بخشی از مقاله
چکیده
بر اساس آخرین نتایج ارائه شده در بانک داده گونههای گیاهی، تاکنون تعداد 44 گونه و 62 تاکسون برای جنس توسکا به ثبت رسیده است. هدف از این مطالعه، بازسازی تاریخ جغرافیای زیستی جنس توسکا بر اساس آنالیز فیلوژنتیک، تعیین منشاء و اجداد و شناسایی عوامل اصلی شکل گیری الگوی توزیع فعلی این گونه می باشد. برای این منظور، بر اساس ناحیه فاصله انداز بین ژنی trnL-F ، جغرافیای زیستی با استفاده از رویکرد S-DIVA در نرم افزار RASP انجام پذیرفت. تحلیل زیست جغرافیایی نشان داد که منشاء اصلی توسکاها از جنوب شرق آسیا است که قدیمی ترین آنها مربوط به Alnus japonica از ژاپن است نتایج این تحلیل نشان داد که بر اساس گره 67 توسکاهای اروپا و ایران از توسکاهای شرق آسیا منشا گرفته است. در این تحلیل مشخص شد که براساس گره 60 با ضریب حمایت 26٪ جمعیتهای اروپا و ایران با وقوع دو پدیده ویکارینس و پراکنش از جمعیتهای شرق آسیا جدا شدند.
کلمات کلیدی: جغرافیای زیستی، فیلوژنی، توسکا، جنگل هیرکانی
مقدمه
درک صحیح و یافتن مسیر تکامل گونههای گیاهی و جانوری همواره بحثی بسیار جالب و چالش برانگیز بوده است.[1] در همین زمینه مطالعات زیستجغرافیایی به وجود آمد. این مطالعات با بازسازی مسیر تکامل گونهها و مشخص کردن اجداد گونهها کمک بسیار زیادی به محققین جهت پیبردن به مسیر و وقایع اتفاق افتاده در طی تکامل گونهها میکند.[2] در این مطالعات انقراض، اشتقاق و روابط فیلوژنی گونههای مختلف مشخص میشود .[3] به طور کلی گونهزایی و تشکیل یک نژاد جدید در بین جمعیتهای گیاهی و جانوری به دو شکل رخ میدهد: در مورد اول که گونهزایی دگرجا - Allopatric - Speciation نامیده میشود، یک مانع جغرافیایی باعث قطع تبادل و ارتباط در بین دو جمعیت از یک گونه شده و درنهایت این دو به لحاظ ریختی و ژنتیکی ازهمدیگر متمایز میشوند.
مورد دوم که مهاجرت گونهای - Dispersal Speciation - نامیده میشود، گونهزایی در صورتی رخ میدهد که بین دو جمعیت مهاجرت انجام شود و گونههای مهاجر سبب ایجاد یک نژاد جدید در جمعیت مقصد شوند .[4] از این رو یکی از فرضیههای اصلی در شکلگیری تحلیلهای بیوجغرافیایی وجود ارتباط جغرافیای بین دو منطقه قبل از گونهزایی - Dispersal - است. بنابراین استفاده از واژه Dispersal در این تحلیل به معنای مهاجرت از یک منطقه به منطقه دیگر و درنهایت قطع ارتباط بین دو جمعیت یا منطقه است. در حال حاضر اکثر روشها و تحلیلها در این مطالعات به دنبال توصیف و بررسی جدایی اجداد از همدیگر است. بحث در این مورد بیشتر مربوط به اتفاقات و حوادثی است که در دورانهای مختلف زمینشناسی رخ دادهاست .
افزایش دانش بشر در مورد وقایع اتفاق افتادهطی دورانهای مختلف زمینشناسی، دستیابی به الگوریتمها و تکنیکهای واگرایی و اشتقاق گونهها از همدیگر زمینه را برای انجام این گونه مطالعات مساعدتر کرده است .[5] این مطالعهها در دو دهه اخیر رشد و سرعت بسیار زیادی یافته طوری که امروزه استفاده از توالیهای نوکلئوتیدی برای انجام تحلیلهای زیست جغرافیایی نسبت به تحلیلهای فیلوژنتیکی برتری یافته است. در مطالعات زیست جغرافیایی وجود مدلهایی که با استفاده از توالیهای نوکلئوتیدی بتواند از دیدگاه تکامل ملکولی، گونها را مورد بررسی قرار دهد، کاملاً ضروری است. در همین راستامدلهای مختلفی توسط محققین ارائه شد .[6]
هر یک از این مدلها با استفاده از دادههای ملکولی و رسم درختان فیلوژنی و الگوریتمهای مختلف، اقدام به بازسازی تکاملنژادی گونههای گیاهی و جانوری میکند. ازجمله روشهای تحلیلی که در این زمینه به وجود آمدهاند میتوان به روشهای مختلف - LAGRANGE - Likelihood Analysis of Geographical Range Evolution، Dispersal-Extinction [7] - DEC - Cladogenesis، و - BIB - Bayesian Island Biogeography و AnalysisDispersal - DIVA - Vicariance اشاره کرد. تحلیلDIVA تاقبل از سال 2001 همچنان بیشترین کاربرد را در مطالعات زیست-جغرافیایی داشت .[8] در روش DIVA اجداد گونهها با استفاده از یک ماتریس سهبعدی که حاصل یک الگوریتم بسیار ساده است بدست میآید.
