ارزیابی تنوع مورفولوژیکی و ژنتیکی جمعیت‌های Pulicaria gnaphalodes در بخشی از جنوب شرق ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی گروه علوم باغبانی، دانشکده علوم کشاورزی و صنایع غذایی، دانشگاه علوم تحقیقات، تهران، ایران

2 استادیار، گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

3 ، مرکز تحقیقات گیاهان دارویی و طب سنتی، دانشکده داروسازی، دانشگاه عوم پزشکی،کرمان، ایران

4 گروه زیست شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه شهید باهنر، کرمان، ایران

5 پژوهشکده گیاهان دارویی جهاد دانشگاهی، کرج، ایران

چکیده

هدف: گیاه دارویی و معطر Pulicaria gnaphalodes (Vent.) Boiss معروف به گیاه کک کش یکی از گسترده‌ترین گونه‌های بیابانی است که به‌صورت وحشی در مناطق وسیعی از ایران رشد می‌کند. این گیاه منبع فلاونوئیدها و ترپن‌ها است که در طب سنتی کاربرد‌های متعددی دارد. با توجه به اهمیت دارویی این گیاه، هدف این تحقیق بررسی و مقایسه کارایی نشانگرهای مولکولی و مورفولوژیکی در تفکیک جمعیت‌های آن بود
مواد و روش‌ها: در این پژوهش 20 جمعیت از این گونه از استان‌های کرمان، فارس، یزد و هرمزگان جمع‌آوری و تنوع ژنتیکی آنها با استفاده از 10 صفت مورفولوژیکی و 25 آغازگر ISSR مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نمونه‌گیری برای استخراج DNA در بهار و نمونه‌گیری برای بررسی‌های مورفولوژیکی در انتهای فصل رشد در تابستان انجام شد.
نتایج: در بررسی تنوع ژنتیکی بین جمعیت‌ها، در مجموع 150 نوار تکثیر شد که از این تعداد 139 مورد آن (67/92 درصد) چند‌شکل بودند. میانگین تعداد آلل‌های موثر (Ne) و هتروزیگوسیتی مورد‌ انتظار (uHe) به‌ترتیب 47/1 و 288/0 بود. دندروگرام رسم شده با استفاده از روش Wards، این تجزیه جمعیت‌ها را به دو گروه اصلی تقسیم نمود. خوشه‌ کوچک‌تر شامل جمعیت‌های 15، 18 و 19 بود و سایر جمعیت‌ها در خوشه بزرگ قرار گرفتند. ارتباط ضعیفی بین الگوی تنوع ژنتیکی جمعیت‌ها و داده‌های GIS مشاهده شد. نتایج حاصل از تجزیه به عامل‌ها برای صفات مورفولوژیک نشان داد که سه مؤلفه اصلی (مولفه‌های زایشی، سطح برگ و رویشی) با مقادیر ویژه بیش از یک، 24/69 درصد از کل تنوع را توجیه نمودند. این سه عامل به ترتیب 77/28، 05/21 و 42/19 درصد از تغییرات داده‌ها را تبیین کردند. تجزیه به عامل‌ها جمعیت‌های مورد مطالعه را به دو گروه مشخص تقسیم نمود.
نتیجه‌گیری: در مطالعه حاضر، سطوح بالایی از تنوع ژنتیکی و مورفولوژیکی بین جمعیت‌های P. gnaphalodes مشاهده شد به نحوی که پراکندگی‌های جغرافیایی تاثیر کمی در تنوع ژنتیکی جمعیت‌ها داشت. به‌نظر می‌رسد عواملی نظیر چند ساله بودن گیاه، سیستم گرده‌افشانی، خود‌ناسازگاری، پراکندگی بذر توسط باد و جریان ژن، از تنوع ژنتیکی بالای جمعیت‌ها حمایت کنند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Evaluation of morphologic and genetic diversity of Pulicaria gnaphalodes populations collected from south-east of Iran

نویسندگان [English]

