مجله جنگل ایران

مجله جنگل ایران

تنوع ژنتیکی پایه‌های منتخب شیردار (Acer cappadocicum Gled.) با استفاده از نشانگرهای SSR برای تشکیل باغ بذر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
استادیار، مؤسسۀ تحقیقات جنگل‌ها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران
چکیده
مقدمه: تشکیل باغ بذر افزون‌بر تأمین بذرهای تکرارپذیر و نهال‌های باکیفیت، در تأمین تنوع ژنتیکی کافی برای پژوهش‌های آینده نیز اهمیت دارد. شیردار یا شیرپلت (Acer cappadocicum Gled.) از سرده افرا و از درختان بومی ایران و از گونه‌های مهم جنگل‌های هیرکانی است. در این پژوهش، فواصل ژنتیکی پایه‌های مادری شیردار که به‌منظور احداث باغ بذر کشت شدند ارزیابی شد. هدف اصلی این پژوهش اجتناب از پس‌روی خویش‌آمیزی و یکنواختی ژنتیکی جمعیت حاصل از این پایه‌های مادری بود.
مواد و روش‌ها: به‌منظور تولید نهال و انتقال آنها به باغ بذر شیردار، 21 پایۀ مادری دارای فنوتیپ مناسب از سه جمعیت در جنگلی به مساحت تقریبی 100هزار هکتار شناسایی شد و از آنها بذر جمع‌آوری و به تفکیک پایه‌های مادری به نهال تبدیل شد و نمونه‌های برگی جمع‌آوری شد. پس از استخراج DNA، واکنش زنجیره‌ای پلیمراز با استفاده از نشانگرهای SSR برای تکثیر باندهای DNA انجام گرفت. براساس نتایج، در 15 مکان SSR تکثیر قطعه صورت گرفت.
یافته‌ها: در مجموع برای 15 جفت آغازگر SSR، 63 آلل چندشکل در 21 پایۀ منتخب شیردار شناسایی شد. بیشترین مقادیر شاخص‌های تنوع ژنتیکی برای جمعیت دهمیان و کمترین مقادیر برای کلیج‌کلا برآورد شد. هتروزیگوسیتی (H) بین 23/0 (جمعیت دهمیان) و 16/0 (جمعیت کلیج‌کلا) متغیر بود. افزون‌بر این، این دو جمعیت (دهمیان و کلیج‌کلا) نیز به‌ترتیب بیشترین (38/1) و کمترین (08/1) مقدار ضریب شانون را نشان دادند. میزان شباهت ژنتیکی جاکارد در ژنوتیپ‌ها از 001/0 تا 52/0 متغیر بود که نشان‌دهندۀ شباهت کم پایه‌ها در داخل هر کدام از گروه‌ها بود. بنابراین گزینش برای بذرگیری باید از پایه‌های دارای قرابت ژنتیکی کمتر که در خوشه‌های مجزا قرار گرفته‌اند صورت گیرد تا از پسروی ژنتیکی حاصل جلوگیری شود.
نتیجه‌گیری: در بررسی تنوع ژنتیکی دو جمعیت، نشانگرهای به‌کار‌رفته کارایی زیادی در تفکیک ژنوتیپ‌ها داشتند. تنوع ژنتیکی بین دو جمعیت کمتر از تنوع ژنتیکی درون جمعیتی بود. با این‌حال فواصل ژنتیکی بر‌اساس معیارهای مربوط محاسبه شد و با در نظر گرفتن ضریب تشابه، پایههای مادری در سه خوشۀ اصلی جای گرفتند. پایه‌هایی با تشابه زیاد مانند کلیج‌کلا 3، 7 و 5، از طرفی دهمیان 9 و کلیج‌کلا 7 مشاهده شد. اطلاعات حاصل از این پژوهش برای مدیریت پایه‌های کشت‌شده در باغ بذر و چینش پایه‌ها و کشت نکردن پایه‌های دارای قرابت ژنتیکی زیاد در کنار یکدیگر و جلوگیری از پسروی خویش‌آمیزی کاربرد دارد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Assessment of genetic diversity among Acer cappadocicum Gled. Elite genotypes using Molecular markers for seed orchard formation

نویسندگان English

F. Banaei-Asl
Y. Mohammadi
Assistant Prof., Dept. of biotechnology, Research institute of Forests and Rangelands, Agricultural Research,Education and Extension Organization (AREEO), Tehran, I. R. Iran.
چکیده English

Introduction: Establishing a seed orchard not only ensures the supply of reproducible seeds and high-quality seedlings but also plays a crucial role in providing sufficient genetic diversity for future research. Acer cappadocicum Gled., known as Cappadocian Maple, is a native tree in Iran and an important species in the Hyrcanian forests. This study evaluated the genetic distances of maternal bases of Cappadocian Maple planted for the purpose of establishing a seed orchard. The main goal of this research was to avoid inbreeding depression and genetic uniformity in the population derived from these maternal bases.
Material and Methods: The number of 21 maternal trees with suitable phenotypes was identified in two populations in a forest with an approximate area of 100,000 hectares and seeds were collected and transformed into seedlings. The DNA was extracted using a modified CTAB technique, and the polymerase chain reaction was carried out with SSR markers. The amplified markers, genetic indices, the similarity matrix of Jaccard coefficients, and the cluster analysis of 21 chosen trees, were performed using the UPGMA. To produce seedlings and transfer them to the Maple seed orchard, 21 maternal bases with suitable phenotypes were identified from three populations in a forest area with area of approximately 100,000 hectares. Seeds were collected from these bases, converted into seedlings, and leaf samples were collected. After DNA extraction, polymerase chain reaction (PCR) was performed using SSR markers to amplify DNA bands. According to the results, amplification occurred at 15 SSR loci.
Results: For 15 SSR markers, 63 polymorphic alleles were identified in 21 selected genotypes for 15 pairs of SSR primers. The highest genetic diversity indices were estimated for the Dahmian population and the lowest for the Kilijkola population. Heterozygosity (H) varied between 0.23 (Dahmian population) and 0.16 (Kilijkola population). In addition, these two populations (Dahmian and Kilijkola) showed the highest (1.38) and the lowest (1.08) Shannon coefficient, respectively. The Jaccard genetic similarity between genotypes ranged from 0.001 to 0.52, indicating the low similarity of trees within each of the groups. Therefore, selection for seed collection should be from bases with less genetic affinity that are placed in separate clusters to prevent genetic regression.
Conclusion: In this study the genetic diversity of two populations, the molecular markers used were highly efficient in distinguishing maternal trees. The genetic diversity between the two populations was less than the genetic diversity within both populations. However, the genetic distances were calculated based on the relevant criteria, and considering the similarity coefficient, maternal trees were placed in three main clades. Trees with high similarity such as KilijKala 3, 7, and 5, as well as Dahmian 9 and Kilijkola 7 were observed. Finally, the information obtained from this research was used to manage the planted bases in the seed orchard, arranging the bases, and avoiding planting bases with high genetic affinity next to each other to prevent inbreeding depression.

کلیدواژه‌ها English

Genetic diversity
Maple
Molecular markers
Seed orchard
Baucom, R.S., Estill, J.C., & Cruzan, M.B. (2005). The effect of deforestation on the genetic diversity and structure in Acer saccharum (Marsh): evidence for the loss and restructuring of genetic variation in a natural system. Conservation genetics6(1), 39-50.
Dastmalchi, M., Ebrahimi, E., Zabihi, K., Mokhtari, J., & Khornkeh, S. (2013). Seed orchard establishment of Fraxinus excelsior and Tilia platyphyllos in Chamestan-Nour. Research report. Research Institute of Forests and Rangelands. (In Persian)
Ferrazzini. D., Monteleone, I., & Belletti, P. (2007). Genetic variability and divergence among Italian populations of common ash (Fraxinus excelsior L.). Annals of Forest Science, 64, 159–168. https://doi.org/ 10.1051/forest:2006100
Gautschi, B., Widmer, A., & Koella, J. (2000). Isolation and characterization of microsatellite loci in the dice snake (Natrix tessellata). Molecular Ecology9(12), 2192-2193.
Grimm, G.W., & Thomas, D. (2014). The Colchic region as refuge for relict tree lineages: cryptic speciation in feld maples. Turkish Journal of Botany, 38, 1050–1066. https://doi.org/10.1046/j.1365-294X.2000.105320.x
Guarino, C., Santoro, S., De Simone, L., Cipriani, G. and Testolin, R., (2008). Differentiation in DNA fingerprinting among species of the genus Acer L. in Campania (Italy). Plant Biosystems-An International Journal Dealing with all Aspects of Plant Biology142(3), 454-461. https://doi.org/10.1080/11263500802410785
Hamrick, J.L., & Godt, M.W., (1990). Allozyme diversity in plant species. Plant population genetics, breeding, and genetic resources, 43-63pp.
Hamrick, J.L., & Godt, M.W., (1996). Effects of life history traits on genetic diversity in plant species. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences351(1345), 1291-1298. https://doi.org/10.1098/rstb.1996.0112
He, Y.L., He, Y., Gong, L.L., Fang, M.F., & Li, Z.H. (2017). Population genetic structure and interspecific differentiation between Acer davidii Franchi. and A. morrisonense Hayata (Aceraceae) based on SSR markers. Biochemical Systematics and Ecology71, 42-49. https://doi.org/10.1016/j.bse.2017.01.009
Imani rastabi, M., Jalilvand, H., Fallah, A., & Shahin Kaleybar, B. (2023). Genetic diversity of Parrotia persica (DC) C.A. Meyer in Hyrcanian forests, Iranian Journal of Forest, 15, 313-27. https://doi.org/10.22034/IJF.2023.330465.1858. (In Persian)
Lance, S.L., Love, C.N., Nunziata, S.O., O’Bryhim, J.R., Scott, D.E., Flynn, R.W., & Jones, K.L. (2013). 32 species validation of a new Illumina paired-end approach for the development of microsatellites. PloS one8(11), 81853. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0081853
Moon, H.S., Nifong, J.M., Nicholson, J.S., Heineman, A., Lion, K., Van der Hoeven, R., Hayes, A.J., & Lewis, R.S. (2009). Microsatellite-based analysis of tobacco (Nicotiana tabacum L.) genetic resources. Crop Science49(6), 2149-2159. https://doi.org/10.2135/cropsci2009.01.0024
Moriguchi, Y., Yamanaka, H., Ohdan, T., & Fuji, S.I. (2016). Development and characterization of polymorphic microsatellite markers for N eolitsea sericea using I llumina paired-end draft sequencing data. Plant Species Biology31(2), 163-166. https://doi.org/10.1111/1442-1984.12097
Nikzat-Siahkolaee, S., Sheidai, M., Assadi, M., Noormohammadi, Z., & Ghasemzadeh-Baraki, S. (2021). Infra-specific variation of Acer cappadocicum (Sapindaceae): morphological and molecular approaches. Brazilian Journal of Botany44, 149-163. https://doi.org/10.1007/s40415-020-00692-7
Nybom, H., (2004). Comparison of different nuclear DNA markers for estimating intraspecific genetic diversity in plants. Molecular ecology, 13(5), 1143-1155. https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2004.02141.x
Pliura, A.L., & Baliuckas, V.I. (2007). Genetic variation in adaptive traits of progenies of Lithuanian and western European populations of Fraxinus excelsior L. Baltic Forestry, 13(1), 28-38.
Rahimnezhad, S., Hojati, S.M., Asadi, H., Jalilvand, H., & Mahmoudi, M. (2022). Effect of different soil amendments on morphological and physiological traits of one-year-old seedlings of ash (Fraxinus excelsior L.) and coliseum maple (Acer cappadocicum Gled.). Iranian Journal of Forest and Poplar Research, 30, 119-34. (In Persian)
Ruņģis, D., Korica, A., Gailīte, A., Pušpure, I., & Veinberga, I. (2016) Analysis of the genetic diversity and population structure of Latvian ash (Fraxinus excelsior L.) stands using nuclear and chloroplast SSR markers. Proceedings of the latvian academy of sciences. Section B. Natural, exact, and applied sciences, 70(3), 101–108. https://doi.org/10.1515/prolas-2016-0017
Saghai-Maroof, M.A., Soliman, K.M., Jorgensen, R.A., & Allard, R. (1984). Ribosomal DNA spacer-length polymorphisms in barley: Mendelian inheritance, chromosomal location, and population dynamics. Proceedings of the National Academy of Sciences, 81, 8014-8018.  https://doi.org/10.1073/pnas.81.24.8014
Segarra-Moragues, J.G., Gleiser, G., & González-Candelas, F. (2008). Isolation and characterization of microsatellite loci in Acer opalus (Aceraceae), a sexually-polymorphic tree, through an enriched genomic library.  Conservation Genetics, 9: 1059-1062. https://doi.org/10.1007/s10592-007-9451-7
Siahkolaee, S.N., Sheidai, M., Assadi, M., & Noormohammadi, Z. (2017). Do we have different varieties in Acer velutinum (Sapindaceae): morphological and molecular studies. Phytotaxa, 321, 151–165. https://doi.org/10.11646/phytotaxa.321.2.1
Tambarussi, E.V., Boshier, D., Vencovsky, R., Freitas, M.L.M., & Sebbenn, A.M. (2017). Inbreeding depression from selfing and mating between relatives in the Neotropical tree Cariniana legalis Mart. Kuntze. Conservation Genetics, 18, 225-234. https://doi.org/10.1007/s10592-016-0896-4
Yang, J., Zhao, L.L., Yang, J.B., & Sun, W.B. (2015). Genetic diversity and conservation evaluation of a critically endangered endemic maple, Acer yangbiense, analyzed using microsatellite markers. Biochemical systematics and ecology60, 193-198. https://doi.org/10.1016/j.bse.2015.04.027

  • تاریخ دریافت 12 آذر 1402
  • تاریخ بازنگری 02 دی 1402
  • تاریخ پذیرش 29 بهمن 1402