دوره 15، شماره 45 - ( بهار 1402 )
جلد 15 شماره 45 صفحات 45-33 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
shirvani H, Ashraf Mehrabi A, Farshadfar M, Safari H, Arminian A, Fatehi F. (2023). Evaluation of Genetic Diversity of H. Spontaneum wild Barley Populations using EST-SSR Molecular Marker. J Crop Breed. 15(45), 33-45. doi:10.61186/jcb.15.45.33
URL: http://jcb.sanru.ac.ir/article-1-1380-fa.html
URL: http://jcb.sanru.ac.ir/article-1-1380-fa.html
شیروانی هومن، مهرابی علی اشرف، فرشادفر محسن، صفری هوشمند، آرمینیان علی، فاتحی فواد. بررسی تنوع ژنتیکی جمعیت های بومی جو وحشی H. Spontaneum با استفاده از نشانگر مولکولی EST-SSR پژوهشنامه اصلاح گیاهان زراعی 1402; 15 (45) :45-33 10.61186/jcb.15.45.33
1- دانشجوی دکتری اصلاح نباتات، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ایلام، ایران
2- دانشگاه ایلام، سازمان تحقیقات کشاورزی
3- گروه کشاورزی دانشگاه پیام نور، تهران، ایران
4- بخش تحقیقات جنگلها و مراتع، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان کرمانشاه، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرمانشاه، ایران
5- گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ایلام، ایران
2- دانشگاه ایلام، سازمان تحقیقات کشاورزی
3- گروه کشاورزی دانشگاه پیام نور، تهران، ایران
4- بخش تحقیقات جنگلها و مراتع، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان کرمانشاه، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرمانشاه، ایران
5- گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ایلام، ایران
چکیده: (1999 مشاهده)
چکیده مبسوط
مقدمه و هدف: تنوع ژنتیکی گونه های وحشی مرتبط با خزانه ژنی اولیه جو برای بهره برداری در برنامه های اصلاحی بسیار حائز اهمیت است. جو زراعی (H. vulgar) و جد زراعی آن (H. spontaneum) سیستم مدل عالی و اقتصادی برای بررسی، اکتشاف و بهره برداری ژنتیکی می باشند. در تحقیق پیشرو تنوع ژنتیکی 114 توده بومی جو وحشی جمع آوری شده از غرب کشور، توسط نشانگر مولکولی EST-SSR مورد بررسی قرار گرفته است که هدف بررسی میزان تنوع ژنتیکی این ژنوتیپ های بومی و ارزیابی کارایی این نشانگر در تعیین میزان تنوع ژنتیکی موجود در ژنوتیپ ها می باشد.
مواد و روش ها: ابتدا به‌منظور استخراج DNA بذور در گلدان کشت گردید، استخراج DNA به روش CTAB تغییر یافته برای هر ژنوتیپ انجام شد. واکنش زنجیرهای پلیمراز (PCR) در حجم 20 میکرولیتر انجام گرفت. محصول PCR جهت نمایان شده قطعات تکثیری در ژل آگارز 4 درصد با بافر واکنش TBE یک درصد و رنگ Safe View تزریق گردید. به منظور انجام تجزیه و تحلیلهای آماری، داده های حاصل در قالب ماتریسی آماده شد و پارامترهای مرتبط با آغازگرها و جمعیت ها ارزیابی گردید.
یافته ها: تعداد الل های تکثیر شده از 2 تا 4 الل برای نشانگرها متفاوت بود و آغازگرهای مورد بررسی در مجموع 40 الل در ژنوتیپ های مورد بررسی با میانگین 2/85 به ازای هر نشانگر تکثیر کردند. متوسط درصد چند شکلی برای آغازگرهای مورد مطالعه برابر با 96/42 درصد بود. محتوی اطلاعات چند شکلی (PIC) از 0/397 تا 0/189 متغیر بود. نتایج نشان داد که بیشترین سطح تنوع در جمعیت های استان لرستان و کمترین تنوع در جمعیت های استان کردستان وجود دارد. دندروگرام حاصل از تجزیه خوشه ای ژنوتیپ ها را در 14 گروه قرار داد که بر اساس گروه بندی تنوع ژنتیکی تا حدودی با پراکنش جغرافیایی تطبیق داشت. همچنین نتایج تجزیه به مختصات اصلی تا حدودی با تجزیه خوش های مطابقت داشت.
