بررسی تنوع ژنتیکی ژنوتیپ‌های گونه Agropyron intermedium با استفاده از نشانگرهای ISSR و پروتئین‌های محلول برگ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 بخش تحقیقات جنگل‌ها و مراتع، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان کرمانشاه، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی،

2 کارشناس سازمان جهاد کشاورزی استان کرمانشاه،

3 گروه ژنتیک و بهنژادی گیاهی، واحد کرمانشاه، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمانشاه، ایران

4 مدرس گروه کشاورزی دانشگاه پیام نور

5 دانشجوی دکترای ژنتیک و به نژادی گیاهی دانشگاه ایلام

چکیده

مقدمه: تنوع ژنتیکی در جوامع گیاهی، پایه و اساس برنامه‌های اصلاحی می‌باشد؛ به‎طوری‏که در روش‌های متداول اصلاحی، جمعیت‌های مطلوب از داخل یک توده دارای تنوع ژنتیکی، انتخاب می‌گردد.
مواد و روش‌ها: تنوع ژنتیکی 13 ژنوتیپ از گونه‌ Agropyron intermedium با استفاده از نشانگر ISSR و پروتئین‌های محلول برگ در آزمایشگاه زیست فناوری مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان کرمانشاه در سال 1399 مورد بررسی قرار گرفت.
یافته‌ها: بر اساس نتایج تجزیه مولکولی داده‌های پروتئین، تعداد 15 باند مشاهده شد که فقط در چهار باند از آن‎ها، چند شکلی مشاهده شد. بیشترین تعداد باند، مربوط به ژنوتیپ 12G با 15 باند و کمترین آن، مربوط به ژنوتیپ‌های 4G و 5G با 11 باند بود. در مجموع، پروتئین‌های برگ توانایی تفکیک درون گونه‌ای مناسبی نداشتند. با این حال، با توجه به ماتریس تشابه و تجزیه‌ خوشه‌ای برای پروتئین‌های محلول برگ، ژنوتیپ‌ها در سه گروه قرار گرفتند. گروه اول شامل ژنوتیپ‌های 4G، 5G، 9G و 11G بود. گروه دوم را ژنوتیپ‌های 1G، 2G، 3G، 6G، 10G و 12G تشکیل دادند و در نهایت گروه سوم شامل ژنوتیپ‌های 7G، 8G و 13G بود. ژنوتیپ‌های گروه اول بیشترین فاصله ژنتیکی را با ژنوتیپ‌های گروه دوم داشتند. آغازگرهای ISSR در مجموع توانستند 86 باند تولید کنند که از این تعداد، 10 باند یک شکل مشاهده شد و سایر باندها چندشکل بودند. میانگین تعداد باند تولید شده توسط هر آغازگر برای 13 ژنوتیپ برابر 17/7 بود. آغازگرهای IS11، IS12 و IS14 بیشترین تعداد باند (10 باند) و آغازگرهای IS3، IS9 و IS15 کمترین تعداد باند (5 باند) را نشان دادند. بر اساس مارکر ISSR، چندشکلی مطلوبی در بین ژنوتیپ‌ها مشاهده شد و آغازگرهای IS3، IS5، IS9، IS10، IS11 و IS14 به عنوان آغازگرهای مناسب جهت بررسی‌های تنوع درون گونه‌ای در Ag. intermedium، تعیین شدند. با توجه به تجزیه خوشه‌ای بر اساس داده‌های حاصل از آغازگرهای ISSR، ژنوتیپ‌ها در سه گروه قرار گرفتند. گروه اول شامل ژنوتیپ‌های 1G، 2G، 3G و 5G بود. متوسط ضریب تشابه برای ژنوتیپ‌های این گروه برابر 667/0 بود. ژنوتیپ‌های 9G، 11G، 12G و 13G در گروه دوم قرار گرفتند که متوسط ضریب تشابه برای این سه ژنوتیپ برابر 656/0 بود. گروه سوم شامل ژنوتیپ‌های 4G، 6G، 7G، 8G و 10G با متوسط ضریب تشابه 660/0 بود. در مجموع، بر اساس نشانگر ISSR، ژنوتیپ‌های 2G و 5G دارای بیشترین فاصله ژنتیکی با ژنوتیپ‌های 6G، 7G، 8G و 10G بودند.
نتیجه‎گیری: ژنوتیپ‌های 7G و 8G دارای بیشترین فاصله با ژنوتیپ 5G بودند. از این‎رو، این دو ژنوتیپ به دلیل دارا بودن فاصله ژنتیکی، مواد ژنتیکی مناسبی برای برنامه‌های اصلاحی و استفاده از هتروزیس به منظور دست‌یابی به ارقام با ویژگی‌های برتر بوده و پیشنهاد می‌گردد از آن‎ها در مطالعات بعدی استفاده گردد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The study of genetic diversity in Agropyron intermedium genotypes using ISSR and leaf soluble proteins markers

نویسندگان [English]

  • Hooshmand Safari 1
  • Paria Afzali 2
  • Alireza Etminan 3
  • Hooman Shirvani 4
  • Lida Fereidooni 5
1 Forests and Rangelands Research Department, Kermanshah Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Kermanshah, Iran
2 Expert of agriculture-Jahad, Kermanshah province
3 Department of Plant Breeding, Kermanshah Branch, Islamic Azad University, Kermanshah
4 Teacher, Department of Agriculture, Payam Noor University
5 Ph. D. Student of PlantBreeding,, Ilam University
چکیده [English]

Introduction: Genetic diversity in plant communities is the basis of breeding programs, and in conventional breeding programs, desirable populations are selected from within a population with high genetic diversity.
Materials and methods: The genetic diversity for 13 genotypes of Agropyron intermedium was studied by ISSR markers and soluble leaf proteins in the biotechnology laboratory of Kermanshah Agricultural Research and Education Center in 2019.
Results: Based on the results of molecular data analysis of proteins, 15 bands were observed, and polymorphism was seen in only four of them. The highest number of bands were related to genotype G12 with 15 bands and the lowest ones were related to G4 and G5 genotypes with 11 bands. In general, the leaf proteins did not have the ability to differentiate within the species. Although, based on the similarity matrix and cluster analysis for soluble leaf proteins, the genotypes were divided into three groups. The first group included genotypes G4, G5, G9, and G11. The second group consisted of genotypes G1, G2, G3, G6, G10, and G12. finally, the third group included genotypes G7, G8, and G13. The first group had the greatest genetic distance from the second group. In total, the ISSR primers were able to produce 86 bands, of which 10 bands were monomorphic and the other bands were polymorphic. The average number of bands produced by each primer for 13 genotypes was 7.17 bands. The primer of IS11, IS12, and IS14 showed the highest number of bands (10 bands), and IS3, IS9, and IS15 showed the lowest number of bands (5 bands). A desirable polymorphism between genotypes was observed based on ISSR markers and the primers of IS3, IS5, IS9, IS10, IS11, and IS14 were determined for the intraspecific diversity study of Ag. intermedium as desirable primers. According to the cluster analysis based on the data obtained from the ISSR primers, the genotypes were placed into three groups. The first group consisted of genotypes G1, G2, G3, and G5, and the average similarity coefficient for the genotypes of this group was 0.667. Genotypes G9, G11, G12, and G13 comprised the second group, and the average similarity coefficient for these three genotypes was 0.656. The third group included genotypes G4, G6, G7, G8, and G10 with an average similarity coefficient of 0.660. In addition, based on the ISSR marker, the genotypes G2 and G5 had the highest genetic distance with the genotypes G6, G7, G8, and G10.
Conclusion: Genotypes G7 and G8 had the greatest distance with genotype G5. Therefore, due to their genetic distance, these two genotypes are suitable genetic materials for breeding programs and the use of heterosis in order to obtain cultivars with superior characteristics, and it is suggested to use them in future studies.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Agropyron intermedium
  • Genetic variation
  • Soluble proteins
  • ISSR marker

مراجع

  1. Abbaszade, S., Jafari, A. A., Safari, H., & Shirvani, H. 2016. The study of genetic variation in Lolium multiflorum using ISSR molecular marker and karyotype traits. Modern Genetics, 11 (4), 579-590. [In Persian].
  2. Afkar, S., Karimzadeh, G., & Jafari, A. A. 2010. Genetic variation in tall Fescue (Festuca arundinacea Schreb) populations based on seed storage protein polymorphism. Journal of New Seeds, 11, 390-398. http://dx.doi.org/10.1080/1522886X.2010.525733.
  3. Arsalan, E., & Ertugrul, K. 2010. Genetic relationships of the genera Onobrychis, Hedysarum, and Sartoria using seed storage proteins. Turkish Journal of Biology, 34, 67-73. http://dx.doi.org/10.3906/biy-0812-24.
  4. Bhandari, H. R., Nishant Bhanu, A., Srivastava, K., Singh, M. N., Shreya, & Hemantaranjan, A. 2017. Assessment of genetic diversity in crop plants - an overview. Advances in Plants & Agriculture Research, 7 (3), 279-286. DOI: 10.15406/apar.2017.07.00255.
  5. Dickeduisberg, M., Laser, H., Tonn, B., & Isselstein, J. 2017. Tall wheatgrass (Agropyron elongatum) for biogas production: Crop management more important for biomass and methane yield than grass provenance. Industrial Crops and Products, 97, 563-663. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2016.12.055.
  6. Dinelli, G., & Lucchese, C. 1999. Comparison between capillary and polyacrylamide gel electrophoresis for identification of Lolium species and cultivars. Electrophoresis, 20 (12), 2524-32.
  7. Doyle, J. J., & Doyle, J. L. 1987. A rapd DNA isolation procedure for small quantities of fresh leaf tissue. Phytochemical Bulletin, 19, 11-15.
  8. Farshadfar, M. 2012. Genetic variability and Karyotype analysis of some Agropyron species. Annals of Biological Research, 3 (3), 1515-1523.
  9. Farshadfar, M., Nowrozi, R., Safari, H., Shirvani, H., & Amjadian, M. 2018. Assessment of genetic diversity in Agropyron desertorum accessions using ISSR molecular marker. Future of Food: Journal on Food, Agriculture and Society, 6 (1), 20-29.
  10. Fasih, Z., Farshadfar, M., & Safari, H. 2013. Genetic diversity evaluation of within and between populations for Festuca arundinacea by ISSR markers. International Journal of Agriculture and Crop Sciences, 5 (10), 1468- 1472.
  11. Habibi, B., Farshadfar, M., & Safari, H. 2012. Evaluation of genetic diversity among 18 Lucerne genotypes (Medicago Sativa) Using SDS-PAGE Markers. International Journal of Agriculture and Crop Sciences, 4 (21), 1623-1626.
  12. Jafari, A. A., Salehi Shanjani, P., Kouhi, L., & Bakhshi Khaneki, GH. R. Genetic diversity and geographic relationship among 11 dactyis glomerata populations using total protein electrophoresis. Cellular and Molecular Research (Iranian Journal of Biology), 26 (3), 278-288. [In Persian].
  13. Kumar, M., Chaudhary, V., Sirohi, U., Kumar Singh M., Malik, S., & Naresh, R. K. 2018. Biochemical and molecular markers for characterization of chrysanthemum germplasm: A review. Journal of Pharmacognosy and Phytochemistry, 7 (5), 2641-2652.
  14. Laemmli, U. K. 1970. Cleavage of structure proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature, 227, 680-685.
  15. Moradi, M., Farshadfar, E., & Safari, H. 2015. Evaluation of genetic diversity in Agropyron cristatum using ISSR molecular marker. Journal of Biodiversity and Environmental Sciences, 6 (5), 425-432.
  16. Moradi, P., & Jafari, A. A. 2006. Comparative study of forage quality in 26 Dactylis glomerata genotypes in order to produce synthetic varieties in Zanjan provienc. Iranian Journal of Rangelands and Forests Plant Breeding and Genetic Research, 14, 175-180. [In Persian].
  17. Powell, W., Morgante, M., Andre, C., Hanafey, M., Vogel, J., Tingey, S., & Rafalski, A. 1996. The comparison of RFLP, RAPD, AFLP and SSR (microsatellite) markers for germplasm analysis. Molecular Breeding, 2, 225-238.
  18. Rajaram, S. 2010. International Wheat Breeding. The Proceeding of 11th Iranian Crop Science Congress: Crop Production. Tehran, Shahid Beheshti University, Pp 225-238.
  19. Safari, H., & Jafari, A. A. 2013. Drought resistance evaluation of forage yield in Elymus hispidus ‎genotypes. Watershed Engineering and Management, 4 (2), 73-83. [In Persian].
  20. Safari, H., Shirvani, H., & Etminan, A. R. 2016. Assessment of genetic variation in Agropyron intermedium accessions using cytogenetical and morphological traits. Modern Genetics, 11 (4), 623-627. [In Persian].
  21. Safari, H., Shirvani, H., & Fereidoni, L. 2017. The study of genetic variation for Lolium perenne using molecular and biochemical markers. Cellular and Molecular Research (Iranian Journal of Biology), 30 (4), 361-374. [In Persian].
  22. Sanghani, J. M., Sanghani, A. O., & Vadher, K. J. 2016. Molecular and Biochemical Assessment of Genetic diversity in Mungbean. LAP LAMBERT Academic Publishing, 124 p.
  23. Shirvani, H., Etminan, A., Safari, H. 2014a. Genetic variation of Agropyron trichophorum accessions using ISSR molecular marker. Journal of Biodiversity and Environmental Sciences, 5 (4), 23-30.
  24. Shirvani, H., Sfari, H., Ershadimanesh, Kh., & Sadeghi, G. R. 2014b. Genetic variation among accessions of Festuca arundinacea Based on storage protein and soluble protein by SDS polyacrylamide gel electrophoresis. International Journal of Biosciences, 4 (2), 133-140.
  25. Valizadeh, M. 2001. Seed Storage Protein Profile of Grain Legumes Grown in Iran, Using SDS-PAGE. Journal of Agricultural Science and Technology, 3, 287-292.
  26. Zarafshani, F., Safari, H., & Etminan, A. R. 2020. Genetic diversity assessment of Agropyron cristatum accessions using ISSR marker. Modern Genetics, 15 (1), 69-73. [In Persian].
  27. Zietkiewicz, E., Rafalski, A., & Labuda, D. 1994. Genome fingerprinting by simple sequence repeat (SSR) - Anchored polymerase chain reaction amplification. Genomics, 20, 176-183.
  28. Zohrabi, E., Etminan, A. R., Safari, H., & Jafari, A. A., 2011. Forage production stability in some accessions of Elymus hispidus using AMMI model and other methods for analyzing stability in stressed and non stressed conditions. Journal of Rangeland, 5 (2), 209-218. [In Persian].

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار