مطالعه تنوع DNA کلروپلاستی و روابط ژنتیکی برخی ژنوتیپ‌های چای

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

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

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

چکیده

سابقه و هدف: گیاه چای [Camellia sinensis (L.) O.Kuntze)] گیاهی نوشیدنی غیر الکلی با ویژگی‌های دارویی بسیاری است که در قرن گذشته وارد ایران شده و در منطقه شمال کشور کشت شده است. شناخت تنوع ژنتیکی موجود در گیاهان جهت برنامه‌های اصلاحی و حفاظت از ژرم‌پلاسم بسیار مهم است بطوری که می‌توان بیان کرد جمع آوری وارزیابی ذخایر ژرم پلاسم داخلی و خارجی، اساســــی ترین مرحله دربرنامه‌های به‌نژادی گیاهان می باشد. مطالعات زیادی بر روی ژنوم هسته این گیاه صورت گرفته است اما بررسی روابط ژنوم اندامکی در این گیاه بسیار محدود می‌باشد. در این پژوهش برای اولین بار با استفاده از ژنوم کلروپلاست، تنوع بخشی از ژرم‌ پلاسم چای موجود در ایران مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روش‌ها: در این تحقیق تعداد 35 نمونه گیاه چای از شش جمعیت (منطقه شرق چایکاری (نشتارود)، منطقه مرکز چایکاری (لاهیجان)، منطقه غرب چایکاری (فشالم)، ژنوتیپ‌های وارداتی از گرجستان، کلون‌های وارداتی از ژاپن و کلون‌های وارداتی از سریلانکا) موجود در سه کلکسیون پژوهشکده چای مورد بررسی قرار گرفتند. در ابتدا نمونه‌برداری از برگ‌های جوان و کاملاً توسعه یافته انجام و DNA کل آنها استخراج شد. با استفاده از پنج جفت پرایمر عمومی کلروپلاست معرفی شده (DT، LF، HK، SC و rbcL) و چهار آنزیم برشی (BglII، HinfI، AluI و PstI) با کار برد روش واکنش زنجیره‌ای پلی مراز - تفاوت طول قطعات حاصل از هضم (PCR -RFLP) تنوع موجود در ژنوم کلروپلاست این گیاهان مورد بررسی قرار گرفتند. برنامه‌های NTSYS و POPGENE برای آنالیز خوشه‌ای و جمعیتی داده‌ها، استفاده شدند.
یافته‌ها: در این بررسی حدود bp6980 از ژنوم کلروپلاست گیاه چای در واکنش زنجیره‌ای پلی‌مراز تکثیر شده و با استفاده از آنزیم‌های برشی بررسی گشتند. از 20 ترکیب آغازگر /آنزیم ممکن، چهار ترکیب DT/ HinfI، DT/ AluI، LF/ PstI، HK/ HinfI حالت چند شکلی نشان داده و این چهار ترکیب نمونه‌ها را در هفت گروه هاپلوتایپی (H1، H2، H3، H4، H5، H6 و H7) قرار دادند. تمام این گروه‌بندی‌ها به دلیل رخ دادن جهش‌‌های حذف و اضافه در محدوده bp40-10 ایجاد شده بود. حداکثر تنوع ژنتیکی (Ht)، میانگین تنوع بین جمعیتی (Hs) و تفاوت ژنتیکی بین جمعیت‌ها (Gst) به ترتیب 46/0، 25/0 و 45/0 بدست آمد.
نتیجه‌گیری: نتایج بررسی 35 نمونه‌چای نشان داد که هیچ گونه ساختار ژنتیکی مدونی مابین مناطق مختلف جمع آوری نمونه‌ها وجود ندارد؛ همچنین این نتایج تأیید نمودند که امکان کاربرد روش واکنش زنجیره‌ای پلی مراز - تفاوت طول قطعات حاصل از هضم (PCR -RFLP) برای بررسی تنوع ژنتیکی و شناسایی ژنوتیپ‌های چای و ارقام آن وجود دارد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Study of Chloroplast DNA diversity and Genetic Relationships of some Tea Genotypes

نویسندگان [English]

  • shahin jahangirzadeh khiavi 1
  • Korosh Falakrou 2
1 Assistant Prof., Tea Research Center, Horticultural Sciences Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Lahijan, Iran
2 Researcher, Tea Research Center, Horticultural Sciences Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Lahijan, Iran
چکیده [English]

