مطالعه مولکولی اکوتایپ های مختلف عناب (.Ziziphus jujuba Mill )در منطقه خراسان جنوبی بر مبنای ژن‌های کلروپلاستی

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه زیست‌شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

2 استادیار گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

3 دانشجوی دکترا، دانشکده علوم، دانشگاه الزهرا، تهران، ایران

چکیده

سابقه و هدف: عناب Ziziphus jujuba Mill. یکی از گیاهان باغی و دارویی مهم در ایران و متعلق به خانواده Rhamnaceae است. از سال ۲۰۰۰، تحقیقات زیادی بر روابط ژنتیکی بین ارقام مختلف عناب و یا عناب وحشی با استفاده از نشانگرهای مولکولی تمرکز داشته است. تنوع ژنتیکی اکوتایپ های مختلف گونهZ. Jujuba در ایران در سال ۲۰۰6 و در سال 2007 رده بندی درون جنس برای 19 گونه توسط آنالیز همزمان صفات ریخت شناختی و روش‌های مولکولی صورت گفته است. هدف از این مطالعه انجام DNA بارکدینگ و تجزیه و تحلیل مولکولی اکوتایپ‌های متفاوت عناب با استفاده از دو ژن کلروپلاستی rbcL و matK است.
مواد و روش‌ها: برای این منظور تعداد 25 اکوتایپ عناب از استان خراسان جنوبی و پنج استان دیگر کشور مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین دو جنس خویشاوند نزدیک از همین خانواده (Sangoisorba sp., Rosa sp.) به عنوان گروه خارجی استفاده شد. خالص سازی (پالایش پروتئین و پلی‌ساکارید) با استفاده از روش دستی انجام شد. سپس ژل با استفاده از اتیدیوم بروماید رنگ آمیزی شده و کیفیت DNA نیز با استفاده از نتایج الکتروفورز ژل آگاروز تخمین زده شد. ژن‌های کلروپلاستی از DNA استخراج شده با استفاده از تکنیک PCR تکثیر شدند. تمام توالی‌های حاصل از خوانش فوروارد و معکوس در این مطالعه برای تولید توالی نهایی با استفاده از نرم افزار‌های مناسب سرهم شدند.
یافته‌ها: بارکد DNA هر گونه برای شناسایی سریع، دقیق و خودکار گونه‌ها انجام شد و تمام توالی به دست آمده از این مطالعه به NCBI (مرکز ملی اطلاعات بیوتکنولوژی) ارسال شد و ثبت گردید. نتایج نشان می‌دهد بیشترین فاصله‌ی ژنتیکی بین اکوتایپ‌های عناب و دو نمونه از گروه خارجی وجود دارد و تنوع ژنتیکی قابل توجهی در بین اکوتایپ‌های مختلف عناب وجود ندارد و تفاوت‌های مورفولوژیکی ناشی از شرایط اکولوژیکی می‌باشد. اگرچه تحلیل داده‌های ترکیبی ژن‌ها بینش اطلاعاتی بیشتری نسبت به تحلیل جداگانه‌ی داده‌های توالی ارائه داد. طبق نتایج بیشترین تنوع در اکوتایپ‌های خراسان جنوبی مشاهده شد.
نتیجه گیری: با توجه به گستره شبکه‌های هاپلوتیپی، خراسان جنوبی می‌تواند به عنوان یکی از خاستگاه‌های اصلی عناب در ایران معرفی گردد. مطالعات پیشین کاملا نتایج حاصله از این مطالعه را تأیید می‌کند. با این حال، با در نظر گرفتن اهمیت اقتصادی گیاهان عناب در جهان، ایران و به ویژه خراسان جنوبی استفاده از نمونه‌های بیشتر و ژن‌های بیشتر به خصوص ژن‌های هسته‌ای برای مطالعه‌ی دقیق‌تر شباهت‌ها و تفاوت‌های ژنتیکی این اکوتایپ‌ها پیشنهاد می‌شود. اگرچه برای دستیابی به نتایج دقیق‌تر مطالعه بر روی تعداد گونه‌های بیشتر از مناطق مختلف ایران و استفاده از ژن‌های هسته‌ای پیشنهاد می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

DNA barcoding of Ziziphus jujuba Mill. in Iran using chloroplast genes (rbcL and matK)

نویسندگان [English]

  • Maryam Moudi 1
  • Seyed Mousa Mousavi kouhi 1
  • Sholeh Ghollasi mood 2
  • Akhtar Ayoobi 3
1 Assistant Prof., Dept. of Biology, Faculty of Science, University of Birjand, Birjand, Iran
2 Assistant Prof., Dept. of Range and Watershed Management, Faculty of Natural Resource and Environment, University of Birjand, Birjand, Iran
3 Ph.D. Student, College of Science, University of Al-Zahra, Tehran, Iran,
چکیده [English]

Background and objectives: Jujube (Ziziphus jujuba Mill.) is one of the most important medicinal plants belong to the Rhamnaceae family. It is important in the pharmaceutical industry. So far, many molecular tools have been used to study genealogy and population structure and genetic relationships between jujube and wild jujube. Since 2000, much research has focused on genetic relationships between different varieties of jujube or wild jujube using molecular markers. Genetic diversity of different species of Z. jujuba in Iran in 2007 and in 2006 classified the sex of 19 species by simultaneous analysis of morphological traits and molecular methods. The main purpose of this study is DNA Barcoding of different ecotypes of Z. jujuba in South Khorasan, Iran using two chloroplast genes (rbcL and matK).
Materials and methods: The 25 numbers of the ecotypes of this species from 6 different provinces of Iran were planted in South Khorasan, were assessed. Two close relatives of the same family (Sangoisorba sp., Rosa sp.) were also used as external groups.Purification (protein and polysaccharide refining) was performed using the manual method. The gel was then stained with ethidium bromide and the DNA quality was estimated using the agarose gel electrophoresis results. The chloroplast genes from the DNA extracted were amplified using the PCR technique. All sequences obtained from forward and reverse reading in this study to produce the final sequence using appropriate software were assembled.
Results: The DNA barcode of each species was performed for fast, accurate and automatic identification of the species and all the sequences obtained from this study were sent to the NCBI (National Center for Biotechnology Information) and submitted. The results show that there is the greatest genetic distance between jujube ecotypes and two samples from the out-group and no significant genetic diversity between different jujube ecotypes and morphological differences are due to ecological conditions. However, the analysis of gene combination data provided more informational insights than the separate analysis of sequence data. According to the results, the highest diversity was observed in the ecotypes of South Khorasan.
Conclusion: The results of pairwise distance and haplotype networks showed the most variety among different ecotypes belonged to the different areas of South Khorasan province. Also, Soth Khorasan can be considered as the origin of this species in Iran. Previous studies have fully confirmed the results of this study. However, given the economic importance of jujube plants in the world, Iran and especially South Khorasan, it is recommended to use more samples and more genes, especially nuclear genes, to study more closely the genetic similarities and differences of these ecotypes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Jujuba (Ziziphus jujuba Mill.)
  • DNA Barcoding
  • Choloroplast genes
  • matK
  • rbcL

مراجع

1.Abbasi, S., Malekzadeh shafaroudi, S., Ghos, K. and Shahriari, F. 2012. Study of genetic diversity of Ziziphus jujube ecotypes in Iran using RAPD.Iranian.J. Field Crop. Res. 10: 3. 583-590.(In Persian)
2.Akhter, C., Dar, G.H. and Khuroo, A.A. 2013. Ziziphus jujuba Mill. subsp. spinosa (Bunge) Peng, Li & Li: a New Plant Record for the Indian Subcontinent. Taiwania. 58: 2. 132-135.
3.CBOL, P.W.G. 2009. A DNA barcode for land plants. PNAS USA. 106: 12794-12797.
4.Chase, M.W., Salamin, N., Wilkinson, M., Dunwell, J.M., Kesanakurthi, R.P. and Haidar, N. 2005. Land plants and DNA barcods: short-term and long-term goals. Philos. Trans. R. Soc. B.360: 1889-1895.
5.Chen, J., Liu, X., Li, Z., Qi, A., Yao,P., Zhou, Z., Dong, T.T.X. andTsim, K.W.K. 2017. A Review ofDietary Ziziphus jujuba Fruit (Jujube): Developing Health Food Supplementsfor Brain Protection. Evid. Based Complement Alternat. Med. 1-10.
6.Desalle, R. and Amato, G. 2004. The expansion of conservation genetics. Nat. Rev. Genet. 5: 702-712.
7.Farris, J.S., Källersjö, M., Kluge, A.G. and Bult, C. 1995. Constructing a significance test for incongruence. Syst Biol. 44: 4. 570-572.
8.Freudenstein, J.V. and Senyo, D.M. 2008. Relationships and evolution of matK in a group of leafless orchids (Corallorhiza and Corallorhizinae; Orchidaceae: Epidendroideae). Am. J. Bot. 959: 4. 498-505.
9.Fu, P.C., Zhang, Y.Z., Ya, H.Y. and Gao, Q.B. 2016: Characterization of SSR genomic abundance and identification of SSR markers for population genetics in Chinese jujube (Ziziphus jujuba Mill.). PeerJ 4:e1735 DOI: 10.7717/peerj.1735.
10.Ghost, K., Malekzadeh Shafaroudi, S., Rashed Mohassel, M.H., Akbari, M.R. and Razavi, S.H. 2014. Grouping jujubes of Iran based on quantitative characteristics and ISSR and RAPD markers. Crop. Breed. J. 30: 1. 173-190.
11.Grygorieva, O., Abrahamová, V., Karnatovská, M., Bleha, R. and Brindza, J. 2014. Morphological characteristic of fruit, drupes and seeds genotypes of Ziziphus jujuba Mill. Potravinarstvo Slovak. J. Food Sci. 8: 1. 306-314.
12.Hall, A.T. 1999. Bio Edit: a user-friendly biological sequence alignment editor and analysis performer windows 95/98/NT. Nucleic Acid Symp., Axford Journals. 41: 95-98.
13.Hebert, P.D., Ratnasingham, S. and Dewaard, J.R. 2003. Barcoding animal life: cytochrome c oxidase subunit 1 divergences among closely related species. Proc. Biol. 270: 1. 96-99.
14.Herbert, P.D.N. and Gregory, T.R. 2005. The Promise of DNA Barcoding for Taxonomy. Syst. Biol. 54: 5. 852-859.
15.Hilu, K.W., Borsch, T., Müller, K., Soltis, D.E., Soltis, P.S. and Savolainen, V. 2003. Angiosperm phylogeny based on matK sequence information. Am. J. Bot. 90: 1758-1776.

16.Hollingsworth, P.M., Forrest, L.L., Spouge, J.L., Hajibabaei, M., Ratnasingham, S. and Van Der Bank, M. 2009. A DNA barcode for land plants. PNAS USA. 106: 12794-12797.

17.Huang, J., Yang, X., Zhang, C., Yin, X., Liu, S. and Li, X. 2015. Development of chloroplast microsatellite markers and analysis of chloroplast Diversity in Chinese Jujube (Ziziphus jujuba Mill.) and wild jujube (Ziziphus acidojujuba Mill.). Plose One. 10: 9. 1-14.
18.Huelsenbeck, J. and Ronquist, F.2001. MrBayes: Bayesian inferenceof phylogenetic trees. J. Bioinform.17: 754-755.
19.Ivanisova, E., Grygorieva, O., Abrahamová, V., Schubertova, Z., Terentjeva, M. and Brindza, J.2017. Characterization of morphological parameters and biological activity of jujube fruit (Ziziphus jujuba Mill.). J. Berry. Res. 7: 4. 249-260.
20.Islam, M.B. and Sim Mons, M.P. 2006. A thorn y dilemm a: testing alternativ e intergeneri c classification within Ziziphus (Rhamnaceae). Syst. Bot.3: 826-842.
21.Khakdaman, H., Pourmeidani, A. and Adnani, S.M. 2007. Study of genetic variation in Iranian jujube (Ziziphus jujuba Mill.) ecotypes. Iran. J. Genet. Plant Breed. 14: 202-214. (In Persian)
22.Kumar, A., Mahadani, P., Kishore, R., Loyanganba Meitei, A. and Singh, D. R. 2016. DNA Barcoding of Indian Orchids. - ICAR- National Research Center for Orchid, Technical Bulletin. 48, India.

23.Liu, M. 2006. Chinese jujube: Botany and horticulture. Hort Rev. 32: 229-298.

24.Liu, M. and Wang, M. 2009. Germplasm resources of Chinese jujube. China Forestry Publication House, Beijing,
Pp: 1-56.
25.Liu, M., Zhao, J., Cai, Q., Liu, G., Wang, J. and Zhao, Z. 2014. The complex jujube genome provides insights into fruit tree biology. Nat Commun. 5: 5315.
26.Newmaster, S.G., Fazekas, A.J., Steeves, A.J. and Janovec, J. 2008. Testing candidate plant barcode regions in the Myristicaceae. Mol. Ecol. Resour. 8: 480-490.
27.Olmstead, R.G. and Palmer, J.D. 1994. Chloroplast DNA systematics: a review of methods and data analysis. Am. J. Bot. 81: 205-1224.
28.Posada, D. and Crandall, K.A. 1998. Modeltest: testing the model of DN substitution. J. Bioinform. 14: 9. 817.
29.Sanderson, M.J. 2003. Molecular data from 27 proteins do not support a Precambrian origin of land plants. Am. J. Bot. 90: 6. 954-956.
30.Shahhoseini, R., Babaei, A., Kazemi, M. and Omidbaigi, R. 2012. A study on genetic variation in Iranian Jujube (Zizyphus jujuba Mill.) genotypes using molecular AFLP marker. Iran. J. Genet. Plant Breed. 20: 1. 55-68.
31.Small, R.L., Cronn, R.C. and Wendel, J.F. 2004. L. A. S. Johnson Review No. 2. Use of nuclear genes for phylogeny reconstruction in plants. Aust Syst Bot. 17: 145-170.
32.Soltis, D.E. and Soltis, P.S. 1998. Molecular systematics of plants II: DNA sequencing. Netherlands: Kluwer Academic Publishers, Boston, Pp: 297-348.
33.Soltis, D.E., Soltis, P.S., Chase,M.W., Mort, M.E., Albach, D.C. and Zanis, M. 2000. Angiosperm phylogeny inferred from 18S rDNA, rbcL, andatpB sequences. Bot. J. Linn. Soc.133: 4. 381-461.
34.Stoeckle, M. 2003. Taxonomy, DNA and the bar code of life. Bioscience.53: 2-3.
35.Swofford, D.L. 2002. PAUP*. Phylogenetic analysis using parsimony (* and other methods). Version 4b10. Sinauer, Sunderland, Massachusetts, USA.
36.Taberlet, P., Coissac, E., Pompanon, F., Gielly, L., Miquel, C. and Valentini, A. 2007. Power and limitations of the chloroplast trnL (UAA) intron for plant DNA barcoding. Nucleic Acids Res. 35:e14. doi:10.1093/nar/gkl938.
37.Tamura, K. 1992. Estimation of the number of nucleotide substitutions when there are strong transition-transversion and G + C-content biases. Mol. Biol. Evol. 9: 678-687.
38.Tamura, K., Nei, M. and Kumar, S. 2004. Prospects for inferring verylarge phylogenies by using theneighbor-joining method. PNAS USA. 101: 11030-11035.
39.Tamura, K., Stecher, G., Peterson, D., Filipski, A. and Kumar, S. 2013. MEGA6: Molecular Evolutionary Genetics Analysis version 6.0. Mol. Biol Evol. 30: 2725-2729.
40.Thompson, J.D., Gibson, T.J., Plewniak, F., Jeanmougin, F. and Higgins, D.G. 1997. The CLUSTAL X windows interface: Flexible strategies for multiple sequence alignment aided by quality analysis tools. Nucleic Acids Res.25: 24. 4876-4882.
41.Wang, H.Z., Wang, Y.D., Zhou,X.Y., Ying, Q.C. and Zheng, K.L.2004. Analysis of genetic diversity of14 species of Cymbidium based on RAPDs and AFLPs. Acta. Biol. Exp.37: 6. 482-486.
42.Wendel, J.F., Schnabel, A. and Seelanan, T. 1995. Bi-directional interlocus concerted evolution following allopolyploid speciation in cotton (Gossypium). PNAS. 92: 280-284.
43.Wolf, K.H., Morden, C.W. and Palmer, J.D. 1992. Function and Evolutionof a minimal plastid genome from nonphotosynthetic parasitic plant. PNAS. 89: 22. 10648-10652.
پژوهش‌های تولید گیاهی
دوره 28، شماره 2
تیر 1400
صفحه 115-130

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار