تنوع ژنتیکی گونه‌های Pistacia در کردستان عراق و یزد ایران: یافته‌هایی بر پایه نشانگرهای ISSR

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم عمومی، دانشکده آموزش پایه، دانشگاه حلبچه، اقلیم کردستان، عراق

2 : گروه مدیریت مناطق خشک و بیابانی، دانشکده منابع طبیعی و کویرشناسی، دانشگاه یزد، یزد، ایران

3 گروه مدیریت مناطق خشک و بیابانی، دانشکده منابع طبیعی و کویرشناسی، دانشگاه یزد، یزد، ایران.

4 گروه زیست فناوری و علوم زراعی، دانشکده علوم مهندسی کشاورزی، دانشگاه سلیمانیه، اقلیم کردستان، عراق.

چکیده

هدف: تغییرات اقلیمی مداوم و فشارهای انسانی، روند کاهش تنوع ژنتیکی را در بسیاری از گونه‌های گیاهی از جمله در جنس Pistacia که از اهمیت اقتصادی و بوم‌شناختی چشمگیری برخوردار است، تسریع کرده است. علیرغم نقش حیاتی گونه‌های وحشی این جنس به‌عنوان پایه‌های رویشی و منابع ژنی برای صفاتی همچون تحمل به خشکی و شوری، جمعیت‌های طبیعی پسته در ناحیه زاگرس غربی در اقلیم کردستان عراق و همچنین در مناطق خشک مرکز ایران تاکنون در سطح مولکولی به‌طور جامع مورد مطالعه قرار نگرفته‌اند. هدف پژوهش حاضر، بررسی تنوع و ساختار ژنتیکی گونه‌های Pistacia در این دو منطقه با بهره‌گیری از نشانگرهای توالی‌های تکراری میانی ساده (ISSR) بود.
مواد و روش‌ها: در مجموع ۲۴ ژنوتیپ منتخب از گونه‌های P. atlantica، P. khinjuk و P. vera از میان ۶۷ نمونه جمع‌آوری‌شده در استان یزد ایران و اقلیم کردستان عراق انتخاب شدند. استخراج DNA با روش CTAB انجام گرفت و ۱۰ آغازگر ISSR برای تکثیر ژنومی به‌کار رفت. برای ارزیابی تنوع ژنتیکی، شاخص‌های آماری شامل درصد چندشکلی، محتوای اطلاعاتی چندشکلی، شاخص نشانگر، قدرت تفکیک و نسبت مؤثر چندتایی محاسبه شد. تجزیه‌های خوشه‌ای، مختصات اصلی و واریانس مولکولی نیز به ‌منظور بررسی ساختار جمعیتی انجام شد.
نتایج: از مجموع ۱۷۱ باند تکثیرشده، ۱۶۳ باند (3/95 درصد) چندشکل بودند. آغازگر ISSR4 بیشترین باند چندشکل را تولید کرد، در حالی که OW5 بالاترین مقادیر شاخص نشانگر و قدرت تفکیک را نشان داد. نتایج تجزیه واریانس مولکولی نشان داد که ۸۳ درصد از تنوع ژنتیکی درون گونه‌ها قرار دارد. بیشترین میزان تنوع ژنتیکی در P. khinjuk (30/0 =I و 19/0=He) مشاهده شد، در حالی که P. vera کمترین تنوع را داشت. تجزیه‌های خوشه‌ای و مختصات اصلی تطابقی با پراکنش جغرافیایی نداشتند که بیانگر جریان ژنی تاریخی یا تأثیر فعالیت‌های انسانی است.
نتیجه‌گیری: یافته‌ها نشان‌دهنده تنوع ژنتیکی درون‌گونه‌ای قابل‌ توجه در جمعیت‌های وحشی Pistacia بود که اهمیت آنها را به‌عنوان منابع ژنی برای برنامه‌های اصلاحی و حفاظت تأیید می‌کند. همچنین به طور خاص در مورد P. khinjuk، پتانسیل بالایی برای بهره‌برداری در برنامه‌های به‌نژادی در شرایط تنش‌زا به نظر می‌رسد. به طور کلی، توصیه می‌شود در مطالعات آتی، از نشانگرهای هم‌بارز و داده‌های زیست‌محیطی به ‌منظور پیوند دقیق‌تر میان تنوع ژنتیکی و صفات سازگارکننده استفاده شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Genetic Diversity of Pistacia Species in Iraqi Kurdistan and Yazd, Iran: Insights from ISSR Markers

نویسندگان [English]

  • Rasty Yousif Kamal 1
  • S. Ebrahim Seifati 2
  • Saeed Tarkesh Esfahani 3
  • Nariman Salih Ahmad 4
1 College of Basic Education, University of Halabja, KRG, Iraq
2 Department of Arid Land and Desert Management, School of Natural Resources & Desert Studies, Yazd University, Yazd, Iran.
3 Department of Arid Land and Desert Management, School of Natural Resources & Desert Studies, Yazd University, Yazd, Iran.
4 Department of Biotechnology and Crop Science, College of Agricultural Engineering Sciences, University of Sulaimani, KRG, Iraq.
چکیده [English]

Objective
Ongoing climate change and anthropogenic pressures are accelerating the loss of genetic diversity in numerous plant species, including those within the Pistacia genus, which holds significant economic and ecological importance. Despite their critical roles as rootstocks and sources of traits such as drought and salinity tolerance, wild Pistacia populations in the western Zagros region of 0 and the arid zones of central Iran remain poorly characterized at the molecular level. This study aimed to investigate the genetic diversity and structure of Pistacia species across these two regions utilizing inter-simple sequence repeat (ISSR) markers.

Materials and methods
Leaf samples from 24 representative genotypes of P. atlantica, P. khinjuk, and P. vera were selected from an initial pool of 67 trees collected in Iraq and Iran. DNA was extracted using the CTAB protocol and amplified with 10 ISSR primers. Genetic variation was assessed through polymorphism statistics and diversity indices, including polymorphic information content (PIC), marker index (MI), resolving power (Rp), and effective multiplex ratio (EMR). Cluster analysis (UPGMA), principal coordinate analysis (PCoA), and analysis of molecular variance (AMOVA) were conducted to determine genetic structure and population differentiation.

Results
Out of 171 amplified bands, 163 (95.3%) were polymorphic, indicating a high level of genetic variability. The ISSR4 primer produced the highest number of polymorphic bands, while OW5 demonstrated the highest discriminative power (MI and Rp). AMOVA revealed that the majority of genetic variation (83%) was distributed within species. Notably, P. khinjuk exhibited the highest genetic diversity (He = 0.19; I = 0.30), followed by P. atlantica, while P. vera exhibited minimal variation. Neither the cluster analysis nor the PCoA revealed distinct geographic structuring, suggesting historical gene flow and potential anthropogenic influence.

Conclusions
These findings highlight significant intra-specific genetic diversity among wild Pistacia populations, particularly within P. khinjuk, underscoring their value as reservoirs of adaptive genetic traits. The absence of clear geographic clustering further supports the notion of long-term gene exchange across regions. This research provides a critical baseline for conservation efforts and cultivar development, especially in the context of increasing environmental stress. Future studies should incorporate co-dominant markers and environmental data to more effectively associate genetic variation with adaptive potential.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Biodiversity
  • Genetic distance
  • Western Zagros
  • Wild pistachio

مراجع

Al-Saghir, M. G. (2010). Phylogenetic analysis of the genus Pistacia L. (Anacardiaceae) based on morphological data. Asian Journal of Plant Sciences, 9(1), 28-36. https://doi.org/10.3923/ajps.2010.28.36
Amara, M., Bouazza, M., & Al-Saghir, M. G. (2017). Anatomical and adaptation features of Pistacia atlantica Desf. to adverse climate conditions in Algeria. American Journal of Plant Sciences, 8(2), 137-153. https://doi.org/10.4236/ajps.2017.82011
Aouadi, M., Guenni, K., Abdallah, D., Louati, M., Chatti, K., Baraket, G., & Salhi Hannachi, A. (2019). Conserved DNA-derived polymorphism, new markers for genetic diversity analysis of Tunisian Pistacia vera L. Physiology and Molecular Biology of Plants, 25, 1211-1223. https://doi.org/10.1007/s12298-019-00690-4
Askari, N., Mohammad Abadi, M., & Baghizadeh, A. (2011). ISSR markers for assessing DNA polymorphism and genetic characterization of cattle, goat and sheep populations. Iranian Journal of Biotechnology, 9(3), 222-229. https://www.ijbiotech.com/article_7158.html
Bouta, W., Bouda, S., Ait Bella, Y., Khachtib, Y., El Hansali, M., El Rasafi, T., & Haddioui, A. (2022). Assessment of genetic diversity of Moroccan Pistacia lentiscus L. populations using ISSR markers. Australian Journal of Crop Science, 16(3), 365-371. https://doi.org/10.21475/ajcs.22.16.03.p3390
Chesnokov, Y. V., & Artem’eva, A. M. (2015). Evaluation of the measure of polymorphism information of genetic diversity. Agricultural Biology, 50(5), 571-578. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2015.5.571eng
da Silva, J. B., André, M. R., & Machado, R. Z. (2016). Low genetic diversity of Anaplasma marginale in calves in an endemic area for bovine anaplasmosis in the state of São Paulo, Brazil. Ticks and Tick-borne Diseases, 7(1), 20-25. https://doi.org/10.1016/j.ttbdis.2015.07.018
Doyle, J. (1991). DNA protocols for plants. In P. M. Hewitt, A. W. B. Johnston, & J. P. W. Young (Eds.), Molecular techniques in taxonomy (pp. 283-293). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-642-83962-7_18
El Zerey-Belaskri, A., & Benhassaini, H. (2016). Morphological leaf variability in natural populations of Pistacia atlantica Desf. subsp. atlantica along climatic gradient: New features to update Pistacia atlantica subsp. atlantica key. International Journal of Biometeorology, 60, 577-589. https://doi.org/10.1007/s00484-015-1052-4
El Zerey-Belaskri, A., Ribeiro, T., Alcaraz, M. L., Zerey, W. E., Castro, S., Loureiro, J., Benhassaini, H., & Hormaza, J. I. (2018). Molecular characterization of Pistacia atlantica Desf. subsp. atlantica (Anacardiaceae) in Algeria: Genome size determination, chromosome count and genetic diversity analysis using SSR markers. Scientia Horticulturae, 227, 278-287. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2017.09.016
FAOSTAT. (2022). Statistical databases. Food and Agriculture Organization of the United Nations. http://faostat.fao.org
Gemmill, C. E. C., & Grierson, E. R. (2020). Inter-simple sequence repeats (ISSR), microsatellite-primed genomic profiling using universal primers. In T. Barta & J. Doležel (Eds.), Molecular plant taxonomy: Methods and protocols (pp. 249-262). Humana Press. https://doi.org/10.1007/978-1-0716-0997-2_14
Ghasemi, M., Baghizadeh, A., & Mohammad Abadi, M. R. (2010). Determination of genetic polymorphism in Kerman Holstein and Jersey cattle population using ISSR markers. Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 4(12), 5758-5760. https://sciexplore.ir/Documents/Details/557-435-505-219
Golan-Goldhirsh, A., Barazani, O., Wang, Z. S., Khadka, D. K., Saunders, J. A., Kostiukovsky, V., & Rowland, L. J. (2004). Genetic relationships among Mediterranean Pistacia species evaluated by RAPD and AFLP markers. Plant Systematics and Evolution, 246, 9-18. https://doi.org/10.1007/s00606-004-0132-4
Habel, J. C., Gossner, M. M., & Schmitt, T. (2021). Just beautiful?! What determines butterfly species for nature conservation. Biodiversity and Conservation, 30(8), 2481-2493. https://doi.org/10.1007/s10531-021-02204-9
Hosseinifard, S. J., Khademi, H., & Kalbasi, M. (2010). Different forms of soil potassium as affected by the age of pistachio (Pistacia vera L.) trees in Rafsanjan, Iran. Geoderma, 155(3-4), 289-297. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2009.12.013
Karcı, H., Paizila, A., Güney, M., Zhaanbaev, M., & Kafkas, S. (2022). Revealing genetic diversity and population structure in pistachio (Pistacia vera L.) by SSR markers. Genetic Resources and Crop Evolution, 69(8), 2875-2887. https://doi.org/10.1007/s10722-022-01410-w
Karimi, H. R., Zamani, Z., Ebadi, A., & Fatahi, M. R. (2009). Morphological diversity of Pistacia species in Iran. Genetic Resources and Crop Evolution, 56, 561-571. https://doi.org/10.1007/s10722-008-9386-y
Kostas, S., Hatzilazarou, S., Pipinis, E., Vasileiadis, A., Magklaras, P., Smyrnioudis, I., Vasilakis, T., Chazakis, M., Anastasiadi, V., Ziogou, F. T., & Kotoula, A. (2021). Propagation of Pistacia lentiscus var. Chia genotypes and determination of their ornamental traits combined with a genetic analysis using ISSR markers. Agronomy, 11(2), Article 205. https://doi.org/10.3390/agronomy11020205
Labdelli, A., De La Herrán, R., Arafeh, R., Resentini, F., Trainotti, L., Halis, Y., Adda, A., & Merah, O. (2020). Genetic variation in damaged populations of Pistacia atlantica Desf. Plants, 9(11), Article 1541. https://doi.org/10.3390/plants9111541
Mirahmadi, E., Javan, I. Y., Ahmadian, A., & Alipanah, M. (2021). Evaluation of genetic diversity of domestic and wild pistachio genotypes in Iran (Khorasan Razavi) using ISSR markers. Gorteria Journal, 34(4), 140-149. https://doi.org/10.1011/d00484-064-1052-6
Mohammadabadi, M. (2016). Inter-simple sequence repeats loci associations with predicted breeding values of body weight in Kermani sheep. Genetics in the Third Millennium, 14(4), 4386-4393. https://sciexplore.ir/Documents/Details/472-591-539-924
Mohammadabadi, M., Oleshko, V., Oleshko, O., Heiko, L., Starostenko, I., Kunovskii, J., Bazaeva, A., & Roudbari, Z. (2021). Using inter simple sequence repeat multi-loci markers for studying genetic diversity in guppy fish. Turkish Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 21, 603-613. https://doi.org/10.4194/1303-2712-v21_12_03
Mahmoodnia Meimand, M., Farzad Amirebrahimi, F., Karimi, H. R., Malekzadeh, K., & Tajabadipour, A. (2017). Genetic diversity assessment of male and female pistachio genotypes based on ISSR markers. Journal of Plant Molecular Breeding, 5(1), 31-39.
Nagaraju, J., Reddy, K. D., Nagaraja, G. M., & Sethuraman, B. N. (2001). Comparison of multilocus RFLPs and PCR-based marker systems for genetic analysis of the silkworm, Bombyx mori. Heredity, 86(5), 588-597. https://doi.org/10.1046/j.1365-2540.2001.00861.x
Nei, M. (1987). Molecular evolutionary genetics. Columbia University Press.
Neishabouri, S., Rezaei, M., Heidari, P., & Hokmabadi, H. (2022). Variability of male and female pistachio genotypes with morphological and dominant DNA markers. The Nucleus, 65(1), 25-34. https://doi.org/10.1007/s13237-021-00358-z
Peakall, R. O. D., & Smouse, P. E. (2006). GENALEX 6: Genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research. Molecular Ecology Notes, 6(1), 288-295. https://doi.org/10.1111/j.1471-8286.2005.01155.x
Powell, W., Morgante, M., Doyle, J. J., McNicol, J. W., Tingey, S. V., & Rafalski, A. J. (1996). Genepool variation in genus Glycine subgenus Soja revealed by polymorphic nuclear and chloroplast microsatellites. Genetics, 144(2), 793-803. https://doi.org/10.1093/genetics/144.2.793
Rauf, A., Patel, S., Uddin, G., Siddiqui, B. S., Ahmad, B., Muhammad, N., Mabkhot, Y. N., & Hadda, T. B. (2017). Phytochemical, ethnomedicinal uses and pharmacological profile of genus Pistacia. Biomedicine & Pharmacotherapy, 86, 393-404. https://doi.org/10.1016/j.biopha.2016.12.017
Said, S. A., Fernandez, C., Greff, S., Derridj, A., Gauquelin, T., & Mevy, J. P. (2011). Inter-population variability of leaf morpho-anatomical and terpenoid patterns of Pistacia atlantica Desf. ssp. atlantica growing along an aridity gradient in Algeria. Flora - Morphology, Distribution, Functional Ecology of Plants, 206(4), 397-405. https://doi.org/10.1016/j.flora.2010.08.002
Shahghobadi, H., Shabanian, N., Rahmani, M. S., & Khadivi, A. (2019). Genetic characterization of Pistacia atlantica subsp. kurdica from northern Zagros forests in Iran. Trees, 33, 481-490. https://doi.org/10.1007/s00468-018-1794-9
Sinchan Adhikari, S. A., Bandopadhyay, T. K., & Ghosh, P. D. (2013). Assessment of genetic diversity of certain Indian elite clones of Cymbopogon species through RAPD analysis. Indian Journal of Biotechnology, 12(1), 109-114.
Singh, A., Dikshit, H. K., Jain, N., Singh, D., & Yadav, R. N. (2014). Efficiency of SSR, ISSR and RAPD markers in molecular characterization of mungbean and other Vigna species. Indian Journal of Biotechnology, 13(1), 81-88.
Soares, A. N. R., Vitória, M. F., Nascimento, A. L. S., Ledo, A. D. S., Rabbani, A. R. C., & Muniz, A. D. S. (2016). Genetic diversity in natural populations of mangaba in Sergipe, the largest producer State in Brazil. Genetics and Molecular Research, 15(4), Article gmr15038624. https://doi.org/10.4238/gmr.15038624
Spengler, R. N. (2020). Anthropogenic seed dispersal: Rethinking the origins of plant domestication. Trends in Plant Science, 25(4), 340-348. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2020.01.005
Stuessy, T. F. (2009). Plant taxonomy: The systematic evaluation of comparative data. Columbia University Press.
Tagizad, A., Ahmadi, J., Haddad, R., & Zarrabi, M. (2010). A comparative analysis of ISSR and RAPD markers for studying genetic diversity in Iranian pistachio cultivars. Iranian Journal of Genetics and Plant Breeding, 1(1), 6-16.
TEKİN, H., Karagöz, İ. D., Kılıç, İ. H., Simitçioğlu, B., & Yayla, F. (2020). Morphological-pomological characteristics and ecological requirements of pistachio (Pistacia vera L.). Zeugma Biological Science, 1(2), 15-27.
Vargas, F., Romero, M., & Batlle, I. (2008). Following pistachio footprints in Spain. In Following pistachio footprints (Pistacia vera L.): Cultivation and culture, folklore and history, traditions and uses (pp. 90-97).
Vendramin, E., Dettori, M. T., Verde, I., Micali, S., Giovinazzi, J., Mardi, M., Avanzato, D., & Quarta, R. (2009). Molecular characterization of Pistacia genus by microsatellite markers. Acta Horticulturae, 825, 55-62. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2009.825.5
Venkatesan, J., Ramu, V., Sethuraman, T., Sivagnanam, C., & Doss, G. (2021). Molecular marker for characterization of traditional and hybrid derivatives of Eleusine coracana (L.) using ISSR marker. Journal of Genetic Engineering and Biotechnology, 19(1), Article 178. https://doi.org/10.1186/s43141-021-00277-1
Yousif Kamal, R., Seifati, S. E., Tarkesh Esfahani, S., & Nariman, S. A. (2022). Genetic diversity of some Pistacia species in Iraq and Iran using morphological characteristics and ISSR molecular markers [Master’s thesis, Yazd University].
Zamani, P., Akhondi, M., Mohammadabadi, M. R., Saki, A. A., Ershadi, A., Banabazi, M. H., & Abdolmohammadi, A. R. (2011). Genetic variation of Mehraban sheep using two inter-simple sequence repeat (ISSR) markers. African Journal of Biotechnology, 10(10), 1812-1817. https://academicjournals.org/journal/AJB/article-abstract/20044EF29730
Zeng, L., Tu, X. L., Dai, H., Han, F. M., Lu, B. S., Wang, M. S., Nanaei, H. A., Tajabadipour, A., Mansouri, M., Li, X. L., & Ji, L. L. (2019). Whole genomes and transcriptomes reveal adaptation and domestication of pistachio. Genome Biology, 20, Article 79. https://doi.org/10.1186/s13059-019-1686-3
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 18، شماره 2
خرداد 1405
صفحه 115-134

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار