21, 603-613.
Mohammadabadi MR, Esfandyarpoor E, Mousapour A (2017) Using Inter Simple Sequence Repeat Multi-Loci markers for studying genetic diversity in Kermani sheep. J Res Develop 5, 154.
Mohammadi SA, Prasanna BM (2003) Analysis of genetic diversity in crop plants- salient statistical tools and considerations. Crop Sci 43, 1235-1248.
Mohammadi R, Darvishzadeh R, Alijanpour A, Hatami-Maleki H, Ebrahimi R (2018) Identification of DNA markers related to phytochemical characteristics in Sumac (Rhus coriaria L.) fruits. Agric Biotech J 10, 130-142 (In Persian).
Moose SP, Mumm RH (2008) Molecular plant breeding as the foundation for 21st century crop improvement. Plant Physiol 147, 969–977.
Nagar O, Maloo S, Bisen P, Kumar A, Motasara N (2018) Assessment of variability in Ajwain (Trachyspermum ammi L.) genotypes. Int J Agric Environ Biotechnol 73, 845-848.
Niazian M, Sadat Noori SA, Tohidfar M, Mortazavian SMM (2017) Essential oil yield and agro-morphological traits in some Iranian ecotypes of Ajowan (Carum copticum L.). J Essential Oil Bearing Plants 20, 1151-1156.
Otto LG, Mondal P, Brassac J, et al. (2017) Use of genotyping-by-sequencing to determine the genetic structure in the medicinal plant chamomile, and to identify flowering time and alpha-bisabolol associated SNP-loci by genome-wide association mapping. BMC Genomics 18, 599.
Pritchard JK, Stephens M, Donnelly P (2000) Inference of population structure using multilocus genotype data. Genetics 155, 945–959.
Sadati S, Sadat-Noori S, Ramshini H, Soltani E, Foghi B (2016) Towards conservation and breeding of Ajowan (Trachyspermum ammi) by assessing ISSR, morphological traits and germination variability. Iranian J Genet Plant Breed 5, 8-21.
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.
Tuberosa R, Gill BS, Quarrie SA (2002) Cereal genomics: ushering in a brave new world. Plant Mol Biol 48, 445-449.
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.
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 14، شماره 4
دی 1401
صفحه 85-102

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار