مطالعه تنوع کلروپلاستی برخی ژنوتیپ‌های سیب شمال غرب ایران در مقایسه با برخی ژنوتیپ‌های البرز مرکزی، ارقام و پایه‌های تجاری

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشکده چای، مؤسسه تحقیقات علوم باغبانی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، لاهیجان، ایران

2 جهاد کشاورزی شهرستان رشت

3 گروه شیمی آلی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران ایران

چکیده

سابقه و هدف: سیب یکی از مهم‌ترین محصولات میوه‌ای مناطق معتدله می‌باشد. کشت و کار این محصول از زمان‌های بسیار دور در ایران انجام می‌شد و حتی برخی منابع، ایران را یکی از زادگاه‌های این گیاه نامیده‌اند. جمع‌آوری و ارزیابی ذخایر ژرم پلاسم داخلی و خارجی، اساسی‌ترین مرحله در برنامه‌های بهنژادی درختان میوه می‌باشد. اصلاح درختان سیب، امروزه با توجه به اهمیت تغذیه سالم و تولید پایدار میوه با کیفیت بیشتر سیب، بر پایه ژن‌های مقاومت می‌باشد. با توجه به اینکه اکثر واریته‌های سیب به صورت رویشی تکثیر می‌گردند، تنوع ژنتیکی کمی مورد انتظار می‌باشد؛ اما در مورد ژنوتیپ‌های بومی که حاصل انتخاب ویژگی‌های برتر می‌باشند، این تنوع مورد انتظار افزایش می‌یابد زیرا این ژنوتیپ‌ها اکثراً نتاج بذری می‌باشند. در این تحقیق سعی شده است نسبت به بررسی تنوع ژنتیکی اندامکی برخی ژنوتیپ‌های بومی سیب مربوط به مناطق کاشت عمده این محصول در شمال غرب ایران و البرز مرکزی و مقایسه آن‌ها با دو رقم تجاری رد دلیشز و فوجی و دو پایه M4 و M9، اقدام گردد.
مواد و روش‌ها: به‌منظور انجام این تحقیق، نمونه‌برداری از برگ‌های جوان و کاملاً توسعه یافته صورت گرفت و DNA ژنومی آن‌ها استخراج شد. برای بررسی تنوع اندامکی، 30 نمونه سیب، چهار جفت آغازگر اختصاصی برای ژنوم کلروپلاست (K1K2، CS، HK و TF) و دو آنزیم برشی (EcoRI و MseI) در روش چندشکلی شکافتن قطعات تکثیر شده (CAP) بکار برده شد. برنامه‌های NTSYS و POPGENE برای آنالیز داده‌ها، مورد استفاده قرار گرفتند.
یافته‌ها: از بین این چهار نشانگر بکار برده شده، سه نشانگر دارای قدرت تکثیر مناسب بودند که در کل، 13/4 درصد کل ژنوم کلروپلاست سیب را تکثیر نمودند. با بررسی هاپلوتایپی نمونه‌ها، در مجموع هشت هاپلوتایپ شناسایی شد که هاپلوتایپ H4 با پوشش 66/26 درصد از کل نمونه‌ها، بزرگترین گروه بود. تمام این گروه‌بندی‌ها به دلیل رخ دادن جهش‌‌های حذف و اضافه ایجاد شده بود. حداکثر تنوع ژنتیکی (Ht)، میانگین تنوع بین جمعیتی (Hs) و تفاوت ژنتیکی بین جمعیت‌ها (Gstc) به ترتیب 467/0، 4451/0 و 0481/0 بدست آمد.
نتیجه‌گیری: نتایج این بررسی نشان داد که هیچ‌گونه ساختار ژنتیکی مدونی مابین نمونه‌های مناطق مورد بررسی وجود ندارد؛ همچنین این نتایج تأیید نمودند که امکان کاربرد روش چندشکلی شکافتن قطعات تکثیر شده برای شناسایی ژنوتیپ‌های سیب و ارقام آن وجود دارد. با استفاده از این نشانگرها، تنوع ژنتیکی در DNA اندامکی بین ژنوتیپ‌های سیب مشاهده شد اما این تنوع به‌گونه‌ای نبود که قادر باشد ژنوتیپ‌‌های مناطق مختلف را از هم منفک نماید. به نظر می‌رسد شاید با افزایش تعداد آغازگرها و آنزیم‌های برشی، بتوان به این تفکیک دست‌یافت. همچنین نتایج این بررسی نشان داد که ژنوتیپ‌های سیب بومی ایران به دلیل آنکه اکثراً درگذشته به‌صورت جنسی تکثیر شده‌اند، دارای تنوع ژنتیکی بالایی می‌باشند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Studying of chloroplast diversity in some apple genotypes from North-West of Iran in comparison of some Alborz genotypes, commercial cultivars and rootstocks

نویسندگان [English]

  • shahin jahangirzadeh khiavi 1
  • Masoumeh Ashourpour 2
  • shabnaz KESHAVARZI 3
1 Tea Research Center, Horticultural Sciences Research Institute, Agricultural Research,Education and Extension Organization (AREEO), Lahijan, Iran
2 Organization of Agriculture Jahad, Gilan, Rasht
3 Department of Organic chemistry, Science and Research branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Background and objectives: Apple is one of the most important fruit products in temperate regions. The cultivation of this product has been done during a very long time in Iran and even according to some resources; Iran has been called as one of the hometowns of this plant. The most basic step in breeding programs for fruit trees is collecting and evaluating internal and external germplasm resources. Nowadays considering the importance of healthy eating and sustainable production of apple with higher quality, modifying apple trees, is essentially based on “resistance genes”. Given that most apple varieties are being propagated asexually, low genetic diversity is expected. But among genotypes that are the result of the upgrade, expected diversity increases because these genotypes are mostly seed progenies. In this study we have tried to evaluate the genetic diversity of organelles of some local genotypes of apple cultivated on the main cultivation areas in North West of Iran and Central Alborz and compare them with two commercial cultivars (Red Delicious and Fuji) and also M4 and M9.
Materials and Methods: For this investigation, young, fully developed leaves were sampled, their DNA genomes were extracted. In order to evaluate organelles diversity, 30 apples, four pairs of specific primers for the chloroplast genome (K1K2, CS, HK and TF) and two restriction enzymes (EcoRI and MseI) in Cleaved Amplified Polymorphic Sequences (CAPS) method were used. NTSYS and POPGENE were used for data analysis.
Results: Among these four markers, three markers have the ability to amplify appropriately, in which 4.13% of apple chloroplast genomes were amplified. By haplotype examination of samples, a total of eight haplotypes were identified which among them, H4 was the largest group with 26.66 percent of the total samples. All this groupings have been created due to the occurrence of mutations and/or deletions. Mean of genetic variation within (HS), Total (HT) and degree of genetic differentiations (GST) were 0.4451, 0.467 and 0.0481, respectively.
Conclusion: The results showed that there is no systematic genetic structure between samples of studied regions. These results also confirmed the possibility of applying Cleaved Amplified Polymorphic Sequences (CAPS) method to identify genotypes and varieties of apples. Using these markers, genetic diversity in organelle DNA was observed amongst apple genotypes, however, this variation was not able to separate the genotypes in different regions.
It seems perhaps by increasing the number of primers and restriction enzymes, this distinction can be achieved. The results of this study showed that native apple genotypes in Iran, posses high genetic diversity due to sexual reproduction in the past.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Malus
  • haplotype
  • Cleaved Amplified Polymorphic Sequences (CAPS)
  • general primer chloroplasts
  • restriction enzymes
1.Arnold, M.L., Buckner, C.M. and Robinson, J.J. 1991. Pollen-mediated introgression and
hybrid speciation in Louisiana irises. Proc. Nat. Acad Sci. USA. 88: 1398-1402.
2.Bouhadida, M., Martín, J.P., Eremin, G., Pinochet, J., Moreno, M.Á. and Gogorcena, Y. 2007.
Chloroplast DNA diversity in Prunus and its implication on genetic relationships.
J. Am. Soc. Hort. Sci. 132 :5. 670-679.
3.Coart, E., Van Glabeke, S., De Loose, M., Larsen, A.S. and Roldan-Ruiz, I.
2006. Chloroplast diversity in the genus Malus: New insights into the relationship between
the European wild apple (Malus sylvestris (L.) Mill.) and the domesticated apple
(Malus domestica Borkh.). Mol Ecol. 15: 2171-2182.
4.Demesure, B., Comps, B. and Petit, R.J. 1996. Chloroplast DNA phylogeography of the
common beech (Fagus sylvatica L.) in Europe. Evolution. 50: 2515-2520.
5.Demesure, B., Sodzi, N. and Petit, R.J. 1995. A set of universal primers for amplification of
polymorphic non-coding regions of mitochondrial and chloroplast DNA in plants. Mol Ecol.
4: 129-131.
6.Dumolin-Lapegue, S., Pemonge, M.. and Petit, R.J. 1997. An enlarged set of consensus
primers for the study of organelle DNA in plants. Mol. Ecol. 6: 393-397.
7.El-Mousadik, A. and Petit, R.J. 1996. Chloroplast DNA phylogeography of the argan tree of
Morocco. Mol. Eco. 5: 547-555.
8.Fofona, B., Harvengt, L., Baudoin, J.P. and Du Jardin, P. 1997. New primers for the
polymerase chain reaction of cpDNA intergenic spacers in Phaseolus phylogeny. Belg. J.
Bot. 129: 118-122.
9.Golein, B., Bigonah, M., Azadvar, M. and Golmohammadi, M. 2012. Analysis of genetic
relationship between ‘Bakraee’ (Citrus sp.) and some known Citrus genotypes through SSR
and PCR-RFLP markers. Sci. Hort. 148: 147-153.
10.Grivet, D., Heinze, B., Vendraminà, G.G. and Petit, R.J. 2001. Genome walking with
consensus primers: Application to the large single copy region of chloroplast DNA. Mol.
Ecol. Not. 1: 345-349.
11.Heinze, B. 1998. PCR based chloroplast DNA assay for the identification of native Populus
nigra and introduced poplar hybrids in Europe. Forest Genet. 5: 33-40.
12.http://www.diversityarrays.com/sites/default/files/pub/DArT_DNA_isolation.pdf.
13.Ishikawa, S., Kato, S., Imakawa, S., Mikami, T. and Shimamoto, Y. 1992. Organel DNA
polymorphism in apple cultivars and rootstocks. Theor. Appl. Genet. 83: 963-967.
14.Jahangirzadeh Khiavi, Sh., Zamani, Z., Mardi, M. and Fatahi Moghdam, M. 2013.
Evaluation of chloroplast relationship between some apple genotype from Azerbaijan of Iran
and their comparison with other local genotypes, cultivars and rootstocks. Afri. J. Agri. Res.
8: 1. 106-112.
15.Jahangirzadeh Khiavi, Sh. and Keshavarzi, Sh. 2016. Study of chloroplast haplotypes
distribution in some apple genotypes from central Alborz region by using PBR method.
Third international and sixth confrence of medical herbs and stable agricalture. December
11. Iran. Hamedan. (In Persian)
16.Jahangirzadeh Khiavi, Sh., Hamidoghli, Y., Golein, B. and Sabouri, A. 2017. Haplotype
Identification of Some Lime Genotypes from Minab Region by Usage of Chloroplast
Genome. First International Conference & 10th National Horticultural Science Congress of
Iran (IrHC2017). September 4-7. Iran. Tehran. (In Persian)
17.Mabberley, D.J., Jarvis, C.E. and Juniper, B.E. 2001. The name of the apple. Telopea J.
9: 421-430.
18.Mariac, C., Trouslot, P., Poteaux, C., Bezancon, G. and Renno, J.F. 2000. Chloroplast DNA
extraction from herbaceous and woody plants for direct restriction fragment length
polymorphism analysis. Biotechniques. 28: 110-113.
19.Mohanty, A., Martín, J.P. and Aguinagalde, I. 2001. Chloroplast DNA study in wild
populations and some cultivars of Prunus avium L. . Theor. Appl. Genet. 103: 112-117.
20.Mohanty, A., Martin, J.P., Gonzalez, L.M. and Aguinagalde, I. 2003. Association between
chloroplast DNA and mitochondrial DNA haplotypes in Prunus spinosa L. (Rosaceae)
populations across Europe. Ann. Botany. 92: 749-755.
21.Mohanty, A., M., J.P. and Aguinagalde, I. 2000. Chloroplast DNA diversity within and among
populations of the allotetraploid Prunus spinosa L. Theor. Appl. Genet. 100: 1304-1310.
22.Palmer, J.D. and Stein, D.B. 1986. Conservation of chloroplast genome structure among
vascular plant. Curr. Genet. 10: 823-833.
23.Panda, S., Pedro Martin, J. and Aguinaglde, I. 2003. Chloroplast DNA study in sweet cherry
cultivars (Prunus avium L.) using PCR-RFLP method. Genet. Resour. Crop Evol. 50: 489-495.
24.Petit, R.J., Kremer, A. and Wagner, D.B. 1993a. Geographic structure of chloroplast DNA
polymorphisms in European oaks. Theor. Appl. Genet. 87: 122-128.
25.Phipps, J.B., Robertson, K.R., Smith, P.G. and Rohrer, J.R. 1990. A checklist of the
subfamily Maloideae (Rosaceae). Can J. Bot. 68: 10. 2209-2269.
26.Sears, B.B. 1980. Elimination of plastids during spermatogenesis and fertilization in the
plant kingdom. Plasmid. 4: 233-255.
27.Sugiura, M. 2003. History of chloroplast genomics. Photosyn Res. 76: 371-377.
28.Taberlet, P., Gielly, L., Pautou, G. and Bouvet, J. 1991. Universal primers for amplification
of three non-coding regions of chloroplast DNA. Plant Mol. Biol. 17: 1105-1109.
29.Turkec, A., Sayar, M. and Heinze, B. 2006. Identification of sweet cherry cultivars (Prunus
avium L.) and analysis of their genetic relationships by chloroplast sequence-characterised
amplified regions (cpSCAR). Genet. Resour. Crop Evol. 53: 1635-1641.
30.Weising, K. and Gardner, R.C. 1999. A set of conserved PCR primers for the analysis
of simple sequence repeat polymorphisms in chloroplast genomes of dicotyledonous
angiosperms. Genome. 42: 9-19.
31.Whatley, J.M. 1982. Ultrastructure of plastid inheritance: Green algae to angiosperms.
Biol. Rev. 57: 527-569.
32.Zeinalabedini, M., Mahjourhat, K., Khayam-Nekoui, M., Grigorian, V., Toorchi, M.,
Dicenta, F. and Martinez-Gomez, P. 2007. Molecular characterization of almond cultivars
and related wild species using nuclear and chloroplast DNA markers. J. Food. Agri. Envir.
5: 3&4. 242-247.
33.Zohary, D. and Hopf, M. 2001. Domestication of Plants in the Old World: The Origin and
Spread of Cultivated Plants in West Asia, Europe, and the Nile Valley. Oxford University
Press. 328p.