  • Zahra Hassanabadi 1
  • Mehdi Mohayeji 2
  • Fariba Sharififar 3
  • Mansour Mirtadzadini 4
  • Ali Mehrafarin 5
1 Student of Horticulture, Medicinal Plants, Islamic Azad University, Faculty of Science, Tehran Research, Iran
2 Assistant Professor, Department of Genetics and Crop Production, Faculty of Agriculture, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran
3 Herbal and Traditional Medicines Research Center, Kerman University of Medical Sciences, Iran.
4 Department of Biology, Faculty of Sciences, Shahid Bahonar University of Kerman
5 Medicinal Plants Research Center, Institute of Medicinal Plants, ACECR, Karaj
چکیده [English]

Objective
Pulicaria gnaphalodes (Vent.) Boiss, known as Kak-Kosh, is a desert-adapted species that has been widely distributed throughout Iran. This plant is a source of flavonoids and terpenes that are used in traditional medicine. Considering the medicinal importance of this plant, the aim of this research was to investigate the effectiveness of molecular and morphological markers to separate the populations.
Materials and methods
In this research, 20 populations of this species were collected from Kerman, Fars, Yazd and Hormozgan provinces and their genetic diversity was analyzed using 10 morphological traits and 25 ISSR primers. Sampling for genetic and morphological studies were carried out in spring and late summer, respectively.
Results
A total of 150 ISSR marker fragments were scored and 139 bands were found to be polymorphic [the percentage of polymorphic bands (PPB): 92.67%]. The average number of effective alleles (Ne) and expected Heterozygosity (uHe) for the amplification products were 1.470 and 0.288 respectively. Both Principal Coordinates Analysis (PCoA) and UPGMA cluster analysis supported the clustering of all the populations into two groups. Small cluster contained populations 15, 18 and 19 and other populations were placed in a large Cluster. A weak relationship was observed between genetic diversity and GIS data. The Factor Analysis (FA) results for morphological traits detected three principal components with Eigen value greater than one (reproductive, leaf area, and vegetative components), which explained 69.24% of the total variability. These three components explained 28.77, 21.05 and 19.42 percentage of variability respectively. The FA analysis separated a group from the other populations.
Conclusions
In the present study, high levels of genetic and morphologic diversity were found between P. gnaphalodes populations. So that geographical separations have a weak effect on genetic diversity of populations. It seems that some probable factors such as perianality, self-incompatibility, pollination system, seed dispersal by wind, and gene flow could support achieving the population in a high level of genetic diversity.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fleabane
  • Genetic variation
  • Morphological diversity
  • ISSR Marker

مراجع

مجرد م، حسینی سرقین س، سنبلی ع، حیدری ر (1397). بررسی تنوع ژنتیکی جمعیت‌های گونه Tanacetum polycephalum آذربایجان‌غربی با استفاده از نشانگر مولکولی ISSR. تحقیقات ژنتیک و اصلاح گیاهان مرتعی و جنگلی ایران، 26(2)، 268-278.‎
References
Abbasi Sh, Houshmand S, Mirakhorli N (2018) Evaluation of morphological characteristics, glandular trichomes structure and their relationship with essential oil content in four species of Thyme (Thymus spp.). J Medicin Aroma Plants Res 34, 859-69.
Allen AM, Thorogood CJ, Hegarty MJ et al. (2011) Pollen–pistil interactions and self-incompatibility in the Asteraceae: new insights from studies of Senecio squalidus (Oxford ragwort). Ann Bot 108, 687-698.
Anderberg A, Eldenäs P (2009) Inuleae. Systematics, Evolution and Biogeography of the Compositae International Association for Plant Taxonomy Viena, Austria, pp. 667-680.
Asghari G, Zahabi F, Eskandarian A, et al. (2014) Chemical composition and leishmanicidal activity of Pulicaria gnaphalodes essential oil. Res J pharmacogn 1, 27-33
Atri M, Chehregani A, Jalali F et al. (2009) New chromosome counts in some species of the genus Artemisia L.(Asteraceae) from Iran. Cytologia 74, 443-448.
Azizi H, Sheidai M, Mozaffarian V et al. (2018) Genetic and morphological diversity in Tragopogon graminifolius DC.(Asteraceae) in Iran. Cytol Genet 52, 75-79.
Azizi N, Sheidai M, Mozafarian V et al. (2014) Genetic, cytogenetic and morphological diversity in Helicrysum leucocephalum (Asteraceae) populations. Biologia 69, 566-573.
Batoli H, Haghir EA, Karimi I et al. (2017) The Survey of The Essential Oil Composition Of Pulicaria Gnaphalodes (Vent.) Boiss. From Brzok Of Kashan At The First Report. Eco-phytochem. J Med Plant 5, 65-78.
Dogan B, Duran A, Şeker M et al. (2015) Study of phylogenetic relationship of Turkish species of Klasea (Asteraceae) based on ISSR amplification. PhytoKeys 56, p29.
Ebrahimi M, Farajpour M, Rahimmalek M (2012) Inter-and intra-specific genetic diversity of Iranian yarrow species Achillea santolina and Achillea tenuifolia based on ISSR and RAPD markers. Genet Mol Res 11, 2855-2861.
Eftekharian R, Sheidai M, Attar F et al. (2017) Morphometric and ISSR based variability analysis to elucidate population genetic structure in Senecio glaucus L.(Asteraceae: Senecioneae). Nucleus 60, 43-49.
Eichten SR, Schmitz RJ, Springer NM (2014) Epigenetics: beyond chromatin modifications and complex genetic regulation. J Plant Physiol 165, 933-947.
Englund M, Pornpongrungrueng P, Gustafsson MH, Anderberg AA (2009) Phylogenetic relationships and generic delimitation in Inuleae subtribe Inulinae (Asteraceae) based on ITS and cpDNA sequence data. Cladistics 25, 319-352.
Fatihi A, Zbierzak AM, Dörmann P (2013) Alterations in Seed Development Gene Expression Affect Size and Oil Content of Arabidopsis Seeds. Plant Physiol 163(2), 973-985.
Ghasemi M, Baghizadeh A, Mohammadabadi MR (2010) Determination ofgenetic polymorphism in Kerman Holstein and Jersey cattle population using ISSR markers. Aust J Basic Appl Sci 4, 5758–5760.
Gonthier L, Blassiau C, Mörchen M et al. (2013) High-density genetic maps for loci involved in nuclear male sterility (NMS1) and sporophytic self-incompatibility (S-locus) in chicory (Cichorium intybus L., Asteraceae). Theor Appl Genet 126, 2103-2121
Habibi H, Ghahtan N, Eskandari F. (2017) Chemical composition and antibacterial effect of medicinal plants against some food-borne pathogen. Res Mo Med 5, 14-21.
Hadipour M, Kazemitabar SK, Yaghini, H, Dayani S (2020) Genetic diversity and species differentiation of medicinal plant Persian Poppy (Papaver bracteatum L.) using AFLP and ISSR markers. Ecol. Genet. Genom 16, 100058.
Haghpanah M, Kazemitabar SK, Hashemi SH, Alavi, SM (2016) Comparison of ISSR and AFLP markers in assessing genetic diversity among Nettle (Uritica dioica L.) populations. J Plant Mol Breed 4(1), 10-16.
IBM Corp. Released 2013. IBM SPSS Statistics for Windows, Version 22.0. Armonk, NY: IBM Corp.
Kazemi M, Nagafi G, Azad A (2013) Constituents, antimicrobial and antioxidant activities of Pulicaria gnaphalodes (Vent.) Bioss. Volatile Oil from Iran. Asian J Chem 25, 3215.
Kumar A, Mishra P, Singh SC, Sundaresan V (2014) Efficiency of ISSR and RAPD markers in genetic divergence analysis and conservation management of Justicia adhatoda L., a medicinal plant. Plant Syst Evol 300(6), 1409-1420.
Li N, Li Y (2016) Signaling pathways of seed size control in plants. Curr. Opin. Plant Biol 33, 23-32.
Luz GC, Strioto DK, Mangolin CA, Maria DF (2020) ISSR markers to assess genetic diversity of cultivated populations from artificial selection of Stevia rebaudiana (Bert.) Bertoni. Breed Sci 70(4), 508-514.
Ma, S, Khayatnezhad M, Minaeifar, AA (2021) Genetic diversity and relationships among Hypericum L. species by ISSR Markers: A high value medicinal plant from Northern of Iran. Caryologia 74(1), 97-107.
Melito S, Sias A, Petretto GL et al. (2013) Genetic and metabolite diversity of Sardinian populations of Helichrysum italicum. PLoS One 8, e79043.
Mirian M, Sadeghi-Aliabadi H, Asghari G, Hatami A. (2015) Cytotoxic effects of essential oil and different extracts of Pulicaria gnaphalodes Bioss. on a panel of cancer cells. 5th World Congress on Cell & Stem Cell Research. Volum VI. March 23-25, 2015. Chicago, USA. pp 123-128.
Mohammadabadi M, 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 (12), 603-613.
Mojarad M, Hassani-Sarghein S, Sonboli A, Heidari R (2018) Genetic variability of Tanacetum polycephalum populations in West Azarbaijan using ISSR molecular markers. Iran J Rangel For Plant Breed Genet Res 26(2) (In Persian).
Murray M, Thompson WF (1980) Rapid isolation of high molecular weight plant DNA. Nucleic Acids Res 8, 4321-4326.
Naseri HR, Azarnivand H, Jafari MJC (2009) Chromosomal evolution in some Iranian Artemisia L. using numerical analysis of karyotypes. Cytologia 74, 55-64.
Ng, WL, Tan, SG (2015) Inter-simple sequence repeat (ISSR) markers: are we doing it right. ASM Sci J 9(1), 30-39.
Oğraş T, Baştanlar EK, Metin ÖK et al. (2017) Assessment of genetic diversity of rose genotypes using ISSR markers. Turk J Bot 41, 347-355.
Peakall R, Smouse PEJMen (2006) GENALEX 6: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research. Mol Ecol Notes 6, 288-295.
Qari S, Kamel E, Ali K (2016) Karyotype Criteriaof Some Taxa Of Asteraceae (Compositae) From Saudi Arabia. Int J Biol Allied Sci 5, 2956-2966.
Rahimmalek M, Tabatabaei BES, Arzani A et al. (2009) Assessment of genetic diversity among and within Achillea species using amplified fragment length polymorphism (AFLP). Biochem. Syst Ecol 37, 354-361.
Sevindik E, Paksoy MY, Sevindik M (2022) Genetic Relationship of Seven Endemic Inula L.(Asteraceae) Species Grown in Turkey. Turk J Agric-Food Sci Technol 10(4), 678-681.
Seyedimoradi H, Talebi R, Fayaz F (2016) Geographical diversity pattern in Iranian landrace durum wheat (Triticum turgidum) accessions using start codon targeted polymorphism and conserved DNA-derived polymorphism markers. J Environ Biol 14, 63-68.
Shariatifar N, Kamkar A, Shamse Ardekani MR et al. (2014) Composition and antioxidant activities of Iranian Pulicaria gnaphalodes essential oil in Soybean oil. Pak J Pharm Sci 27(4), 807-813.
Shirani V, Jazi V, Toghyani M, Ashayerizadeh A, et al. (2019) Pulicaria gnaphalodes powder in broiler diets: consequences for performance, gut health, antioxidant enzyme activity, and fatty acid profile, Poult Sci 98(6), 2577-2587.
Younsi F, Rahali N, Mehdi S et al. (2018) Relationship between chemotypic and genetic diversity of natural populations of Artemisia herba-alba Asso growing wild in Tunisia. Phytochemistry 148, 48-56.
Yuan, CY, Wang P, Chen PP, et al (2015) Genetic diversity revealed by morphological traits and ISSR markers in 48 Okras (Abelmoschus escullentus L.). Physiol Mol Biol 21(3), 359-364.
Zarin P, Ghahremaninejad F, Maassoumi AAJT et al. (2010) Systematic of genera Pulicaria Gaertn. and Platycheteae Boiss. from tribe Inuleae s. str (Asteraceae) in Iran. Tax Biosystem J 2, 27-44.
Zendehdel, M, Fallah R, Baghbanzadeh A, et al. (2013) Effect of intracerebroventricular injection of aqueous extract and essential oil of Pulicaria gnaphalodes on PTZ-induced seizures in male rat. Physiol Pharmacol 17: 94-100.
 
 
 
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 15، شماره 1
فروردین 1402
صفحه 145-166

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار