بررسی تنوع‌ژنتیکی جمعیت‌های بومی هندوانه ایران با استفاده از نشانگر مولکولی ‏ISSR

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه آموزشی زراعت و اصلاح‌نباتات، دانشکدکان کشاورزی و منابع طبیعی ، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 گروه آموزشی علوم زراعی و اصلاح نباتات ، دانشکده فناوری کشاورزی ابوریحان، دانشگاه تهران ، تهران ، ایران

10.22103/jab.2023.22199.1514

چکیده

هدف: هدف از انجام این تحقیق بررسی کارایی نشانگر مولکولی‎ ISSR ‎در تمایز جمعیت‌های هندوانه مورد مطالعه ، تعیین میزان تشابه و ‏فاصله‌ژنتیکی جمعیت‌ها به منظور استفاده از پدیده هتروزیس و انتخاب والدین مناسب در برنامه‌های تولید بذر هیبرید هندوانه می‌باشد‎.‎
مواد و روش‌ها: در این تحقیق تنوع‌ژنتیکی 24 جمعیت مختلف هندوانه از سراسر ایران با استفاده از 10 پرایمر‎ ISSR ‎مورد بررسی قرار ‏گرفت‎.‎‏ استخراج ‏DNA‏ با استفاده از روش ‏CTAB‏ انجام گرفت. پس از انجام ‏PCR‏ امتیاز دهی داده‌های مولکولی به صورت صفر و یک ‏داده شد. شاخص‌های مرتبط با نشانگر شامل تعدادکل‌باندها، تعدادباندهای‌چندشکل، درصدچندشکلی، شاخص‌نشانگری‎ ( MI ) ‎، شاخص ‏قدرت‌تفکیک‎ ‎‏(‏RP‏)‏‎ ‎و محتوای‌اطلاعات‌چندشکلی(‏PIC‏)‏‎ ‎اندازه‌گیری شد. به منظور انجام تجزیه‌خوشه‌ای، از نرم‌افزار‎ NTSYS ‎و‎ Excel ‎و ‏به منظور تجزیه واریانس مولکولی و تجزیه به مختصات اصلی نیز از نرم‌افزار‎ GenALEx ‎استفاده شد‎.‎
نتایج: در این تحقیق در مجموع 202 باند تولید شد که از این تعداد 184 باند چندشکل بود. میانگین تعداد کل باند و باندهای چندشکل در ‏این مطالعه به ترتیب 2/20 و 4/18 به‌دست آمد. بیشترین درصد چندشکلی مربوط به آغازگر‎ ISSR6 ‎با 100 درصد و کمترین میزان ‏چندشکلی مربوط به آغازگر‎ ISSR5 ‎با 80 درصد بود. میانگین درصد چندشکلی در این مطالعه نیز 90/0 به‌دست آمد. مقدار شاخص‎ PIC ‎در ‏این تحقیق بین 26/0 تا 44/0 متغییر و میانگین‎ PIC ‎نیز 35/0 بود. پس از انجام تجزیه‌خوشه‌ای جمعیت‌های مورد مطالعه در سطح تشابه ‏‏55 درصد در پنج گروه قرار گرفتند. نتایج حاصل از تجزیه واریانس‌مولکولی و تجزیه به مختصات‌اصلی در جمعیت‌های مورد مطالعه نتایج ‏نشان داد 14 درصد از تنوع مربوط به بین جمعیت‌های مورد مطالعه و 86 درصد از تنوع مربوط به درون جمعیت‌های مورد مطالعه می‌باشد. ‏نتایج تجزیه به مختصات‌اصلی نیز نتایج حاصل از تجزیه‌خوشه‌ای را تایید کرد‎ .‎
نتیجه‌گیری: با توجه به نتایج به‌دست آمده نشانگر مولکولی‎ ISSR ‎کارایی لازم جهت تمایز جمعیت‌های مورد مطالعه را دارد و از طرفی با ‏توجه به تنوع‌ژنتیکی قابل ملاحظه بین و درون جمعیت‌های مورد مطالعه از ژنوتیپ‏های استفاده از شده در این تحقیق می‌توان به عنوان ‏جمعیت اولیه در برنامه‌های تولید بذر هیبرید هندوانه استفاده کرد و همچنین از جمعیت‌های فاریاب و میناب با توجه به اینکه بیشترین ‏فاصله‌ژنتیکی را داشتند به منظور استفاده از هتروزیس در پروژه‌های تولید بذر هیبرید هندوانه به عنوان والدین تلاقی می‌توان استفاده کرد.‏

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigating the genetic diversity of native varieties of Iranian watermelon using the ISSR ‎molecular marker

نویسندگان [English]

  • Amin Arjmand 1
  • Mohsen Ebrahimi 2
1 Department of Agriculture and Plant Breeding, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Tehran, Iran
2 Educational Department of Agricultural Sciences and Plant Breeding, Aburihan Faculty of Agricultural Technology, University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده [English]

Objective:‎‏ ‏The purpose of this research is to investigate the efficiency of the ISSR molecular marker in ‎distinguishing the studied watermelon populations, to determine the degree of similarity and genetic ‎distance of the populations in order to use the phenomenon of heterosis and to select suitable parents in ‎watermelon hybrid seed production programs.‎

Materials and methods: In this research, the genetic diversity of 24 different watermelon populations ‎from all over Iran was investigated using 10 ISSR primers. DNA extraction was done using the CTAB ‎method. After PCR, molecular data were scored as zero and one. Indexes related to markers include ‎total number of bands, number of polymorphic bands, polymorphic percentage, marker index (MI), ‎resolution strength index (RP) and polymorphic information content (PIC). It was measured. In order to ‎perform cluster analysis, NTSYS and Excel software were used, and GenALEx software was used to ‎analyze the molecular variance and to analyze the main coordinates.‎


Results: In this research, a total of 202 bands were produced, of which 184 were polymorphic bands. ‎The average number of total bands and polymorphic bands in this study was 20.2 and 18.4, respectively. ‎The highest percentage of polymorphism was related to the ISSR6 primer with 100% and the lowest ‎polymorphism was related to the ISSR5 primer with 80%. The average percentage of polymorphism in ‎this study was also 0.90. The value of PIC index in this research varied between 0.26 and 0.44 and the ‎average PIC was 0.35. After cluster analysis, the studied populations were divided into five groups at a ‎similarity level of 55%. The results of molecular variance analysis and principal coordinate analysis in ‎the studied populations showed that 14% of the variation is between the studied populations and 86% ‎of the variation is within the studied populations. The results of analysis to main coordinates also ‎confirmed the results of cluster analysis‏.‏

Conclusion: According to the obtained results, the ISSR molecular marker has the necessary efficiency ‎to distinguish the studied populations, and on the other hand, considering the considerable genetic ‎diversity between and within the studied populations, the genotypes used in this research can be ‎considered as the population The first one was used in watermelon hybrid seed production programs ‎and also Faryab and Minab populations can be used as cross parents considering that they had the least ‎genetic similarity in order to use heterosis in watermelon hybrid seed production projects.‎‏ ‏

کلیدواژه‌ها [English]

  • genetic distance
  • Genetic similarity
  • heterosis
  • hybrid
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، 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.
 
 
References
Amani P, Akhondi M, Mohammadabadi MR, et al. (2011) Genetic variation of Mehraban sheepusing two inter-simple sequence repeat (ISSR) markers. Afr J Bio 10, 1812–1817.
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 (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. Iran J Biotechnol 9, 222–229.
Bahador Y, MR Mohammadabadi, A Khezri, et al. (2016) Study of Genetic Diversity in Honey Bee Populations in Kerman Province using ISSR Markers. Res Anim Prod 7 (13), 186-192 (In Persian).
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. 
Che K, Liang C, Wang Y,  et al. (2012) Genetic assessment of watermelon germplasm using the AFLP technique. Hort Sci 137, 311-315.
Dane F , Liu J  (2007) Diversity and origin of cultivated and citron type watermelon (Citrullus lanatus). Genet Resour Crop Evol 54(6), 1255-1265.
FAO. 2021. FAOSTAT. Available http://faostat3.fao.org/download/Q/QC/E
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.
Ipek Uluturk Z, Frary A, Doganlar S (2011)  Determination of genetic diversity in watermelon (Citrullus lanatus). Jour Crop Sci 5, 1832-1836.
Laurentin H (2009) Data analysis for molecular characterization of plant genetic resources. Genet Resour Crop Evol 56(2), 277-292.
Levi A, Thomas CE, Newman M, et al. (2004) ISSR and AFLP markers differ among American watermelon cultiva rs with limited genetic diversity. J Am Soc Hortic Sci 129(4), 553-558.
Levi A, Wechter P, Davis A (2009) EST-PCR markers representing watermelon fruit genes are polymorphic among watermelon heirloom cultivars sharing a narrow genetic base. Plant  Gen Res Char Utl 7(1), 16-32.
Maggs K, Christiansen JL (2003) Variability in namibian landraces of watermelon (Citrullus lanatus). Euphytica 132(3), 251-258.
Meimberg H, Abele T, Bräuchler C, et al. (2006) Molecular evidence for adaptive radiation of Micromeria Benth.(Lamiaceae) on the Canary Islands as inferred from chloroplast and nuclear DNA sequences and ISSR fingerprint data. Mol Phylogenet Evol 41, 566-578.
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 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.
Moshrefi-Araghi A, Nemati H, Azizi M, et al. (2019) Assessment of phytochemical and agromorphological variability among different wild accessions of Mentha longifolia L. cultivated in field condition. Ind Crops Prod 140, 111698.
Mujaju C, Sehic J, Werlemark G, et al. (2010) Genetic  diversity in watermelon (Citrullus lanatus) landraces from Zimbabwe revealed by RAPD and SSR markers. Hereditas 147(4), 142-153.
Nazem V, Sabzalian MR, Saeidi G, et al. (2019) Essential oil yield and composition and secondary metabolites in self-and open-pollinated populations of mint (Mentha spp.). Ind Crops Prod 130, 332-340.
Rodrigues L, van den Berg C, Póvoa O, et al. (2013) Low genetic diversity and significant structuring in the endangered Mentha cervina populations and its implications for conservation. Biochem Syst Ecol 50, 51-61.
Romão RL (2000) Northeast Brazil: A secondary center of diversity for watermelon (Citrullus lanatus). Genet Resour Crop Evol 47(2), 207-213.
Rostami-Ahmadvandi H, Cheghamirza K, Kahrizi D, et al. (2013) Comparison of morphoagronomic traits versus RAPD and ISSR markers in order to evaluate genetic diversity among (Cuminum cyminum L). accessions. Aust J Crop Sci 7, 361.
Selseleh M, Hadian J, Ebrahimi SN, et al. (2019) Metabolic diversity and genetic association between wild populations of Verbascum songaricum (Scrophulariaceae). Ind Crops Prod 137, 112-125. 
Singh AK, Rana MK, Singh S, et al. (2014) CAAT box-derived polymorphism (CBDP): a novel promoter-targeted molecular marker for plants. J Plant Biochem Biot 23, 175–183.
Solmaz I, Sari N, Aka Y, Mendi N (2010) The genetic characterization of Turkish watermelon (Citrullus lanatus) accessions using RAPD markers. Genet Res Crop Evol 57(5), 763-771.
Song Z, Li X, Wang H, Wang J (2010) Genetic diversity and population structure of Salvia miltiorrhiza Bge in China revealed by ISSR and SRAP. Genet 18(4), 241–249.
Szamosi C, Solmaz I, Sari N, Barsony C (2009) Morphogical characterization of Hungarian and Turkish watermelon (Citrullus lanatus) Matsum. et Nakai) genetic resources. Genet Res Crop Evol 56, 1091-1105.
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. Bioc syst ecol 46, 10 8115.
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.