مشکلی که در این روش وجود داشت عدم اطمینان و ضریب حمایت در نتایج بود .[2] ازجمله مطالعههایی که جهت تصحیح مدل به کار رفته در روش DIVA صورت گرفته است میتوان به مطالعه[ 9] Nylander اشاره کرد یک روش جدید با عنوان Bayes-DIVA ارائه دادند اما این روش نیز نتوانست به خوبی مشکل عدم قطعیت در نتایج DIVAرا رفع کند.با اضافه کردن تحلیل - Reconstruct Ancestral State in Phylogenies - RASP توسط [10 ] Yu مشکل عدم قطعیت و اطمینان در روش تحلیل آماری - S-DIVA - DIVA و دیگرتحلیلهای ارائه شده برای مطالعههای زیست-جغرافیایی LAGRANGE - ،DEC ، - BIB حل شد . در این تحقیق نیز از آنالیز S-DIVA جهت بررسی زیستجغرافیایی توسکاها استفاده شد.
مواد و روشها
انتخاب رویشگاهها:
کلیه نمونههای هرباریومی 140 پایه مزبور توسکا جنگلهای هیرکانی به کمک تاکسونومیستهای باغ گیاهشناسی نوشهر در قالب 8 تاکسون شناسایی و طبقه بندی شدند. سپس تعداد 20 نمونه از مجموع 8 تاکسون انتخاب شدند . علاوه بر نمونههای هرباریومی از هر پایه، نمونههای برگ به منظور استخراج DNA، نیز در داخل کیسههای سلفونی در عرصه جدا شده و بلافاصله در داخل یخدان قرار گرفته و پس از انتقال به آزمایشگاه تا زمان استخراج در دمای فریزر -20 نگهداری شدند. جدول 1 موقعیت جغرافیایی پایه های نمونه برداری شده برای استخراج و آنالیزهای DNA را نشان میدهد.
استخراج DNA و فرآیند :PCR
برای استخراج DNA ژنومی توسکاها، روش ترکیبی [11] Doyle و روش [12] Dellaporta مورد استفاده قرار گرفت. سپس با انتخاب پرایمرها - جدول - 2 مورد نظر وارد مراحل فرآیند PCR شد این فرآیند شامل سه مرحله میباشد که شامل 5 دقیقه در دمای 94 درجه سانتیگراد به منظور واسرشت اولیه، 30 چرخه با دمای 94 درجه سانتیگراد 30 ثانیه، 54 درجه سانتیگراد 45 ثانیه و 72 درجه سانتیگراد 2 دقیقه و در نهایت به مدت 5 دقیقه در دمای 72 درجه سانتیگراد انجام شد. پس از بارگذاری محصول PCR بر روی ژل آگارز و مشاهده باندها، نمونهها جهت توالی یابی به شرکت بایونیر کره جنوبی ارسال شد.
تحلیل زیستجغرافیایی:
جهت انجام تحلیل زیستجغرافیایی از توالیهای نوکلئوتیدی ثبت شده قطعه ITS در بانک جهانی - NCBI - متعلق به شرق آسیا، مرکز آسیا، اروپا و امریکای جنوبی به همراه توسهای ایران استفاده شد. برای بازسازی جد توس های مورد بررسی در این تحقیق از تحلیل [10] S-DIVA استفاده شد . برای انجام این تحلیل ابتدا با استفاده از نرم افزار BEAST 1.5.2، زنجیره چرخه ای مارگاف 1000 انجام شد و درخت نهایی با استفاده از نرم افزار Tree Annotate با گرههایی که بیشتر از 0/5 حمایت شد انتخاب و در نهایت با استفاده از از نرم افزار RASP این تحلیل انجام شد.
بحث و نتایج