نتیجه گیری: نتایج نشان داد تنوع خوبی در میان جمعیت های مورد بررسی وجود دارد. همچنین چند شکلی مناسبی نیز در بین آغازگرها مشاهده گردید. آغازگرهای GBM1221 با 3 الل، GBM1461 با 3 الل و SCSSR04163 با 4 الل که بهترین چند شکلی را داشتند، به عنوان آغازگرهای برتر به منظور استفاده در تحقیقات بعدی جو معرفی میگردند. وجود تنوع ژنتیکی بالا در جمعیت‌‌های طبیعی جو وحشی H. spontaneum نشان می‌دهد که ژرم پلاسم این گیاه را می‌توان در رویشگاههای طبیعی حفاظت نمود. همچنین این تنوع منبع ارزشمندی برای شناسایی نشانگرهای مولکولی آگاهی بخش برای صفات مختلف فنوتیپی است.
مقدمه و هدف: تنوع ژنتیکی گونه های وحشی مرتبط با خزانه ژنی اولیه جو برای بهره برداری در برنامه های اصلاحی بسیار حائز اهمیت است. جو زراعی (H. vulgar) و جد زراعی آن (H. spontaneum) سیستم مدل عالی و اقتصادی برای بررسی، اکتشاف و بهره برداری ژنتیکی می باشند. در تحقیق پیشرو تنوع ژنتیکی 114 توده بومی جو وحشی جمع آوری شده از غرب کشور، توسط نشانگر مولکولی EST-SSR مورد بررسی قرار گرفته است که هدف بررسی میزان تنوع ژنتیکی این ژنوتیپ های بومی و ارزیابی کارایی این نشانگر در تعیین میزان تنوع ژنتیکی موجود در ژنوتیپ ها می باشد.
مواد و روش ها: ابتدا به‌منظور استخراج DNA بذور در گلدان کشت گردید، استخراج DNA به روش CTAB تغییر یافته برای هر ژنوتیپ انجام شد. واکنش زنجیرهای پلیمراز (PCR) در حجم 20 میکرولیتر انجام گرفت. محصول PCR جهت نمایان شده قطعات تکثیری در ژل آگارز 4 درصد با بافر واکنش TBE یک درصد و رنگ Safe View تزریق گردید. به منظور انجام تجزیه و تحلیلهای آماری، داده های حاصل در قالب ماتریسی آماده شد و پارامترهای مرتبط با آغازگرها و جمعیت ها ارزیابی گردید.
یافته ها: تعداد الل های تکثیر شده از 2 تا 4 الل برای نشانگرها متفاوت بود و آغازگرهای مورد بررسی در مجموع 40 الل در ژنوتیپ های مورد بررسی با میانگین 2/85 به ازای هر نشانگر تکثیر کردند. متوسط درصد چند شکلی برای آغازگرهای مورد مطالعه برابر با 96/42 درصد بود. محتوی اطلاعات چند شکلی (PIC) از 0/397 تا 0/189 متغیر بود. نتایج نشان داد که بیشترین سطح تنوع در جمعیت های استان لرستان و کمترین تنوع در جمعیت های استان کردستان وجود دارد. دندروگرام حاصل از تجزیه خوشه ای ژنوتیپ ها را در 14 گروه قرار داد که بر اساس گروه بندی تنوع ژنتیکی تا حدودی با پراکنش جغرافیایی تطبیق داشت. همچنین نتایج تجزیه به مختصات اصلی تا حدودی با تجزیه خوش های مطابقت داشت.
نتیجه گیری: نتایج نشان داد تنوع خوبی در میان جمعیت های مورد بررسی وجود دارد. همچنین چند شکلی مناسبی نیز در بین آغازگرها مشاهده گردید. آغازگرهای GBM1221 با 3 الل، GBM1461 با 3 الل و SCSSR04163 با 4 الل که بهترین چند شکلی را داشتند، به عنوان آغازگرهای برتر به منظور استفاده در تحقیقات بعدی جو معرفی میگردند. وجود تنوع ژنتیکی بالا در جمعیت‌‌های طبیعی جو وحشی H. spontaneum نشان می‌دهد که ژرم پلاسم این گیاه را می‌توان در رویشگاههای طبیعی حفاظت نمود. همچنین این تنوع منبع ارزشمندی برای شناسایی نشانگرهای مولکولی آگاهی بخش برای صفات مختلف فنوتیپی است.
فهرست منابع
1. Altıntas, S., F. Toklu, S. Kafkas, B. Kilian, A. Brandolini and H.O. Zkan. 2008. Estimating Genetic Diversity in Durum and Bread Wheat Cultivars from Turkey Using AFLP and SAMPL Markers. Plant Breeding, 127: 9-14. [DOI:10.1111/j.1439-0523.2007.01424.x]
2. Anonymous. 2005. Barley Cultivation in Iran. Ministry of Jihade-e-Agriculture Publications. Tehran, Iran (In Persian).
3. Arya, L., M. Verma, S.K. Singh and R.P.S. Verma. 2019. Spatio-temporal genetic diversity in Indian barley (Hordeum vulgare L.) varieties based on SSR markers. Indian Journal of Experimental Biology (IJEB), 57: 545-552.
4. Babaian Jolodar, N.A., N. Mori and C. Nakamora. 2005. Transferability of hexaploid wheat (Triticum Aestivum) microsatellite markers to hexaploid and tetraploid wheat species Iranian. Journal of Agriculture, 3: 219-227.
5. Botstein, D., R.L. White, M. Skolnick and R.W. Davis. 1980. Construction of a genetic linkage map in man using restriction fragment length polymorphisms. The American Journal of Human Genetics, 32: 314-331.
6. Boyle, T. 2000. Criteria and indicators for the conservation of genetic diversity. In: Young A, Boshier D, Boyle T (Eds.) Forest Conservation Genetics: Principles and Practice. Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO) Publishing, Victoria, Australia, 239-250. [DOI:10.1079/9780851995045.0239]
7. Chai, L., M. K. Biswas, H. Yi, W. Guo and X. Deng. 2013. Transferability, olymorphism and effectiveness for genetic mapping of the Pummelo (Citrus grandis Osbeck) EST-SSR markers. Scientia Horticulturae, 155: 85-91. [DOI:10.1016/j.scienta.2013.02.024]
8. Ebrahimi, A., M. Naqvi, M. Sabokdast and M, Mardi. 2010. Evaluation of genetic diversity in samples of two species of barley H. vulgare and H. spontaneum L. using microsatellite markers. Iranian Journal of Crop Sciences, 12(3): 333-48 (In Persian).
9. Feizi, M., M. Solouki, B. Sadeghzadeh, B. Fakheri and SA. Mohammadi. 2019. QTL Mapping for Higher Seed Zn Concentration and Content in Baley using SSR Markers. Journal of Crop Breeding, 11(30): 67-58 (In Persian). [DOI:10.29252/jcb.11.30.58]
10. Ganjkhanlu, A., M. Moghadam, S.A. Mohammadi, M. Shiba, K. Ghasemi Golazani and A. Yousefi. 2012. Study of atmospheric genetic diversity using microsatellite markers and correlation analysis for frost tolerance traits. Journal of Seedlings and Seeds, 28(1): 101-114 (In Persian).
11. Gong, X., S. Westcott, C. Li, G. Yan, R. Lance and D. Sun. 2009. Comparative analysis of genetic diversity between Qinghai-Tibetan wild and Chinese landrace barley., Genome 52: 849-861 [DOI:10.1139/G09-058]
12. Grant, V. 1991. The Evolutionary Process: A critical Study of Evolutionary Theory. Columbia University Press, NewYork.
13. Grime, J. 2002. Benefits of plant diversity to ecosystems: immediate, filter and founder effects. Journal of Ecology, 86: 902-910. [DOI:10.1046/j.1365-2745.1998.00306.x]
14. Haj Mansour, Sh., M. Bi Hemmat, A.S. Nabipour, M. Abdullah, S.M. Mohammadi and H. Nikkhah. 2010. Study of genetic diversity in barley genotypes : II. Microsatellite markers and morphological traits. Journal of Seedlings and Seeds, 26(2): 150-171 (In Persian).
15. Hasan, M., N. Odat, I. Qrunfleh, Y. Shakhatreh and S. Saifan. 2018. Microsatellite analysis of genetic diversity and population structure of Jordanian barley (Hordeum vulgare L.) reveals genetic polymorphism and divergence associated with inflorescence type. Research on Crops. 19: 86-96. [DOI:10.5958/2348-7542.2018.00015.3]
16. Hayes, P.M., A. Castro, L. Marquez-Cedillo, A. Corey, C. Henson, B.L. Jones, J. Kling, D. Mather, I. Matus, C. Rossi and K. Sato. 2003. Genetic diversity for quantitatively inherited agronomic and malting quality traits. In R. Von Bothmer et al. (Ed.) Diversity in barley (Hordeum vulgare). Elsevier Science Publishers, Amsterdam. 300 p. [DOI:10.1016/S0168-7972(03)80012-9]
17. Hou, Y., Z. Yan and Y. Wei. 2005. Genetic diversity in barely from west China based on RAPD and ISSR analysis Barely. Genetics Newsletter, 35: 9-22.
18. Ithadpour., M, M. Fattahi Moghaddam and Z. Zamani. 2012. Investigation of genetic diversity of wild and commercial plum specimens using SSR molecular marker. Horticultural Sciences of Iran, 43(2): 199-210 (In Persian).
19. Jugran, A.K., I.D. Bhatt, R.S. Rawal, S.K. Nandia and V. Pande. 2013. Atterns of morphological and genetic diversity of Valeriana jatamansi Jones in different habitats and altitudinal range of West Himalaya, India. Flora, 208: 13-21. [DOI:10.1016/j.flora.2012.12.003]
20. Karamzadeh, F. 2019. Genetic Diversity of Reversible Crossbreeding Families from Molecular and Wild Crossbreeding with Molecular Markers, M.Sc. Thesis, Faculty of Agriculture, Isfahan University of Technology, Isfahan, 90 p (In Persian).
21. Kumar, A., P. Mishra, S.C. Singh and V. Sundaresan. 2013. Efficiency of ISSR and RAPD markers in genetic divergence analysis and conservation management of Justicia adhatoda L., a medicinal plant. Plant. System Evol, 300: 1409-1420. [DOI:10.1007/s00606-013-0970-z]
22. Kumar, M., G.P. Mishra, R. Singh, J. Kumar, P.K. Naik and Sh.B. Singh. 2009. Correspondence of ISSR and RAPD Markers for Comparative Analysis of Genetic Diversity among Different Apricot Genotypes from Cold Arid Deserts of Trans-Himalayas.physiology and Molecular Biology of Plants, 15(3): 225-236. [DOI:10.1007/s12298-009-0026-6]
23. Low, A., S. Harris and P. Ashton. 2004. Ecological genetics: design, analysis and Application. Black-Well Publishing. Oxford.
24. Manifesto, M.M., A.S. Schlatter, H.E. Hopp, E.Y. Suarez and J. Dubcovky. 2001. Quantitative evaluation of genetic diversity germplasm using molecular markers. Crop Science, 41: 682-690. [DOI:10.2135/cropsci2001.413682x]
25. Matus, I.A. and P.M. Hayes. 2002. Genetic diversity in three groups of barley germplasms assessed by simple sequence repeats. Genome, 45: 1095-1106. [DOI:10.1139/g02-071]
26. Mohammadi, S.A. and B.M. Prasanna. 2003. Analysis of genetic diversity in crop plants-salient statistical tools and considerations. Crop Science, 43: 1235-1248. [DOI:10.2135/cropsci2003.1235]
27. Morrel, P.L. 2011. Hordeum. pp. 309-320, In: C. Kole (Ed.), Wild Crop Relatives: Genomic and Breeding Resources, [DOI:10.1007/978-3-642-14228-4_6]
28. Nam Avar, A., Z. Tahmasebi, A. Moghaddam, F. Fatehi, Z. Yousefi and B. Zaraei. 2016. Investigation of genetic diversity of a sample of wild barley germplasm (Hordeum spontaneum) using SSR molecular marker. Cereal Research, 6(2): 202-214 (In Persian).
29. Nandakumar, N., A.K. Singh, R.K. Sharma, T. Mohapatra, K.V. Prabhu and F.U. Zaman. 2004. Molecular fingerprinting of hybrids and assessment of genetic purity of hybrid seeds in rice using microsatellite markers. Euphytica, 136: 257-264. [DOI:10.1023/B:EUPH.0000032706.92360.c6]
30. Nevo, E. and G. Chen. 2011. Drought and salt tolerances in wild relatives for wheat and barley improvement. Plant, Cell and Environment, 33: 670-685. [DOI:10.1111/j.1365-3040.2009.02107.x]
31. Ozkan, H., S. Kafkas, M.S. Ozer and A. Brandolini. 2005. Genetic relationships among South-East Turkey wild barley populations and sampling strategies of Hordeum spontaneum. Theoretical and Applied Genetics, 112: 12-20. [DOI:10.1007/s00122-005-0067-3]
32. Pazouki, L., M. Mardi, P. Salehi Shanjani, M. Hagidimitriou, S.M. Pirseyedi, M.R. Naghavi, D. Avanzato, E. Vendramin, S. Kafkas, B. Ghareyazie, M.R. Ghaffari and S.M. Khayam Nekoui. 2010. Genetic diversity and relationships among Pistacia species and cultivars. Conservation Genetics, 11: 311-318. [DOI:10.1007/s10592-009-9812-5]
33. Poczai, P., I. Varga, M. Laos, A. Cseh, N. Bell, J.P. Valkonen and J. Hyvonen. 2013. Advances in plant gene-targeted and functional markers: a review. Plant Methods, 9(1): 6. [DOI:10.1186/1746-4811-9-6]
34. Powell, W., M. Morgante, C. Ander, M. Hanafey, J. Vogel, S. Tingy and A. Rafalaski. 1996. The comparision of RFLP, RAPD, AFLP and SSR (microsatellite) marker for germplasm analysis. Molecular breeding, 2: 225-238. [DOI:10.1007/BF00564200]
35. Raggi, L., E. Bitocchi, L. Russi, G. Marconi, T.F. Sharbel, F. Veronesi and E. Albertini. 2015. Understanding genetic diversity and population structure of a Poa pratensis worldwide collection through morphological, Nuclear and Chloroplast Diversity Analysis. Public Library of Science (PLoS One), 10: e0124709 [DOI:10.1371/journal.pone.0124709]
36. Ren, N. and M.P. Timko. 2001. AFLP analysis of genetic polymorphism and evolutionary relationships among cultivated and wild Nicotiana species. Genome, 44(4): 559-571. [DOI:10.1139/g01-060]
37. Roder, M.S., V. Korzun, K. Wendehake, J. Plaschke, M.H. Tixier, P. Leroy, and M.W. Ganal. 1998. A microsatellite map of wheat. Genetics 149: 2007-2023. [DOI:10.1093/genetics/149.4.2007]
38. Salehi Shanjani, P., M. Mardi, L. Pazouki, M. Hagidimitriou, D. Avanzato, S. M. Pirseyedi, M. R. Ghaffari and S. M. Khayam Nekoui. 2009. Analysis of the molecular variation between and within cultivated and wild Pistacia species using AFLPs. Tree Genetics and Genomes, 5: 447-458. [DOI:10.1007/s11295-008-0198-1]
39. Salem, K.F.M., R.K. Varshney, M.S. Roder and A. Borner. 2010. EST-SSR based estimates on functional genetic variation in barley (Hordeum vulgare L.) collection from Egypt. Genetic Resources and Crop Evolution, 57: 515-521. [DOI:10.1007/s10722-009-9489-0]
40. Satya, P., M. Karan, S. Jana, S. Mitra, A. Sharma, P.G. Karmakar and D.P. Ray. 2015. Start codon targeted (SCoT) polymorphism reveals genetic diversity in wild and domesticated populations of ramie (Boehmeria nivea L. Gaudich.), a premiumtextile fiber producing species. Meta gene, 3: 62- 70. [DOI:10.1016/j.mgene.2015.01.003]
41. Shakhatreh, Y., N. Haddad, M. Alrababah, S. Grando and S. Ceccarelli. 2009. Phenotypic diversity in wild barley (Hordeum vulgare L. ssp. spontaneum (C. Koch) Thell.) accessions collected in Jordan. Genetic Resources and Crop Evolution, 57:131-146. [DOI:10.1007/s10722-009-9457-8]
42. Shamsifar. S., R. Mirfakhraie and K. Haghpanah. 2021. Study on Genetic Diversity of some Barley (Hordeum vulgare L.) Cultivars Using SSR Marker and Physiological Traits, Froctun and Ion Leakage under Late Spring Cold Stress. Journal of Crop Breeding, 12(34): 199-209 (In Persian). [DOI:10.29252/jcb.12.34.199]
43. Torres, AM., N.F. Weeden and A. Martin. 1993. Linkage among isozyme, RFLP and RAPD markers in Vicia faba. Theoretical and Applied Genetics, 85: 935-945. [DOI:10.1007/BF00215032]
44. Trindade, H., I. Sena, S. Goncalves and A. Romano. 2012. Genetic diversity of wild populations of Tuberaria major (Cistaceae), an endangered species endemic to the Algarve region (Portugal), using ISSR markers. Biochemical Systematics and Ecology, 45: 49-56. [DOI:10.1016/j.bse.2012.06.028]
45. Varshney, R.K., P. Langridge and A. Graner. 2007. Application of genomics for molecular breeding of wheat and barley. Advances in Genetics, 58: 122-155. [DOI:10.1016/S0065-2660(06)58005-8]
46. Wang, H.Y., Y.M. Wei, Z.H. Yan and Y.L. Zheng. 2007. EST-SSR DNA polymorphism in durum wheat (Triticum durum L.) collections. Journal of Applied Genetics, 48: 35-42. [DOI:10.1007/BF03194655]
47. Wang, P., L. Yang, E. Zhang, Z. Qin, H. Wang, Y. Liao, X. Wang and L. Gao. 2017. Characterization and development of EST-SSR markers from a cold-stressed transcriptome of centipede grass by Illumina paired-end sequencing. Plant Mol. Biol. Rep. 35: 215-223. [DOI:10.1007/s11105-016-1017-8]
48. Weir, S. 1990. Genetic data analysis: Methods for Discrete Population Genetic data. Sunderland, Sinauer Associates. Inc. Publishers, Massachusetts.
49. White, T.L., W.T. Adams and D.B. Neale, Forest Genetics, CABI Publishing, Cambridge, Massachusetts, USA 702 p, 2007. [DOI:10.1079/9781845932855.0000]
50. Xu, Y., 2010. Molecular Plant Breeding. Cabi Publishing. Wallingford, Oxford shire, Cambridge, UK
51. Ya-ming, G., X.U. Sheng-chun, M. Wei-hua, L. Ze-yun, H. Qizan, Z. Gu-wen and D. Ju. 2011. Genetic Diversity Analysis of Faba Bean (Vicia fabaL.) Based on EST-SSR Markers. Agricultural Sciences in China, 10: 838-844. [DOI:10.1016/S1671-2927(11)60069-2]
52. Zhang, M., W. Mao, G. Zhang and F. Wu. 2014. Development and characterization of polymorphic EST-SSR and genomic SSR markers for Tibetan annual wild barley. PLoS One, 9: 1-10. [DOI:10.1371/journal.pone.0094881]
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
