ارزیابی تنوع ژنتیکی و ساختار جمعیت برخی از ژنوتیپ‌های گوجه‌فرنگی (Solanum lycopersicum) با استفاده از نشانگرهای ISSR

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجو دکتری، گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران.

2 استادیار، پژوهشکده فناوری تولیدات گیاهی، پژوهشگاه افضلی‌پور، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران.

3 گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران.

4 استادیار، پژوهشکده فناوری تولیدات گیاهی، پژوهشگاه افضلی پور، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران.

چکیده

چکیده
هدف: این پژوهش با هدف بررسی ساختار جمعیت و تنوع ژنتیکی ۳۳ ژنوتیپ گوجه‌فرنگی (Solanum lycopersicum) شامل تیپ‌‌های معمولی و گیلاسی، با بهره‌گیری از نشانگرهای ISSR و تحلیل‌های AMOVA، PCoA و STRUCTURE انجام شد تا منابع ژنتیکی مناسب برای برنامه‌های به‌نژادی شناسایی شود.
مواد و روش‌ها: در این پژوهش ۳۳ ژنوتیپ گوجه‌فرنگی در دو تیپ میوه معمولی و گیلاسی از ایران و سایر کشورها مورد بررسی قرار گرفتند. جهت بررسی تنوع ژنتیکی ژنوتیپ‌های مورد مطالعه، نمونه‌های برگی در مرحله ظهور اولین میوه‌ها برداشت و پس از استخراج DNA با استفاده از روش CTAB و با اندکی تغییرات با استفاده از 10 نشانگرISSR مورد آزمایش قرار گرفتند. داده‌های حاصل پس از جداسازی با الکتروفورز، بر اساس شاخص‌های نشانگر (تعداد و درصد باندهای چندشکل، PIC و MI)، تجزیه واریانس مولکولی (AMOVA)، خوشه‌بندی UPGMA (ضریب جاکارد)، تجزیه به مختصات اصلی (PCoA) و تحلیل ساختار جمعیت (STRUCTURE) مورد بررسی قرار گرفتند. در این مطالعه از میان 130 باند ایجاد شده 71 عدد باند (بیش از 5/54 درصد) چند شکل بودند. بیشترین محتوای چند شکلی در نشانگرهای GA)8C)، AC)8G) و AG)8YC) به ترتیب با 47/76، 75 و 42/68 درصد و کمترین درصد چندشکلی در نشانگر AGG)6) با مقدار 07/23 درصد مشاهده گردید. بر اساس نتایج این پژوهش نشانگرهای دارای بیشترین درصد چند شکلی به عنوان نشانگرهای مناسب در بررسی تنوع ژنتیکی گوجه‌فرنگی انتخاب شدند. تحلیل ساختار جمعیت (STRUCTURE) ژنوتیپ‌ها را به سه زیرجمعیت متمایز تفکیک کرد. AMOVA با گروه‌بندی به دو تیپ میوه (معمولی و گیلاسی) نشان داد ۹۱٪ از واریانس کل درون‌گروهی و ۹٪ بین‌گروهی است. PCoA بر پایه فاصله‌ی جاکارد نیز پراکنش ژنوتیپ‌ها را در سه خوشه بازنمایی کرد. خوشه‌بندی UPGMA (فاصلهٔ جاکارد) با خط بُرش ۰٫۴۲ سه گروه مشخص ارائه داد که در آن Maya (T12) و Lucid Gem American (T16) به‌ صورت شاخه‌های دورافتاده، بیشترین فاصله‌ی ژنتیکی را نسبت به سایر ژنوتیپ‌ها نشان دادند. هم‌سویی STRUCTURE و PCoA سه‌گانگی جمعیت را تأیید کرد و DFA نیز جدایی گروه‌ها را با دقت ۱۰۰٪ تایید نمود.
نتیجه‌گیری: این پژوهش نشان داد که نشانگرهایISSR ، به‌ویژه (GA)8C و (AC)8G ابزاری کارآمد برای تفکیک ژنوتیپ‌های گوجه‌فرنگی هستند. سهم بالای تنوع درون‌جمعیتی (۹۱٪) در برابر بین‌جمعیتی، همراه با هم‌پوشانی نسبی تیپ‌های معمولی و گیلاسی، بیانگر تاریخچه اصلاحی مشترک اما غنی از نظر منابع آللی است. در عین حال، شناسایی ژنوتیپ‌های متمایز مانند Maya (T12) و Lucid Gem American (T16) فرصت ارزشمندی برای استفاده در تلاقی‌های دور و گسترش تنوع ژنتیکی فراهم می‌کند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Assessment of genetic diversity and population structure among some tomato (Solanum lycopersicum) genotypes using ISSR markers

نویسندگان [English]

  • Maryam Nazari 1
  • Azam Nikbakht-Dehkordi 2
  • Ghasem Mohammadi-Nejad 3
  • Mehdi Mohayeji Nasrabadi 3
  • Sepideh Ghotbzadeh-Kermani 4
1 PhD student, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Shahid Bahonar University, Kerman, Iran
2 Assistant Professor, Research and Technology Institute of Plant Production, Afzalipour Research Institute, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran
3 Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran
4 Assistant Professor, Research and Technology Institute of Plant Production, Afzalipour Research Institute, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran.
چکیده [English]

Objective
The aim of this study was assessment of the population structure and genetic diversity among 33 tomato genotypes including standard-fruit and cherry types, using ten ISSR markers through AMOVA, PCoA and STRUCTURE analysis in order to finding the best genetic materials for the future breeding program.
Materials and methods
DNA extraction was preformed from young leaves at first fruit set growth stage via CTAB method and genetic diversity of 33 genotypes in this study were assessed using 10 ISSR markers. PCR products of each ISSR marker were separated by agarose gel electrophoresis and presence/absence of the electrophoresis bands were scored. Afterward, different parameters including number and percentage of polymorphic bands, PIC and MI were calculated. The population diversity and structure were analyzed using UPGMA clustering method, STRUCTURE (admixture model), AMOVA and principal coordinates analysis (PCoA). PCoA data validation was performed using discriminant function analysis (DFA) method.
Results
A total number of 10 ISSR anchored primers produced 130 bands of which 71 bands (more than 54.5%) were polymorphic. The highest polymorphic content was observed in markers (GA)₈C, (AC)₈G and (AG)₈YC with 76.47, 75 and 68.42 percent respectively and the lowest polymorphic percentage was observed in marker (AGG)₆ with 23.07 percent. Based on the results of this study, markers with the highest polymorphic percentage were selected as suitable markers for studying the genetic diversity of tomato. STRUCTURE analysis K = 3 showed the proportion of shared genetic groups among three populations of tomato. Analysis of molecular variance study revealed that 91% of the total variance was within groups groups and 9% among group. Analyzing by PCoA reproduced a three cluster pattern in which Maya (T12) and Lucid Gem American (T16) appeared as distant branches. DFA also confirmed clear group separation.
Conclusions
ISSR markers particularly (GA)₈C and (AC)₈G effectively discriminated tomato genotypes. The identification of distinct accessions such as T12 and T16 provides valuable parents for wide crosses to broaden allelic diversity. The observed partial overlap between standard-fruit and cherry types is consistent with a shared breeding history and supports crossing across market classes to expand variation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • cluster analysis
  • molecular markers
  • population structure
  • tomato

مراجع

Aguilera, J. G., Pessoni, L. A., Rodrigues, G. B., Elsayed, A. Y., Da Silva, D. J., and De Barros, E. G. (2011). Genetic variability by ISSR markers in tomato (Solanum lycopersicon Mill.). Revista Brasileira de Ciências Agrárias, 6(2), 243-252. https://doi.org/10.5039/agraria.v6i2a998.
Ahang, B., Pashapour, S., Ghasemi, A., & Zabihi, A. (2024). Investigating the genetic diversity of several varieties of Iranian tomato (Solanum lycopersicum) using RAPD and ISSR molecular markers. Food Health, 2024; 6 (4): 18. (In Persian).  https:// doi: 10.53388/FH2024018. 
Blanca, J., Montero-Pau, J., Sauvage, C., Bauchet, G., Illa, E., Díez, M. J., ... & Cañizares., J. (2015). Genomic variation in tomato, from wild ancestors to contemporary breeding accessions. BMC genomics, 16(1), 257.‏ https://doi.org/10.1186/s12864-015-1444-1.
Corrado, G., Piffanelli, P., Caramante, M., Coppola, M., & Rao, R. (2013). SNP genotyping reveals genetic diversity between cultivated landraces and contemporary varieties of tomato. Bmc Genomics, 14(1), 835.‏ https://doi.org/10.1186/1471-2164-14-835.
Díez, M. J., & Nuez, F. (2008). Tomato. Vegetables II: fabaceae, liliaceae, solanaceae, and umbelliferae, 249-323. https://doi.org/10.1007/978-0-387-74110-9_7.
Doyle, Ja. (1987). A rapid DNA isolation procedure for small quantities of fresh leaf tissue. Phytochemical Bulletin, 19(1): 11-15. https://doi.org 10.12691/jfnr-13-10-1.
Eleuch, L., Jilal, A., Grando, S., Ceccarelli, S., von Korff Schmising, M., Tsujimoto, H., ... & Baum, M. (2008). Genetic diversity and association analysis for salinity tolerance, heading date and plant height of barley germplasm using simple sequence repeat markers. Journal of Integrative Plant Biology, 50(8), 1004-1014.‏  https://doi.org/10.1111/j.1744-7909.2008.00670.x
Evanno, G., Regnaut, S., Goudet, J. (2005). Detecting the number of clusters of individuals using the software Structure: a simulation study. Journal Molecular Ecology, 14, 2611- 2620. https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2005.02553.x.
FAO, F. (2021). FAOSTAT statistical database. Rome: Food and Agriculture Organisation of the United Nations (https://www.fao.org/).
Gonias, E. D., Ganopoulos, I., Mellidou, I., Bibi, A. C., Kalivas, A., Mylona, P. V., & Doulis, A. G. (2019). Exploring genetic diversity of tomato (Solanum lycopersicum L.) germplasm of genebank collection employing SSR and SCAR markers. Genetic Resources and Crop Evolution, 66(6), 1295-1309.‏ https://doi.org/10.1007/s10722-019-00786-6.
Haghpanah, M., Kazemitabar, S. K., Hashemi, S. H., & Alavi, S. M. (2016). Comparison of ISSR and AFLP markers in assessing genetic diversity among Nettle (Uritica dioica L.) populations. https://sid.ir/paper/349279/en
Henareh, M., Dursun, A., Abdollahi-Mandoulakani, B., Kamil Haliloğlu. (2016). Assessment of genetic diversity in tomato landraces using ISSR markers. Genetika, 48(1), 25-35. https://doi.org/10.2298/GENSR1601025H.
Hernandez-Ibanez, L., Sahagun-Castellanos, J., Rodriguez-Perez, JE., Pena-Ortega, MG. (2017). Prediction of fruit yield and firmness of tomato hybrids with BLUP and RR-BLUP using ISSR molecular markers. Revista Chapingo Serie Horticultura, 23(1), 21-34. https://doi.org/10.5154/r.rchsh.2016.06.021.
Heydari-Tootshami, Z., and Salari, H. (2024). Genetic diversity of tomato's cultivars assessed through ISSR marker. Agricultural Biotechnology Journal, 16(1), 175-194. (In Persian). doi: 10.22103/jab.2024.20927.1453
Hosseini, F., Niknejad, A., Sorkhilaleloo, B. et al. (2023). Valuation of genetic diversity of tomato (Solanum lycopersicum L.) based on the comparison of ISSR and SSR marker efficiency. Agricultural Biotechnology Journal, 15(2), 63-82 (In Persian). https://doi.org/10.22103/jab.2023.20016.1422.
Kochieva, EZ., Ryzhova, NN., Khrapalova, IA., Pukhalsky, VA. (2002). Genetic diversity and phylogenetic relationships in the genus Lycopersicon (Tourn.) Mill as revealed by inter-simple sequence repeat (ISSR) analysis. Russian Journal of Genetics, 38, 958-966 https://doi.org/10.1023/A:1016896013986.
Kordkatooli, MH., Mousavizadeh, SJ., & Mashayekhi, K. (2024). The Study of Parents and F1 off Spring from the Crossing of Some Iranian Tomato Accessions. Journal of Crop Breeding, 16, 67-79. (In Persian). https://doi.org/10.61186/jcb.16.2.67
Kumar, D., Chhokar, V., Sheoran, S., et al. (2020). Characterization of genetic diversity and population structure in wheat using array-based SNP markers. Molecular Biology Reports, 47, 293-306 https://doi.org/10.1007/s11033-019-05132-8.
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 Agronomica Sinica, 34, 972-977. https://doi.org/ https://doi.org/10.1016/S1875-2780(08)60036-X.
  Mohammadabadi, MR., Esfandyarpoor, E., Mousapour, A. (2017). Using inter simple sequence repeat multi-loci markers for studying genetic diversity in Kermani sheep. Journal of Research and Development, 5, 154-158.  https://doi.org/ 10.4172/2311-3278.1000154.
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 Jornal of Fisheries and Aquatic Sciences, 21, 603-613.  http://doi.org/10.4194/1303-2712-v21_12_03.
Mohammadi, SA., Prasanna, BM. (2003). Analysis of genetic diversity in crop plants salient statistical tools and considerations. Crop science, 43(4), 1235-1248. https://doi.org/10.2135/cropsci2003.1235
Nazari, M., Nikbakht Dehkordi, A., Mohammadi-Nejad, G., Ghotbzadeh-Kermani, S., and Mohayeji, M. (2024). Estimation of Phenotypic Variance Components, Heritability, and Relationships Between Fruit Yield Traits and Photosynthetic Characteristics in Tomato. Genetics and Plant Breeding, 1(2), 47-72. (In Persian).  https://  doi: 10.22103/gpb.2025.24271.1015.
Peakall, R., Smouse, P. (2012). GenAlEx 6.5: Genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research – an update. Jornal Bioinform, 1, 6-8. https://doi.org 10.1093/bioinformatics/bts460 .
Peakall, R., Smouse, PE. (2006). GENALEX 6: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research. Molecular Ecology, 6, 288–295. https://doi.org/10.1111/j.1471-8286.2005.01155.x.
Pereira-Dias, L., Vilanova, S., Fita, A., Prohens, J., & Rodríguez-Burruezo, A. (2019). Genetic diversity, population structure, and relationships in a collection of pepper (Capsicum spp.) landraces from the Spanish centre of diversity revealed by genotyping-by-sequencing (GBS). Horticulture research, 6.‏  https://doi.org/10.1038/s41438-019-0132-8
Powell, W., Morgante, M., Andre, C., et al. (1996). The comparison of RFLP, RAPD, AFLP and SSRP (microsatellite) markers for germplasm analysis. Molecular Breeding, 2, 225- 238. http://dx.doi.org/10.1007/BF00564200.
Pravitha, M., Dipika Agrahar, M., Ajesh Kumar, V., Recent developments in tomato drying techniques: A comprehensive review. Journal of Food Process Engineering, 2024;47(2). Available at: http://doi.org/10.1111/jfpe.14550
Sarwat, M. ISSR (2012) : a reliable and cost-effective technique for detection of DNA polymorphism. Methods in Molecular Biology, 2012;862:103-21. http://doi.org/10.1007/978-1-61779-609-8_9.
Taranto, F., D’Agostino, N., Greco, B., Cardi, T., & Tripodi, P. (2016). Genome-wide SNP discovery and population structure analysis in pepper (Capsicum annuum) using genotyping by sequencing. BMC genomics, 17(1), 943.‏ https://doi.org/10.1186/s12864-016-3297-7
Tikunov, YM., Khrustaleva, L.I., Karlov, GI. (2003). Application of ISSR markers in the genus Lycopersicon. Euphytica, 131, 71-81. https://doi.org/10.1023/A:1023090318492.
Tomer, A., & Diwivedi, S. (2020). A review on Early blight of Tomato menacing disease caused by Alternaria solani. European Journal of Molecular & Clinical Medicine, 7, 2328-2334 https://doi.org/10.31080/ASAG.2020.04.0908
Vargas, JEE., Aguirre, NC., Coronado, YM. (2020). Study of the genetic diversity of tomato (Solanum spp) with ISSR markers. Revista Ceres, 67, 199-206 https://doi.org/10.1590/0034-737X202067030005.
Zarrabian, M., Ehtemam, M. H., Majidi, M. M., & Dehkordi, A. N. (2025). Assessment of the relationship between Onobrychis species through morphological and molecular perspectives. Journal of Rangeland Science, 15(1), 1-11.‏ https://doi.org/10.57647/j.jrs.2025.1501.07
Zietkiewicz, Ewa., Rafalski, A., Labuda, D. (1994). Genome fingerprinting by simple sequence repeat (SSR)-anchored polymerase chain reaction amplification. Genomic, 20, 176-183. https://doi.org/10.1006/geno.1994.1151.
Zuriaga, E., Blanca, J., & Nuez, F. (2009). Classification and phylogenetic relationships in Solanum section Lycopersicon based on AFLP and two nuclear gene sequences. Genetic Resources and Crop Evolution, 56(5), 663-678.‏ https://doi.org/10.1007/s10722-008-9392-0.
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 18، شماره 1
فروردین 1405
صفحه 139-162

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار