بررسی تنوع ژنتیکی اکوتیپ‎های زیره‎سبز (Cuminum cyminum) خراسان با استفاده از نشانگرهای رپید و آی‌اس‌اس‌آر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه زراعت- دانشکده کشاورزی- دانشگاه بیرجند

2 زراعت

چکیده

هدف: تعیین میزان تنوع ژنتیکی در مواد گیاهی، گام اولیه برای شناسایی، حفظ و نگه‎داری ذخایر توارثی و همچنین پایه و اساس تحقیقات ژنتیکی و برنامه‎های اصلاحی است. هدف از این پژوهش بررسی تنوع ژنتیکی و دسته‏بندی اکوتیپ‏های زیره‏سبز جمع‏آوری شده از استان‏های خراسان شمالی، رضوی و جنوبی بر اساس نشانگرهای RAPD و ISSR بود.
 
موادوروش­ها: در ‎‎این تحقیق 20 اکوتیپ مختلف زیره‏سبز به منظور استخراج DNA در دانشکده کشاورزی بیرجند کشت گردید. کمیت و کیفیت DNA استخراج شده با استفاده از دو روش نانودراپ و الکتروفورز ژل آگارز‎‎ یک درصد مورد بررسی قرار گرفت. برای بررسی تنوع ژنتیکی از نه آغازگر RAPD  و 30 آغازگر ISSR  استفاده شد.
نتایج: نتایج حاصل از تجزیه واریانس مولکولی نشان داد که بین و درون جمعیت‌ها تنوع وجود دارد. بر اساس نشانگر RAPD، 10 درصد از تغییرات مربوط به بین جمعیت‎ها و 90 درصد مربوط به درون جمعیت‎ها و بر اساس نشانگر ISSR، نه درصد از تغییرات مربوط به بین جمعیت‎ها و 91 درصد مربوط به درون جمعیت‎ها بود. درصد چندشکلی بدست آمده از نشانگر RAPD و ISSR به ترتیب 62 و 70 درصد؛ میانگین محتوای چندشکلی 26/0 و  3/0؛ میانگین شاخص اطلاعاتی شانون 37/1 و 9/1 و میانگین شاخص اطلاعاتی نی 1/2 و 76/2 بدست آمد. نتایج حاصل از تجزیه به مختصات اصلی نشان داد که در نشانگر RAPD دو مولفه اول 6/40 درصد و در نشانگر ISSR چهار مولفه اول 6/49 درصد از تغییرات را توجیه کردند. تجزیه خوشه‌ای بر اساس ماتریس تشابه اکوتیپ‎های مورد مطالعه را به ترتیب در 6 و 7 خوشه گروه‌بندی نمود.
نتیجه گیری: با توجه به اطلاعات حاصله از جمله، درصد چند شکلی، دامنه زیاد بین ضرایب تشابه (جاکارد) حاصل شده و گروه‏بندی اکوتیپ‎ها در خوشه های مجزا، بین اکوتیپ‎های زیره مورد مطالعه تنوع ژنتیکی وجود دارد. از سوی دیگر بین تنوع ژنتیکی موجود در اکوتیپ‎های جمع آوری شده و موقعیت جغرافیایی، در بیشتر موارد ارتباط وجود داشت.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigation of Genetic Variation in Cumin (Cuminum cyminum) Ecotypes of Khorasan Provinces using RAPD and ISSR Markers

نویسندگان [English]

  • Mohammad Zabet 1
  • Atena Rahimi 2
  • Ali Izanlo 2
  • Zohreh Alizadeh 2
1 agronomy-agriculture-university of birjand
2 agronomy
چکیده [English]

Objective
Determination of genetic variation in plant material is an initial step for identification, preservation and maintenance of heritable reserves as well as the basis for genetic research and breeding programs. The aim of this research was to study the genetic diversity and categorization of cumin ecotypes collected from North, Razavi and South Khorasan provinces based on RAPD and ISSR markers. Ultimately, the aim was to answer the following questions: Is there a genetic diversity between cumin populations and is there a correlation between the genetic diversity and geographic diversity of cumin ecotypes?
 


Materials and methods
In this research, 20 different cumin ecotypes were cultivated for DNA extraction in the College of Agriculture of university of Birjand. The quantity and quality of the extracted DNA were evaluated using Nano drop and 1% agarose gel electrophoresis. For genetic variation, nine primers of RAPD and 30 ISSR primers were used.
 
Results
The results of the analysis of molecular variance (AMOVA) showed that there were variations between and within populations. Based on the RAPD and ISSR markers, 10 and 9 percent of the variation were between populations and 90 and 91 percent were within populations, respectively. Based on the RAPD and ISSR markers the percentage of polymorphism 62% and 70%, the mean of polymorphic content was 0.26 and 0.3, the mean of Shannon's information index was 1.37 and 1.9, and the mean of the information index 2.1 and 2.76 were obtained, respectively. The results PCoA showed that for the RAPD marker, the first two components were accounted 40.4% and for ISSR marker, however, the first four components were accounted for 49.6% of the variation. The cluster analysis based on the similarity matrix grouped the ecotypes in 6 and 7 clusters, respectively.
        
Conclusions
According to the obtained information, such as the polymorphism, the large amplitude between the similarity coefficients (jacquard) and the grouping of ecotypes in distinct clusters, there is a genetic diversity between the studied cumin ecotypes. The other hand, in most cases, there was the correlation between the genetic variation in the collected ecotypes and geographic location.
 
 
Zabet M, Rahimi A, Izanlo A, Alizadeh Z (2019) Investigation of Genetic Variation in Cumin (Cuminum cyminum) Ecotypes of Khorasan Provinces using RAPD and ISSR Markers. Agricultural Biotechnology Journal 11 (1), 75-98. 
 
Agricultural Biotechnology Journal 11 (1), 75-98.
10.22103/jab.2019.12102.1050
Received:  October 7, 2018; Accepted: April 8, 2019
© Faculty of Agriculture, Shahid Bahonar University of Kerman-Iranian Biotechnology Society

کلیدواژه‌ها [English]

  • Biplot
  • Cluster Analysis
  • Principal Coordinates Analysis

مراجع

باقری عبدالرضا، محمودی علی‌اکبر  (1381) زیره سبز، فناوری تولید و فرآوری. انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد.
بهادر یاسر ، محمدآبادی محمدرضا، خضری امین و همکاران (1395) مطالعه تنوع ژنتیکی جمعیت های زنبور عسل استان کرمان با استفاده از نشان­گرهای ISSR. 7(13)، 56-49.
عسکری ناهید ، باقی زاده امین ، محمدآبادی محمدرضا (1389) بررسی تنوع ژنتیکی در چهار جمعیت بز کرکی رائینی با استفاده از لوکوس های بین ریزماهواره (ISSR). 5(2)، 56-49.
فارسی محمد، باقری عبدالرضا (1388) اصول اصلاح نباتات. انتشارات جهاد دانشگاهی مشهد.
نقوی محمدرضا، قره یاضی بهزاد، حسینی سالکده قاسم (1392) نشانگرهای مولکولی. موسسه انتشارات و چاپ دانشگاه تهران. تهران.
References
Anderson JA, Churchill GA, Sutrique JE et al. (1993) Optimizing parental selection for genetic linkage maps. Genome Biol 36, 181-186.
Askari N, Baghizadeh A, Mohammadabadi MR (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, 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.
Bagheri AA, Mahmoodi AA (2002) Cumin production and processing technology. Department of agronomy, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University Press 143-150 (In Persian).
Baghizadeh A, Salar Karimi M, Pourseyedi SH (2013) Genetic diversity assessment of Iranian green cumin genotypes by RAPD molecular markers. Intl J Agron Plant Prod 4, 472-479.
Bahador Y, Mohammadabadi MR, Khezri A et al. (2016) Study of Genetic Diversity in Honey Bee Populations in Kerman Province using ISSR Markers. Res Anim Prod 7, 186-192 (In Persian).
Bahraminejad AR, Mohammadi-Nejad GH, Abdul Kadir M, Bin- Yusop MR (2012) Molecular diversity of Cumin (Cuminum cyminum L) using RAPD markers. Aust J Crop Sci 6, 194-199.
Choudhary SH, Meena RS, Singh R, Panwar A (2015) Analysis of diversity among cumin (Cuminum cyminum) cultivars using RAPD markers. Indian J Agr Sci 85, 117-121.
Farsi M, Bagheri AR (2009) Principles of Plant Breeding. Mashhad University Jihad Publications. 368 pp (In Persian).
Ghasemi M, Baghizadeh A, Mohammadabadi MR (2010) Determination of genetic polymorphism in Kerman Holstein and Jersey cattle population using ISSR markers. Aust J Basic Appl Sci 4, 5758-5760.
Giovannoni JJ, Wing RA, Ganal MW, Tanksley SD (1991) Isolation of molecular markers from specific chromosomal intervals using DNA pools from existing mapping populations. Nucleic Acids Res 19, 6553-6558.
Hashemi H, Safarnejad A, Bagheri AR (2008) Study of genetic diversity of Bunium Persicum Boiss using RAPD markers. Iranian J Rangelands and Forest Plant Breed 16 (2): 246-238.
Kafi M, Rashed-Mohassel MH, Koocheki A, Mollafilabi A (2002) Cumin Production Technology and Processing. Ferdowsi University Press, Mashhad, Iran.
Kapital B, Feyissa T, Yohannes P, Said M (2015) Molecular diversity study of black cumin (Nigella sativa L) from Ethiopia as revealed by Inter Simple Sequence Repeat (ISSR) markers. Afr J Biotechnol 14, 1543-1551.
Kimura M, Crow JF (1963) The measurement of effective population number. Evolution 17, 279-288.
Koocheki AR, Nasiri-Mahallati M, Najafi F (2004) Biological diversity of medicinal and aromatic plants in Iranian ecosystems. Iran Agric Res 2, 208-215.
Kumar P, Gupta VK, Misra AK et al. (2009) Potential of molecular markers in plant biotechnology. Plant Omics 2, 141-162.
Lewontin RC (1972) The apportionment of human diversity. Evolution Biology 6: 381–398.
Lynch M, Milligan B (1994) Analysis of population-genetic structure using RAPD markers. Mol Ecol 3, 91-99.
Madhuri P (2012) Appraisal of Genetic Diversity in Cuminum cyminum L using Molecular Markers. Intl J of Life Sci 3, 143-156.
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.
Naghavi MR, Gharehyazi B, Hosseini-Salekdeh GH (2013) Molecular markers. University of Tehran Publications, Tehran. 340 pp (In Persian).
Nei M (1987) Molecular evolutionary genetics. New York: Columbia University Press.512 pp.
Nei M, Li WH (1979) Mathematical model for studying genetic variation in terms of restriction endonucleases. Proceedings of the Natural Academy of Science of the USA 76, 5269-5273.
Powell W, Morgante M, Andre C et al. (1996) The comparison of RFLP, RAPD, AFLP and SSR (microsatellite) markers for germplasm analysis. Mol Breed 2, 225-238.
Rostami-Ahmadvandi H, Cheghamirza K, Kahrizi D, Bahraminejad S (2013) Comparison of morpho-agronomic traits versus RAPD and ISSR markers in order to evaluate genetic diversity among Cuminum cyminum L accessions. Aust J Crop Sci 7, 367-361.
Singh SK, Kakani RK, Meena RS et al. (2012) Genetic diversity among Indian varieties of foeniculum vulgare and Cuminum cyminum L based on nuclear ribosomal DNA and RAPD analyses. Intl J of Agri and Stat Sci 8(2)493-502.
Sudupak MA, Akkoya MS, Kence A (2002) Analysis of relationships among perennial and annual cicer species growing in Turkey using RAPD markers. Theor Appl Genet 105, 1220-1228.
Uzun A, Yesiloglu T (2012) Genetic diversity in citrus, genetic diversity in plants, Prof. Mahmut Caliskan (Ed.), ISBN: 978-953-51-0185-7, In Tech, Available from: http://www.intechopen.com/books/ genetic diversity- in-plants/genetic-diversity-in-citrus PP: 213-231.
Wright S (1951) The genetical structure of populations. Ann of Eur Genet 15, 323-354.
Zamani P, Akhondi M, Mohammadabadi MR (2015) Associations of inter simple sequence repeat loci with predicted breeding values of body weight in Sheep. Small Rumint Res 132, 123-127.
Zamani P, Akhondi M, Mohammadabadi MR et al. (2011) Genetic variation of Mehraban sheep using two inter simple sequence repeat (ISSR) markers. Afr J Biotechnol 10, 1812-1817.
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 11، شماره 1 - شماره پیاپی 33
دوره 11 شماره 1
خرداد 1398
صفحه 75-98

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار