بررسی تنوع ژنتیکی گلایول‌های بومی ایران با نشانگرهای مولکولی ISSR و IRAP

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی‌ارشد گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران.

2 دانشیار گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران.

3 نویسنده مسئول، دانشیار گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران.

چکیده

سابقه و هدف: گلایول (Gladiolus spp.)، به‌عنوان گل بریدنی، گیاه زینتی باغچه‌ای و گیاه گلدانی مورد استفاده قرار می‎گیرد. ایران یکی از مراکز پراکنش این گیاه زینتی است. در به‌نژادی و معرفی ارقام جدید دسترسی به ژﺭﻡ ﭘﻼﺳﻢ متنوع، ﻳﻚ ﻣﻨﺒﻊ ﺣﻴﺎﺗﻲ و ضروری ﺑﺮﺍﻱ ﺗﻮﻟﻴﺪ ژنوتیپ-های ﺟﺪﻳﺪ ﺑﺎ ﺻﻔﺎﺕ ﻣﻄﻠﻮﺏ ﺍست که خوشبختانه پراکنش مطلوب گلایول در ایران زمینه را برای کار به‌نژادی آن فراهم آورده است. با توجه به اینکه دانش کافی در مورد میزان و الگوی تنوع ژنتیکی گلایول‎های ایران، برای درک میزان تمایز ژنتیکی جمعیت‎های مختلف ضروری است در ﭘﮋوﻫﺶ ﺣﺎﺿﺮ از نشانگرهای ISSR و IRAP برای ارزﻳـﺎﺑﻲ ﺗﻨـﻮع ژﻧﺘﻴﻜﻲ و ﺗﻌﻴﻴﻦ ﻣﻴﺰان ﺧﻮﻳﺸﺎوﻧﺪی ﺑﻴﻦ نمونه‌های گلایول بومی ایران اﺳﺘﻔﺎده شد.

مواد و روش‌ها: جهت انجام پژوهش تعداد 76 نمونه گلایول متعلق به 14 جمعیت از استان‌های ایلام، کرمانشاه، همدان و کردستان در بهار سال 1398 جمع‌آوری شد. نمونه‌های جمع‌آوری شده مربوط به دو گونه G. atroviolaceus و G. segetumبودند. به‌منظور بررسی تنوع ژنتیکی نمونه‌ها، از تعداد پنج آغازگرهای ISSR و تعداد سه آغازگر IRAP استفاده شد. پس از ثبت داده‌های ژنتیکی، آماره‌های تنوع ژنتیکی، تجزیه واریانس مولکولی، تجزیه خوشه‌ای و تجزیه ساختار انجام شد.

یافته‌ها: بر اساس نتایج میانگین محتوای اطلاعات چند شکل (PIC)، برای دو نشانگر ISSR و IRAP به ترتیب 38/0 و 34/0 برآورد شد و در مقایسه بین آغازگرهای مورد استفاده ISSR5 و IRAP3 توانستند پتانسیل بالاتری در ایجاد تمایز بین نمونه‌ها نشان دهند. برای جمعیت‌های مورد بررسی، شاخص تنوع ژنی نی، و شاخص اطلاعات شانون، به ترتیب 166/0 و 25/0، به دست آمد که بیانگر این مطلب است که جمعیت‌ها از تنوع ژنتیکی نسبتاً بالایی برخوردارند. نتایج تجزیه واریانس مولکولی (AMOVA) نشان داد که تنوع داخل جمعیت‌ها (81 درصد) بیشتر از تنوع (19درصد) بین جمعیت‌های گلایول است. تجزیه‌ خوشه‌ای بر اساس روش NJ (نزدیک‌ترین همسایگی) و ماتریس تشابه جاکارد 76 نمونه گلایول را به پنج گروه جداگانه تفکیک نمود. همچنین، بر اساس تجزیه ساختار، نمونه‌های گلایول در دو زیر جمعیت قرار گرفتند.

نتیجه‌گیری: پژوهش حاضر نشان داد نشانگرهای استفاده شده پتانسیل قابل توجهی در تمایز ژنتیکی نمونه‌ها دارند؛ اگرچه قادر به تفکیک اختصاصی دو گونه از هم نبودند و بین تنوع ژنتیکی و تنوع جغرافیایی تطابق کاملی مشاهده نشد. در بین آغازگرها، ISSR5 و IRAP3 در مجموع شاخص‌های ارزیابی تنوع ژنتیکی، کارایی بالاتری را نشان دادند و بنابراین استفاده از آن‌ها در بررسی و تمایز نمونه‌های مختلف گلایول توصیه می‌شود. همچنین با توجه به وجود تنوع ژنتیکی قابل توجه در درون جمعیت‌ها، انتخاب از درون آن‎ها برای انجام تلاقی‌ها به منظور رسیدن به هتروزیس، مطلوب‎تر است و برای استفاده در برنامه‌های به نژادی پیشنهاد می‎شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigating the genetic diversity of native Iranian Gladiolus with ISSR and IRAP molecular markers

نویسندگان [English]

  • Mohammad Nazarbeigi 1
  • Zeynab Roein 2
  • Atefeh Sabouri 3
1 M.Sc. Graduate, Dept. of Horticultural Sciences, Faculty of Agriculture, Ilam University, Ilam, Iran.
2 Associate Prof., Dept. of Horticultural Sciences, Faculty of Agriculture, Ilam University, Ilam, Iran
3 Corresponding Author, Associate Prof., Dept. of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan, Rasht, Iran.
چکیده [English]

Background and objectives: Gladiolus (Gladiolus spp.) is used as a cut flower, garden ornamental plant and potted plant. Iran is one of the distribution centers of this ornamental plant. In breeding and release of new cultivars, access to diverse germplasm is a vital and essential resource for the production of new genotypes with desirable characteristics, that fortunately, the favorable distribution of Gladiolus in Iran has provided the basis for its breeding. Considering that sufficient knowledge about the amount and pattern of genetic diversity of Iran Gladiolus is necessary to understand the genetic differentiation of diverse populations, in the present research, ISSR and IRAP markers were used to evaluate genetic diversity and determine the degree of relatedness among native Gladiolus samples of Iran.

Materials and methods: In order to conduct the research, 76 samples of Gladiolus belonging to 14 populations were collected from the provinces of Ilam, Kermanshah, Hamedan and Kurdistan in the spring of 2019. The collected samples were related to two species, G. atroviolaceus and G. segetum. In order to evaluate the genetic diversity of the samples, five ISSR primers and three IRAP primers were used. After recording the genetic data, genetic diversity statistics, molecular variance analysis, cluster analysis and structure analysis were performed.

Results: Based on the results, the average of polymorphic information content (PIC), it was estimated to be 0.38 and 0.34 for ISSR and IRAP markers, respectively, and in the comparison between the used primers, ISSR5 and IRAP3 were able to show a higher potential in diversity. For the investigated populations, the Nei’s gene diversity index and Shannon's information index were 0.166 and 0.25, respectively, which showed that the populations have relatively high genetic diversity. The results of the analysis of molecular variance (AMOVA) showed that the diversity within the populations (81%) is more than the diversity between the Gladiolus populations (19%). Cluster analysis based on NJ (Nearest Neighbor) method and Jaccard similarity matrix assigned 76 Gladiolus samples into five separate groups. Also, based on structure analysis, Gladiolus samples were divided into two subpopulations.

Conclusion: The present study showed that the used markers despite were not able to separate two species from each other and there was no perfect match between genetic diversity and geographic diversity, had a significant potential in genetic differentiation of the samples. Among the primers, ISSR5 and IRAP3 showed higher efficiency based on all genetic diversity indices and are recommended for use in study and differentiating different Gladiolus samples. Also, due to the existence of significant genetic diversity within the populations, selection from within the populations is more desirable to perform crosses and achieve heterosis and is recommended for use in breeding programs.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cluster analysis
  • Structure analysis
  • Ornamental plant
  • Heterosis

مراجع

1.Singh, N., Pal, A. K., Roy, R. K., Tewari, S. K., Tamta, S. & Rana, T. S. (2018). Characterization of gladiolus germplasm using morphological, physiological, and molecular markers. Biochemical Genetics, 56, 128-148.
2.Majd, R., Chamanabad, H. R. M., Zand, E., Mohebodini, M., Khiavi, H. K., Alebrahim, M. T. & Tseng, T. M. (2019). Evaluation of herbicide treatments for control of wild gladiolus (Gladiolus segetum) in wheat. Applied Ecology & Environmental Research, 17(3).
3.Wendelbo, P. (1977). Tulips and Irises of Iran and their relatives. Ariamehr Botanical Garden Publishment, 83p.
4.Raunkiaer, C. (1934). The life forms of plants and statistical plant geography. Clarendon Press, Oxford.
5.Kamenetsky, R. & Okubo, H. (Eds.). 2012. Ornamental Geophytes: From Basic Science to Sustainable Production. CRC press.
6.Wahocho, N. A., Miano, T. F., & Leghari, M. H. (2016). Propagation of Gladiolus corms and cormels: A review. African Journal of Biotechnology, 15(32), 1699-1710.
7.Fakhraei Lahiji, M., Rahimi Midani, A. & Safaei Chaeikar, S. (2012). Effect of irrigation intervals and different mulches on some traits of Gladiolus cv. rose supreme. Seed and Plant Production, 28(2), 239-248. [In Persian]
8.Taheri, S., Zabet, M. P., Izanlo, A. P. & Izadi Darbandi, A. (2015). Assessment of genetic diversity of fennel ecotypes using RAPD and ISSR markers. Agriculture. Biotechnology Journal, 7(4), 113-128. [In Persian]
9.Hogbin, P. M. & Peakall, R. (1999). Evaluation of the contribution of genetic research to the management of the endangered plant Zieria prostrata. Conservation Biology, 13(3), 514-522.
10.Yamagishi, M., Nishioka, M. & Kondo, T. (2010). Phenetic diversity in the Fritillaria camschatcensis population grown on the Sapporo campus of Hokkaido University. Landscape and Ecological Engineering, 6, 75-79.
11.Hamrick, J. L. & Godt, M. J. W. (1996). Conservation genetics of endemic plant species. In: Avise, J. C. & Hamrick, J. L. (Eds), Conservation Genetics: Case Histories from Nature. Chapman and Hall, New York, USA, Pp 281-304.
12.Krichen, L., Audergon, J. M. & Trifi‐Farah, N. (2012). Relative efficiency of morphological characters and molecular markers in the establishment of an apricot core collection. Hereditas, 149(5), 163-172.
13.Shao, Q. S., Guo, Q. S., Deng, Y. M. & Guo, H. P. (2010). A comparative analysis of genetic diversity in medicinal Chrysanthemum morifolium based on morphology, ISSR and SRAP markers. Biochemical Systematics and Ecology, 38(6), 1160-1169.
14.Agarwal, M., Shrivastava, N. & Padh, H. (2008). Advances in molecular marker techniques and their applications in plant sciences. Plant Cell Reports, 27, 617-631.
15.Li, T. H., Li, Y. X., Li, Z. C., Zhang, H. L., Qi, Y. W. & Wang, T. (2008). Simple sequence repeat analysis of genetic diversity in primary core collection of peach (Prunus persica). Journal of Integrative Plant Biology, 50(1), 102-110.
16.Pradeep Reddy, M., Sarla, N. & Siddiq, E. A. (2002). Inter simple sequence repeat (ISSR) polymorphism and its application in plant breeding. Euphytica, 128, 9-17.
17.Kunjupillai, V. (2005). Inter simple sequence repeat (ISSR) polymorphism and its application in mulberry genome analysis. International Journal of Industrial Entomology, 10(2), 79-86.
18.SanMiguel, P. J. L. & Bennetzen, J. L. (1998). Evidence that a recent increase in maize genome size was caused by the massive amplification of intergene retrotransposons. Annals of Botany, 82, 37-44.
19.Pirzadi, L. (2018). Evaluation of genetic diversity of some native Iranian Gladiolus species based on morphological traits. MSc Thesis Ilam University. [In Persian]
20.Kumar, P., Kumar, M., Naresh, R. K., Kumar, N., Chaudhary, P. & Sharma, S. (2016). Evaluation of genetic diversity among gladiolus (Gladiolus hybridus hort.) Germplasm using ISSR markers. International Journal of Agricultural Sciences, 12(1), 277-283.
21.Kutlunina, N., Permyakova, M. & Belyaev, A. (2017). Genetic diversity and reproductive traits in triploid and tetraploid populations of Gladiolus tenuis (Iridaceae). Plant Systematics and Evolution, 303, 1-10.
22.Singh, N., Pal, A. K., Meena, B., Roy, R. K., Tamta, S. & Rana, T. S. (2017). Development of ISSR-and RAPD-derived SCAR markers for identification of Gladiolus germplasm. The Journal of Horticultural Science and Biotechnology, 92(6), 577-582.
23.Chaudhary, V., Kumar, M., Sharma, S., Kumar, N., Kumar, V., Yadav, H. K., Sharma, S. & Sirohi, U. (2018). Assessment of genetic diversity and population structure in gladiolus (Gladiolus hybridus Hort.) by ISSR markers. Physiology and Molecular Biology of Plants, 24, 493-501.
24.Ražná, K., Kučka, M., Harenčár, Ľ. & Majtán, M. (2022). Genetic Diversity of Selected Gladiolus (Gladiolus× Gandavensis Van Houtte) Cultivars Assesed by Microrna-Based Markers. Agrobiodiversity for Improving Nutrition, Health and Life Quality, 6(1).
25.Karthika Nair, A. S. 2022. Genetic diversity analysis of gladiolus genotypes (Gladiolus grandiflorus L.) using molecular markers (Doctoral dissertation, Department of Plant Biotechnology, College of Agriculture, Vellayani, Kerala, India.
26.Xiang, L., Li, X. L., Wang, X. S., Yang, J., Lv, K., Xiong, Z. Q., Chen, F. Q. & Huang, C. M. (2020). Genetic diversity and population structure of Distylium chinense revealed by ISSR and SRAP analysis in the Three Gorges Reservoir Region of the Yangtze River, China. Global Ecology and Conservation, 21, e00805.
27.Saghai-Maroof, M. A., Soliman, K. M., Jorgensen, R. A. & Allard, R. W. (1984). Ribosomal DNA spacer-length polymorphisms in barley: mendelian inheritance, chromosomal location, and population dynamics. Proceedings
of the National Academy of Sciences, 81(24), 8014-8018.
28.Ramos, S. N., Salazar, M. M., Pereira, G. A. & Efraim, P. (2014). Plant and metagenomic DNA extraction of mucilaginous seeds. MethodsX, 1, 225-228.
29.Pavel, A. B. & Vasile, C. I. (2012). PyElph-a software tool for gel images analysis and phylogenetics. BMC bioinformatics, 13(1), 1-6.
30.Roldan-Ruiz, I., Dendauw, J., Van Bockstaele, E., Depicker, A. & De Loose, M. (2000). AFLP markers reveal high polymorphic rates in ryegrasses (Lolium spp.). Molecular Breeding, 6, 125-134.
31.Peakall, R. & Smouse, P. E. (2012). GenAlEx 6.5: genetic analysis in excel. Population genetic software for teaching and research- an update. Bioinformatics., 28, 2537-9.
32.Van Berloo, R. (2008). GGT 2.0: versatile software for visualization and analysis of genetic data. Journal of Heredity, 99(2), 232-236.
33.Pritchard, J. K., Stephens, M. & Donnelly, P. (2000). Inference of population structure using multilocus genotype data. Genetics, 155(2), 945-959.
34.Singh, N., Mahar, K. S., Verma, S., Meena, B., Roy, R. K., Tewari, S. K. & Rana, T. S. (2018a). Molecular analysis of genetic variability and relationship among Gladiolus cultivars. Indian Journal of Biotechnology, 17, 118-127.
35.Botstein, D., White, R. L., Skolnick, M. & Davis, R. W. (1980). Construction of a genetic linkage map in man using restriction fragment length polymorphisms. American Journal of Human Genetics, 32(3), 314-331.
36.Romesburg, C. 2004. Cluster Analysis for Researchers. Lulu. com.
37.Koohgard, M., Shiran, B. & Mirakhorli, N. (2013). Study of genetic diversity between and within populations of Fritillaria imperialis in Zagrose regions using RAPD marker. Modern Genetics Journal, 7(4), 353-362. [In Persian]
38.Amiri, P., Ismaili, A. & Hadian, J. (2017). Evaluation of genetic diversity of styrian pumpkin (Cucurbita pepo var. styriaca) populations, using ISSR molecular markers. Plant Genetic Resource, 4(2), 17-28. [In Persian]
39.Roein, Z., Hassanpour Asil, M., Sabouri, A. & Dadras, A. R. (2014). Genetic structure of Chrysanthemum genotypes from Iran assessed by AFLP markers and phenotypic traits. Plant Systematics and Evolution, 300, 493-503.
40.Mohammadi, S. A. & Prasanna, B. M. (2003). Analysis of genetic diversity in crop plants-salient statistical tools
and considerations. Crop Science, 43(4), 1235-1248.
41.Siahsar, B., AllahDoo, M. & Hasani, H. S. (2010). Evaluation of genetic diversity of tritipyrum, triticale and wheat lines through RAPD and ISJ markers. Iranian Journal of Field Crop Science, 41(3), 555-568. [In Persian]
پژوهش‌های تولید گیاهی
دوره 31، شماره 1
فروردین 1403
صفحه 89-110

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار