ارزیابی کارایی نشانگرهای ISSR و پروتئین‌های محلول برگ در بررسی تطابق تنوع ژنتیکی ژنوتیپ‌های Agropyron elongatum با پراکنش جغرافیایی آنها

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 دانش آموخته کارشناسی ارشد دانشگاه آزاد اسلامی، واحد کرمانشاه، کرمانشاه، ایران

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: فرسایش ژنتیکی آسیب‌پذیری گیاهان را به تنش‌های محیطی و زیستی افزایش می‌دهد. خویشاوندان وحشی گیاهان زراعی به‌صورت انکار ناپذیری در افزایش غنای خزانه ژنی برای به‌نژادگران مفید هستند به‌طوری‌که با توجه به این تنوع ژنتیکی، پایه و اساس برنامه‌های به‌نژادی شکل می‌گیرد و اصلاح گیاهان با خصوصیات مطلوب فراهم می‌گردد.
مواد و روش‌ها: کارایی نشانگرهای ISSR و پروتئین‌های محلول برگ در بررسی تنوع ژنتیکی 12 ژنوتیپ از گونه‌ Agropyron elongatum جمع آوری شده از مناطق مختلف استان کرمانشاه در آزمایشگاه زیست فناوری مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان کرمانشاه در سال 1399 مورد بررسی قرار گرفت.
یافته‌ها: بر اساس پروتئین‌های محلول برگ تعداد 14 نوار برای ژنوتیپ‌ها مشاهده شد، که بیشترین تعداد نوار مربوط به ژنوتیپ‌های 2G، 5G و 7G با 13 نوار و کمترین تعداد نوار مربوط به 4G با 9 نوار بود. پروتئین‌های محلول تنوع ژنتیکی بالایی در بین ژنوتیپ‌های مورد بررسی نشان ندادند و در مجموع 36 درصد از نوارهای حاصل چندشکل بودند. گره‌بندی ژنوتیپ‌ها بر اساس پروتئین‌های محلول نشان داد که ژنوتیپ‌های 1G، 5G، 12G و 10G در گروه اول، 4G، 3G و 9G در گروه دوم و 6G، 7G، 8G، 2G و 11G در گروه سوم قرار گرفتند. گروه‌بندی بدست آمده از ژنوتیپ‌ها با پراکنش جغرافیایی آنها مطابقت نداشت و با توجه به شباهت بالای ژنوتیپ‌ها، چندشکلی مطلوبی در پروتئین‌های محلول برگ مشاهده نشد. در مجموع پروتئین‌های محلول توانایی تفکیک درون گونه‌ای مناسبی برای گونه‌ی علف گندمی پابلند نداشتند. بر اساس آغازگرهای ISSR در مجموع تعداد 73 نوار مشاهده شد، که 70 نوار در بین ژنوتیپ­ها چندشکل بودند. متوسط درصد چندشکلی در بین ژنوتیپ­ها 25/96% بود. کمترین تعداد نوار مربوط به آغازگر IS3 (3 نوار) و بیشترین تعداد نوار مربوط به آغازگر IS5 (10 نوار) بود. آغازگرهای IS3، IS10، IS11، IS13 و IS14 به‌عنوان آغازگرهای مناسب برای بررسی جمعیت‌های گونه‌ی علف گندمی پابلند معرفی شدند. گروه‌بندی ژنوتیپ‌ها بر اساس داده‌های ISSR تا حد بالایی با پراکنش جغرافیایی ژنوتیپ‌ها تطابق داشت. گروه اول شامل  8G، 9G و 10G بودند که ژنوتیپ‌های این گروه متعلق به دو شهرستان جوانرود و روانسر بودند. گروه دوم شامل 5G، 6G و 7G بودند. ژنوتیپ‌های این گروه متعلق به منطقه‌ی اسلام آباد غرب بودند. گروه سوم 11G و 12G بودند. این گروه نیز از شهرستان هرسین بودند. گروه چهارم شامل 1G، 2G، 3G و 4G بودند ژنوتیپ‌های این گروه متعلق به شهرستان کرمانشاه بودند. ژنوتیپ‌های شهرستان‌های جوانرود و روانسر بیشترین فاصله‌ی ژنتیکی با دیگر ژنوتیپ‌ها داشتند و ژنوتیپ‌های شهرستان هرسین کمترین فاصله‌ی ژنتیکی را با ژنوتیپ‌های شهرستان کرمانشاه داشتند.
 نتیجه گیری: نشانگر ISSR کارایی بهتری نسبت به پروتئین‌های محلول در تعیین تنوع ژنتیکی درون گونه‌ای ژنوتیپ‌های مورد بررسی داشت و ژنوتیپ‌های شهرستان‌های جوانرود و روانسر (8G، 9G و 10G) بیشترین فاصله‌ی ژنتیکی را با ژنوتیپ‌های شهرستان کرمانشاه (1G، 2G، 3G و 4G) داشتند. 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Evaluating the effectiveness of ISSR and leaf soluble proteins markers in investigating the conformity of the genetic diversity of Agropyron elongatum genotypes with their geographical distribution

نویسندگان [English]

  • Hooshmand Safari 1
  • Elnaz Miri 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 Ms. C. Graduated from Islamic Azad University, Kermanshah Branch, Kermanshah, IRAN.
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 erosion increases the vulnerability of plants to environmental and biological stresses. The wild relatives of cultivated plants are undeniably very useful for the modern agricultural breeders in the richness of their vast gene pool, which, according to this genetic diversity, forms the basis of breeding programs and makes it possible to improve plants with desirable traits and characteristics.
Materials and methods: The effectiveness of ISSR and leaf soluble proteins markers in examining the genetic diversity of 12 Agropyron elongatum genotypes collected from different regions of Kermanshah province in the Biotechnology Laboratory of the Research and Education Center of Agriculture and Natural Resources of Kermanshah Province were investigated in 2019.
Results: Based on leaf soluble proteins, 14 bands were observed for genotypes, the highest number of bands were related to genotypes 2G, 5G and 7G with 13 bands and the lowest number of bands were related to 4G with 9 bands. Soluble proteins did not show a high genetic diversity among the studied genotypes and a total 36% of bands were polymorphic. Grouping of genotypes based on soluble proteins showed that genotypes 1G, 5G, 12G and 10G were in the first group, 4G, 3G and 9G were in the second group and 6G, 7G, 8G, 2G and 11G were in the third group. The grouping obtained from the genotypes did not correspond to their geographical distribution and due to the high similarity of the genotypes, no favorable polymorphism was observed with regard to leaf soluble proteins. In total, the soluble proteins did not have the ability to suitable separation within the species for the species of Tall wheatgrass. Based on ISSR primers, a total of 73 bands were observed, of which 70 bands were polymorphic among genotypes. The average percentage of polymorphism among genotypes was 96.25%. The lowest number of bands was related to IS3 primer (3 bands) and the highest number of bands was related to IS5 primer (10 bands). Primers IS3, IS10, IS11, IS13, and IS14 were introduced as suitable primers for investigating the populations of Tall wheatgrass species. The grouping of genotypes based on ISSR data was highly consistent with the geographical distribution of genotypes. The first group included 8G, 9G and 10G, and the genotypes of this group belonged to two cities of Javanrood and Ravansar. The second group included 5G, 6G and 7G. The genotypes of this group belonged to Eslamabad-e Gharb region. The third group was 11G and 12G. This group was also from Harsin region. The fourth group included 1G, 2G, 3G and 4G. The genotypes of this group belonged to Kermanshah. Genotypes from Javanroud and Ravansar had the highest genetic distance with other genotypes, and the genotypes from Harsin had the least genetic distance similarity with the genotypes from Kermanshah.
Conclusion: The ISSR marker was more efficient than the soluble proteins in determining the intraspecies genetic diversity of the studied genotypes, and the genotypes of Javanrud and Ravansar (8G, 9G, and 10G) had the greatest genetic distance with the genotypes of Kermanshah (1G, 2G, 3G, and 4G).

کلیدواژه‌ها [English]

  • Agropyron elongatum
  • geographical distribution
  • soluble proteins
  • ISSR marker

مراجع

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
Aghaei Sabarze, M. 2010. The importance of enriching the gene pool of crops by using wild species: Limitations and ways to overcome obstacles. Iranian Journal of Crop Sciences, 12(1): 1-58. [In Persian].
Altıntas, S., Toklu, F., Kafkas, S., Kilian, B., Brandolini, A., & zkan. H. O. 2008. Estimating genetic diversity in durum and bread wheat cultivars from Turkey using AFLP and SAMPL markers. Plant Breeding, 127: 9-14.
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.
Borem, A., & Fritch-neto, R. 2014. Biotechnologye and plant breeding. Academic Press is an imprint of Elsevier, Pp19-45.
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.
Doyle, J. J., & Doyle, J. L. 1987. A rapd DNA isolation procedure for small quantities of fresh leaf tissue. Phytochemical Bulletin, 19, 11-15.
Farshadfar, M., & Farshadfar, E. 2004. Genetic Variation Among Different Agropyron Species Based on Morphological and Chemical Indices. Journal of Water and Soil Science, 8(2): 243-251. [In Persian].
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.
Gonzalez, A., Wong, A., Delgado-Salinas, A., Papa, R., & Gepts, P., 2005. Assessment of Inter Simple Sequence Repeat Markers to Differentiate Sympatric Wildand Domesticated Populations of Common Bean. Crop Science 45(2): 606-615.
Heidari Sharif abad, H., & Dorri, M. A. 2003. The forage plants (Grasses). Research Institute of Forest and Rangelands, Tehran, IRAN, 312 P.
Jafari, A. A., Salehi Shanjani, P., Kouhi, L., & Bakhshi Khaneki, GH. R. 2013. 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].
Jouri, M. H., & Mahdavi, M. 2010. Applied identification of rangeland plants, Aij Press, Iran, 418 pages. [In Persian].
Kumar, M., Mishra, G. P., Singh, R., Kumar, J., Naik P. K., & Singh. S. B. 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.
Laemmli, U. K. 1970. Cleavage of structure proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature, 227, 680-685.
Liu, X. H., Liu, W. X., Zhang, Y. R., Liu, Z. X., Zhang, S. K. & Dai, J. R. 2005. Genetic relationship among several maize inbreds revealed by SSR markers. Molecular Plant Breeding, 3: 179-187.
Mohammadi, S. A., & Prasanna.,B. M. 2003. Analysis of genetic diversity in crop plants salient statistical tools and considerations. Crop Science, 43:1235-1248.
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.
Nevo, E., Baum, B., Beiles, A., & Johnson, D. A. 1998. Ecological correlates of RAPD DNA diversity of wild barley, Hordeum spontaneum, in the Fertile Crescent. Genetic Resources and Crop Evolution, 45: 151-159.
Nianxi, Z., Yubao, G., Jinlong, W., Anzhi, R., & Hua, X. 2006. RAPD diversity of Stipa grandis populations and its relationship with some ecological factors. Acta Ecological Sinaica, 26: 1312-1319.
Nosrati, H., Hosseinpour Feizi, M. A., Seyed Tarrah, S., & Razban Haghighi, A. 2011. A study of the relationship between eco-geographical factors and genetic similarity in different populations of Onobrychis viciifolia using RAPDs. Journal of Plant Biology, 3(7): 85-96. [In Persian].
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.
Rostami-Ahmadvandi, H., Cheghamirza, K., Kahrizi, D., & Bahraminejad, S. 2013. Comparison of morpho-agronomic traits versus RAPD and ISSR markers in order to evaluate genetic diversity among Cuminum cyminum L. accessions. Australian Journal of Crop Science, 7(3): 361-367.
Rostami-Ahmadvandi, H., Kahrizi, D., Cheghamirza, K., Nosratti, I., & Zargooshi, J. 2016. Molecular and agro-morphological genetic diversity assessment of Chickpea mutants induced via ethyl methane sulfonate. Cellular and Molecular Biology, 62(11): 8-12.
Rostami-Ahmadvandi, H., Kahrizi, D., Zebarjadi, A. R., Mostafaie, A., Sohrabi-Babahadi, F., & Kiani, S., 2011. Study of Peganum harmala genetic diversity based on sodium dodecyl sulphate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) analysis. Journal of Agricultural Science and Technology, A(1): 1300-1302.
Safari, H., Afzali, P., Etminan, A., Shirvani, H., & Fereidooni, L., 2022. The study of genetic diversity in Agropyron intermedium genotypes using ISSR and leaf soluble proteins markers. Cereal Biotechnology and Biochemistry, 1 (3), 358-374. DOI: 10.22126/cbb.2022.8391.1022. [In Persian].
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].
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].
Sanadgol, A. A. 1996. An Introduction to forage plants breeding. Research Institute of Forests and Rangelands Press, Tehran. Iran. 128 pages. [In Persian].
Shirvani, H., Etminan, A., Safari, H. 2014. Genetic variation of Agropyron trichophorum accessions using ISSR molecular marker. Journal of Biodiversity and Environmental Sciences, 5 (4), 23-30.
Shirzad, H., Ahmadi, J., Aghaei, M. J., & Sorkhi, B., 2021. Morphological Genetic Variation of Native Species of Aegilops triuncialis L. Collected from the northern half of Iran. Journal of Plant Research (Iranian Journal of Biology). 34 (3): 682-693. [In Persian].
Volis, S., Yakubov, B., Shulgina, I., Ward, D., Zur, V., & Nedlinge, S. 2001. Tests for adaptive RAPD variation in population genetic structure of wild barley, Hordeum spontaneum Koch. Biological Journal of Linnaean Society. 74: 289-303.
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].
Zebarjadi, A., Rostami Ahmadvandi, H., Kahrizi, D., & Cheghamirza, K. 2016. Assessment of Genetic Diversity by Application of Inter Simple Sequence Repeat (ISSR) Primers on Iranian Harmal (Peganum harmala L.) Germplasm as an Important Medicinal Plant. Journal of Applied Biotechnology Reports, 3(3): 441-445

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار