بخشی از مقاله
چکیده
علف باغ - Dactylis glomerata - یکی از گرامینههاي مهم مرتعی چند ساله براي ایجاد چراگاه و تولید علوفه خشک است. به منظور بررسی تنوع ژنتیکی جمعیتهاي وحشی علف باغ 11 جمعیت موجود در بانک ژن منابع طبیعی انتخاب شدند. در این تحقیق الگوي پروتئینی 110 ژنوتیپ از 11 جمعیت براي تعیین میزان تنوع ژنتیکی موجود مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج SDS-PAGE، 25 باند قابل تکثیر، پپتید پروتئینی، براي مطالعه تنوع ژنتیکی ثبت گردید. باندها در محدوده وزن ملکولی 7638 تا 2768850 دالتون قرار گرفتند.
میانگین تعداد باندهاي پلیمورف نسبت به کل باندها در کلیه جمعیتها از 0/14 در اردبیل، تا0/41 در ارومیه، متغیر بود SDS-PAGE پروتئینهاي کل، تنوع درون و میان جمعیتی بالایی نشان دادند که تمایز مشخصی بر اساس منشاء و رویشگاه نشان ندادند. میانگین فاصله ژنتیکی کل بین جمعیتها 0/045 بود که بیشترین فاصله - 0/132 - بین کرج3 و پاسند2 بود و کمترین فاصله - 0/017 - بین کرج1 و اردبیل مشاهده گردید.
همبستگی بین ماتریس فاصلههاي ژنتیکی و جغرافیایی به وسیله آزمون مانتل ثابت نشد و ضریب همبستگی بین آنها از نظر آماري معنی دار نگردید P=0/280 - و . - R=0/02 این مسئله نیز نشان دهنده عدم وجود شیب محیطی در گوناگونی پروتئینهاي کل است. این نتایج نشان میدهند که در برنامههاي اصلاحی علف باغ میبایست تنوع ژنتیکی ارقام علف باغ بوسیله استفاده از والدین مختلف افزایش یابد . افزایش اساس ژنتیکی براي اصلاح علف باغ میتواند بوسیله کاربرد سیستماتیکی ژرمپلاسم که الگو پروتئینی متفاوتی داشته و ویژگیهاي کمی بهتري دارند حاصل شود.
مقدمه
گراسها از مهمترین گیاهان مرتعی هستند که به لحاظ تولید علوفه، احداث چراگاه، حفاظت و جلوگیري از فرسایش خاك اهمیت زیادي دارند - مقدم، 1377؛ . - Sanderson et al., 2002 علف باغ - Dactylis glomerata - در یک قرن اخیر به اهمیت اقتصادي و زراعی علف باغ پی برده شده است و امروزه کشت و زرع این گیاه به عنوان علوفه خالص، چراگاههاي طبیعی و مخلوط با سایر گرامینههاي مرتعی در برنامههاي احیاء مراتع قرار گرفته است.
علف باغ به صورت علوفه نیز برداشت میشود و بعد از چرا یا برداشت به سرعت رشد میکند. پیشبینی شده است که نواحی مدیترانهاي در آینده به دلیل تغییرات جهانی، آب و هواي گرمتر و خشکتر خواهند داشت در نتیجه، ایجاد و توسعه گونهها و انواعی که نیاز کمی به آب دارند در برنامههاي پرورش گیاهان از اولویت بالایی برخودار است. بنابراین علف باغ که از لحاظ سازگاري و تطابق با شرایط کمبود آب، یکی از گزینههاي مناسب است . - Abraham et al., 2006 - مهمترین شرط کاربرد و اصلاح ذخایر گیاهی شناخت ساختار ژنتیکی آنها است. بطوریکه زیر بناي هر برنامه اصلاحی از طریق پارامترهاي ژنتیکی پیریزي میگردد. بنابراین آگاهی از تنوع و تمایز ژنتیکی ژنوتیپها و اطلاع از نحوهاي عمل ژنهاي مربوطه، براي برنامه ریزيهاي بهنژادي ضروري است.
- Kehr 1960 - از میان روشهاي مختلف مطالعه تنوع ژنتیکی تکنیک الکتروفرز ژل سدیم دودسیل سولفات - پلیاکریلآمید - SDS-PAGE - بدلیل ارزانی و عدم تاثیرپذیري از شرایط محیطی و وجود پلیمورفیسم، کاربرد بالایی در ارزیابی روابط فنوتیپی در بین ذخایر گیاهی داشته و از آن به طور وسیعی در مطالعات ردهبندي جنسها و نیز ارزیابی تنوع بین گونهها و درون گونهها استفاده میشود - Ahmad, 1994 - که کارایی مارکر پروتئینی را در ارزیابی تنوع ژنتیکی بین جمعیتهاي گیاهی تأیید نموده و نشان دادند که مارکر پروتئینی به دلیل عدم تأثیرپذیري از شرایط محیطی اطلاعات تاکسونومیکی مفیدي را فراهم می نماید.
از آنجاییکه فشار بر مراتع موجب فرسایش ژنتیکی شده و گرم شدن تدریجی زمین استفاده از انواع اصلاح شده گونه هاي مرتعی را ضروري می نماید، مطالعه ساختار ژنتیکی جمعیتهاي علف باغ میتواند کمک شایانی به حفاظت، احیاء و توسعه این گونه با ارزش مرتعی نماید. هدف از انجام این تحقیق - 1 مطالعه تنوع و تمایز ژنتیکی موجود بین جمعیتهاي مختلف علف باغ براساس نشانگر پروتئینی و - 2 بررسی وجود ساختار جغرافیایی در دادههاي ژنتیکی می باشد.
مواد و روشها
11 جمعیت علف باغ از بانک ژن منابع طبیعی تهیه شد و 110 ژنوتیپ - گیاهک - متعلق به 11 جمعیت مورد مطالعه - هر جمعیت 10 ژنوتیپ - به طور تصادفی انتخاب گردید. در این تحقیق الکتروفورز پروتئینهاي کل به روش SDS-PAGE - الکتروفورز ژل پلیاکریلآمید دودسیل سولفات - انجام شد . - Laemmli 1970 - اطلاعات حاصل از پروتیینهاي کل به صورت باند هاي مجزاي پروتئینی براي گیاهکهاي مختلف روي صفحه ژل پلی اکریل آمید نمایان گردید. جایگاه هر یک از این باند ها بر روي ژل از طریق حرکت نسبی آنها مشخص و به صورت اعداد کمی بیان گردید. بر اساس وجود - عدد یک - یا عدم وجود هر باند - عدد صفر - در فواصل مختلف، نسبت به تشکیل ماتریس داده ها اقدام گردید.
فراوانی باندها، نسبت تعداد باندهاي پلیمورف نسبت به تعداد کل باندها و پلیمورفیسم باندها با نرم افزار - Rohlf, 2004 - NTSYS-pc محاسبه شد. تسهیم گوناگونی ژنتیکی درون و میان گروهی توسط آزمون واریانس ملکولی AMOVA - ؛ - Excoffier et al., 1992 و برنامه نرم افزاري ARLEQUIN 1.1 - ؛ - Schnieder et al., 1997 تعیین شد. فاصله ژنتیکی میان جمعیتها بر اساس معادله Nei - Nei, 1978 - برآورد شد. از آزمون تجزیه به مولفه هاي اصلی - Gower 1968 - PCA براي مطالعه الگوي تمایز استفاده شد. براي بررسی همبستگی فاصله صفات با یکدیگر از تست مانتل - Mantel, 1967 - نیز استفاده گردید.
نتایج و بحث
در این تحقیق الگوي پروتئینی 11 جمعیت علف باغ براي تعیین تنوع ژنتیکی موجود مورد بررسی قرار گرفت. تعداد 25 باند در 11 جمعیت علف باغ مورد مطالعه مشاهده گردید. مقایسه تعداد باند در میان جمعیتهاي مختلف علف باغ نشان میدهد که اکثر جمعیتها داراي 25 باند بوده و فقط در میان آنها کرج1 و کرج4 داراي 24 باند میباشند - جدول . - 1 هیچ باند نادر در میان جمعیتهاي علف باغ مشاهده نشد. نتایج نشان دادند که بیشترین درصد پلی مورفیسم باندها مربوط به جمعیت ارومیه - %92 - و کمترین درصد پلی مورفیسم باندها مربوط به اردبیل - %36 - ، با میانگین%66/91 میباشد. بیشترین و کمترین نسبت تعداد باندهاي پلیمورف نسبت به کل باندها در ارومیه - 0/411 - و اردبیل - 0/141 - مشاهده شد.
نتایج حاکی از وجود تنوع ژنتیکی قابل ملاحظهاي در بین جمعیتهاي مختلف علف باغ است. براساس یافتههاي Gardiner و - 1988 - Forde اختلاف موجود در فراوانی باندها در افراد و به تبع آن در جمعیتهاي مختلف ناشی از تفاوت در تعداد ژنهاي کد کننده پروتئینها کل است. اگرچه تحقیقی در مورد بررسی تنوع جمعیتهاي علف باغ بوسیله مارکر پروتئینی انجام نشده ولی پژوهشهاي قبلی که بر اساس ویژگیهاي مختلف مورفولوژیکی، فنولوژیکی و زیستی در جمعیتهاي مختلف علف باغ صورت گرفته حاکی از تنوع ژنتیکی علف باغ در جمعیتهاي وحشی ایران است . - Jafari and Naseri 2007 - چنین تنوع بالایی در ویژگیهاي مختلف این گاهی احتمالاً به علت هتروزیگوتی ناشی از ویژگی دگرگشنی گیاه علف باغ است.
Volair and Thomas 1995 - این موضوع نشان میدهد که اصلاح علف باغ بوسیله بوسیله انتخاب ساده والدین امکان پذیر بوده و بنابراین در برنامههاي اصلاحی علف باغ میتوان تنوع ژنتیکی ارقام علف باغ را بوسیله استفاده از والدین مختلف افزایش داد. افزایش تنوع ژنتیکی براي اصلاح اسپرس میتواند بوسیله کاربرد سیستماتیکی ژرمپلاسم که الگو پروتئینی متفاوتی داشته و ویژگیهاي کمی بهتري دارند حاصل شود.
نتیجه تجزیه واریانس مولکولی - AMOVA - نیز سطح نسبت بالایی از تمایز ژنتیکی را در درون جمعیتها - %93 - نشان داد و فقط %7 از گوناگونی، میان جمعیتهاي مختلف قرار داشت. بنابراین اختصاص الگوي پروتئینی خاصی به هر یک از جمعیتها و یا برخی جمعیتها امکانپذیر نگردید. شناسایی جمعیتها و اختصاص الگوي پروتئینی خاصی به ارقام مختلف گیاهی موضوعی است که بر اساس نوع گونه نتایج ضد و نقیضی در مورد آن منتشر گردیده است.
الگوي پروتئینی بذر گیاهان بسیاري تا کنون با اهدافی مثل مطالعه تنوع ژنتیکی و شناسایی ارقام زراعی مطالعه شده است که میتوان براي نمونه از مطالعاتی که بر روي گونههاي برنج - - Ghafoor et al., 2002، گونههاي لگومینه - Ghafoor and Arshad 2008 - ، یولاف - Mirza et al., 2007 - و ارقام گندم - Mohd et al . 2007 - نجاما شده نام برد که عموماً حاکی از کاربرد بالاي مارکر پروتئین در شناسایی گونهها و ارقام مختلف یک گونه است. ولی نتایج بسیاري نیز وجود دارد که حاکی از عدم جداسازي ارقام مختلف توسط پروتئینهاي ذخیرهاي بذر است. - Malik etval. 2009; Ghafoor et al .
براي تشریح الگوي تمایز، فاصله ژنتیکی بین جمعیتها براساس برآورد unbiased فاصله ژنتیکی Nei در گیاهکهاي جمعیتهاي مناطق مختلف محاسبه شد - جدول . - 4 مقدار فاصله ژنتیکی از 0/017 - بین جمعیتهاي کرج1 و اردبیل - تا 0/132 - بین جمعیتهاي کرج3 و پاسند - 2 با میانگین 0/045 متغیر بود. از فاصله ژنتیکی بین جمعیتها براي آنالیز تجزیه به مولفههاي اصلی - - PCA استفاده شد. با توجه به اینکه که حدود 76/67 درصد گوناگونی در میان سه مولفه اصلی قرار دارد.
بنابراین این سه مولفه به عنوان مولفههاي اصلی در نظر گرفته میشوند. جمعیتهاي مختلف فاصله ژنتیکی قابل ملاحظهاي از یکدیگر داشتند. بطوریکه توسط مولفه اصلی اول که 32/38 درصد از گوناگونی کل را به خود اختصاص میدهد از یکدیگر جدا شدند. بر این اساس کلیه جمعیتها به دو گروه تقسیم میشوند که گروه اول شامل جمعیتهاي کرج3، کرج4، پاسند1، زنجان، تبریز، کرج1 و اردبیل وگروه دوم شامل کرج2 ، ارومیه، ملایر و پاسند2 میباشند. مولفه اصلی دوم که 23/80 درصد از گوناگونی کل را به خود اختصاص میدهد جمعیتهاي کرج3، کرج4، کرج2 و ارومیه را از جمعیتهاي اردبیل، تبریز، کرج1، زنجان، پاسند1، پاسند2 و ملایر جدا کرد - شکل . - 1 بر اساس پلات PCA اگرچه ساختار جغرافیایی خاصی در بین جمعیتهاي مورد مطالعه مشاهده شد.
به طوریکه زنجان، تبریز و اردبیل که همگی جزء مناطق سردسیر هستند در یک خوشه نزدیک هم قرار گرفتند ولی استثنائاتی مثل ارومیه نیز مشاهده شد. در همین ارتباط ضرایب همبستگی جفت ماتریسهاي فاصله ژنتیکی و جغرافیایی جمعیتهاي علف باغ با استفاده از آزمون مانتل محاسبه شد. همبستگی بین ماتریسهاي فاصله پروتئینهاي کل گیاهکهاي مناطق مختلف و جغرافیایی بسیار کم بود که از لحاظ آماري نیز معنی دار نبود R=0/02 - ، . - =0/280 پس در نتیجه گیري کلی مشاهده میشود که رابطه جغرافیایی با ویژگیهاي باندهاي پروتئینهاي کل گیاهکهاي مناطق مختلف به وسیله آزمون مانتل ثابت نشد.
با توجه به تنوع ژنتیکی قابل ملاحظهاي که در جمعیتهاي مورد مطالعه علف باغ مشاهده شد، میتوان بر اساس نتایج پژوهش حاضر متمایزترین جمعیتها را انتخاب نمود تا بوسیله تلاقی بین آنها بیشترین میزان هتروزیس حاصل گردد. بدین ترتیب جمعیتهاي کرج3 و پاسند2 که نه تنها بیشترین فاصله ژنتیکی را درمیان 11 چمعیت مورد مطالعه داشتند بلکه داراي میانگین بالایی از تعداد باندهاي پلی مورف نسبت به کل باندها نیز بودند براي ایجاد دورگی که از پتانسیل تنوع ژنتیکی بالایی برخوردار باشد براي دورگگیري معرفی شدند.