Background and objectives: The herbal tea [Camellia sinensis (L.) O.Kuntze)] is a non-alcoholic beverage with many medicinal properties that has entered Iran in the last century and cultivated in the northern region. Understanding the genetic diversity of plants for breeding programs and the protection of germplasm is very important so that it can be stated that the collection and evaluation of domestic and foreign germplasm reserves is the most important stage in plant breeding programs. Many studies have been done on the nucleus genome of this plant, but the investigation of the organelles genome relationships in this plant is very limited. For the first time in this research, we have tried to investigate the diversity of this germplasm in Iran by using the genome of chloroplasts.
Materials and Methods: In this research, 35 tea-plant samples from six populations (east tea cultivation district (Nashtarood), central tea cultivation district (Lahijan), west tea cultivation district (Fashalem), imported genotypes from Georgia, imported clones from Japan, and imported clones from Sri Lanka) in three collections of the tea institute were studied. At first sampling of young and fully developed leaves was performed and the DNA genomes were extracted. By using five pairs of specific primers for the chloroplast genome (DT, LF, HK, SC and rbcl) and four restriction enzymes (BglII, HinfI, AluI and PstI) with Polymerase Chain Reaction- Restriction Fragment Length Polymorphism (PCR- RFLP) method, the variety in the chloroplast genome of these plants was investigated. NTSYS and POPGENE were used for cluster and population analysis.
Results: In this study, about 6980bp of the tea chloroplast genome was amplified in polymerase chain reaction and examined by restriction enzymes. Of the 20 primer/ enzyme combinations, four combinations (DT/ HinfI, DT/ AluI, LF/ PstI and HK/ HinfI) were shown polymorphic pattern and these four compounds put samples into seven haplotypic groups (H1, H2, H3, H4, H5, H6 and H7). All these grouping were created due to the occurrence of insertion-deletion mutations in the range of 10-40bp. Mean of genetic variation within (HS), Total (HT) and degree of genetic differentiations (GST) were 0.25, 0.46 and 0.45, respectively.
Conclusion: The results of investigation of 35 tea samples showed that there was no cognitive genetic structure between the different sample regions. These results also confirmed the possibility of utilization Polymerase Chain Reaction- Restriction Fragment Length Polymorphism (PCR- RFLP) technique to investigation of genetic diversity and identify genotypes and varieties of tea.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Camellia
  • Chloroplast universal primer
  • Hanplptype
  • Restriction enzymes

مراجع

1.Ahadi Dolatsara, E., Salami, S.A.R., Shokrpour, M., Naghavi, M.R. and Soorni, A. 2015. Evaluation of chloroplast DNA diversity and phylogenetic relationship among 28 Iranian Artemisia species. Iran. J. Hort. Sci. 45: 4. 401-415. (In Persian)
2.Avise, J.C. 1994. Molecular Markers, Natural History and Evolution. Chapman and HALL: An International Thomson Publishing Company.
3.Badenes, M.L. and Parfitt, D.E. 1995. Phylogenetic relationships of cultivated Prunus species from an analysis of chloroplast DNA variation. Theor. Appl. Gen. 90: 7-8. 1035-1041.
4.Bali, S., Raina, S. N., Bhat, V., Aggarwal, R.K. and Goel, S. 2013. Development of a set of genomic microsatellite markers in tea (Camellia L.) (Camelliaceae). Mol. Breed. 32: 3. 735-741.
5.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. Amer. Soc. Hort. Sci. 132: 5. 670-679.
6.Brettin, T.S., Karle, R., Crowe, E.L. and Lezzoni, A.F. 2000. Brief communication. Chloroplast inheritance and DNA variation in sweet, sour and ground cherry. J. Hered. 91: 1. 75-79.
7.Chang, H.T. 1984. A revision of the tea resource plants. Acta Sientia Natural Univer Sunyats, 1: 1-12.
8.Chen, L., Yu, F. and Tong, Q. 2000. Discussions on phylogenetic classification and evolution of Sect. Thea. J. Tea Sci. 20: 2. 89-94.
9.Chen, S.X., Qi, G.N., Li, H., Shan, H.L. and Zou, Y. 2012. Rapid establishment of polymerase chain reaction-restriction fragment length polymorphism (PCR-RFLP) system for chloroplast DNA in tea [Camellia sinensis (L.) O. Kuntze]. Afric. J. Biotech. 11: 33. 8181-8188.
10.Dellaporta, S.L., Wood, J. and Hicks, J.B. 1983. A plant DNA minipreparation: version II. Plant Mol. Biol. Repor.
1: 4. 19-21.
11.Demesure, B., Comps, B. and Petit, R.J. 1996. Chloroplast DNA phylogeography of the common beech (Fagus sylvatica L.) in Europe. Evolution. 50: 6. 2515-2520.
12.Dumolin‐Lapegue, S., Pemonge, M.H. and Petit, R.J. 1997. An enlarged set of consensus primers for the study of organelle DNA in plants. Mol. Ecol.6: 4. 393-397.
13.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.
14.Grivet, D., Heinze, B., Vendramin, 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: 4. 345-349.
15.Hamza, N.B. 2005. Population genetic analysis of European and African willows (Salix spp.) using nuclear microsatellite and chloroplast markers (Doctoral dissertation, University of Natural Resources and Applied Life Sciences (BOKU), Vienna, Austria.
16.Heinze, B. 2001. A data base forPCR primers in the chloroplast genome[DB]. Version 1.0 (November 2002-356 primer sequences), from http://bfw.ac.at/200/1859.html.
17.Jahangirzadeh Khiavi, Sh., Ashourpour, M. and Keshavarzi, Sh. 2018a. Studying of chloroplast diversity in some apple genotypes from North-West of Iran in comparison of some Alborz genotypes, commercial cultivars and rootstocks. J. Plant Prod. Res. 25: 2. 1-15. (In Persian)
18.Jahangirzadeh Khiavi, Sh., Falakro, K., Azadi Gonbad, R. and Mehdi Roodi, M. 2018b. Haplotype identification of some tea genotype of central tea cultivation region using CAPs method. In Proceedings of 1th National Congress
of Horticulture and Crop Production,
25 Jan., Gonbad-e Kavus University, Gonbad-e Kavus, Iran. (In Persian)
19.Jahangirzadeh Khiavi, Sh., Zamani, Z., Mardi, M., Moghdam, M.F. and Ashourpour, M. 2018. Comparison of chloroplast DNA diversity in some Iranian apple genotypes, commercial cultivars and rootstocks. Plant Gen. Res. 5: 1. 77-86. (In Farsi)
20.Khiavi, S.J., Zamani, Z., Mardi, M. and Moghdam, M.F. 2013. Evaluation of chloroplast relationship between some apple genotype from Azerbaijan of Iran and their comparison with other local genotypes, cultivars and rootstocks. Afric. J. Agric. Res. 8: 1. 106-112.
21.Konieczny, A. and Ausubel, F.M. 1993. A procedure for mapping Arabidopsis mutations using co‐dominant ecotype‐ specific PCR‐based markers. Plant J.4: 2. 403-410.
22.Kucuk, O., Gulbýttý-Onarýcý, S. and Sumer, S. 2006. RFLP of analyses of an intergenic spacer region of chloroplast DNA in some wild wheat species. Afric. J. Biotech. 5: 22.
23.Li, W., Zhang, C., Guo, X., Liu, Q. and Wang, K. 2019. Complete chloroplast genome of Camellia japonica genome structures, comparative and phylogenetic analysis. PloS one, 14: 5. e0216645.
24.Lin, C.M., Liu, Z.Q. and Kung, S.D. 1986. Nicotiana chloroplast genome: X. Correlation between the DNA sequences and the isoelectric focusing patterns of the LS of Rubisco. Plant Mol. Biol.6: 2. 81-87.
25.Lotfy, S., Luro, F., Carreel, F., Froelicher, Y., Rist, D. and Ollitrault, P. 2003. Application of cleaved amplified polymorphic sequence method for analysis of cytoplasmic genome among Aurantioideae intergeneric somatic hybrids. J. Amer. Soc. Hort. Sci.128: 2. 225-230.
26.Mohanty, A., Martin, J.P. and Aguinagalde, I. 2000. Chloroplast DNA diversity within and among populations of the allotetraploid Prunus spinosa L. Theor. Appl. Gen. 100: 8. 1304-1310.
27.Mohanty, A., Martin, J.P. and Aguinagalde, I. 2001. Chloroplast DNA study in wild populations and some cultivars of Prunus avium L. Theor. Appl. Gen. 103: 1. 112-117.
28.Mousadik, A.E. and Petit, R.J. 1996. Chloroplast DNA phylogeography ofthe argan tree of Morocco. Mol. Ecol.
5: 4. 547-555.
29.Panda, S., Martín, J.P. and Aguinagalde, I. 2003. Chloroplast DNA study in sweet cherry cultivars (Prunus avium L.) using PCR-RFLP method. Gen. Res. Crop Evol. 50: 5. 489-495.
30.Petit, R.J., Kremer, A. and Wagner,D.B. 1993. Geographic structure of chloroplast DNA polymorphisms in European oaks. Theor. Appl. Gen.87: 1-2. 122-128.
31.Roy, S.C. 2006. Karyotype analysisin three cultivated varieties of tea [Camellia sinensis (L) O. Kuntze] for their characterization. J. Phytol. Res.19: 2. 203-207.
32.Struss, D., Boritzki, M., Glozer, K.and Southwick, S.M. 2001. Detectionof genetic diversity among populations of sweet cherry (Prunus avium L.)by AFLPs. J. Hort. Sci. Biotech.76: 3. 362-367.
33.Tsumura, Y., Kawahara, T., Wickneswari, R. and Yoshimura, K. 1996. Molecular phylogeny of Dipterocarpaceae in Southeast Asia using RFLP of PCR-amplified chloroplast genes. Theor. Appl. Gen.93: 1-2. 22-29.
34.Turkec, A., Sayar, M. and Heinze, B. 2006. Identification of sweet cherry cultivars (Prunus avium L.) andanalysis of their genetic relationshipsby chloroplast sequence-characterised amplified regions (cpSCAR). Gen. Res. Crop Evol. 53: 8. 1635-1641.
35.Widmer, A. and Baltisberger, M. 1999. Extensive intraspecific chloroplast DNA (cpDNA) variation in the alpine Draba aizoides L. (Brassicaceae): haplotype relationships and population structure. Mol. Ecol. 8: 9. 1405-1415.
پژوهش‌های تولید گیاهی
دوره 27، شماره 3
آذر 1399
صفحه 264-278

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار