ارزیابی تنوع ژنتیکی برخی گونه‌های وحشی گندم با استفاده از نشانگرهای مولکولی ISSR و SSR

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، گروه بیوتکنولوژی کشاورزی، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

2 استاد، گروه بیوتکنولوژی کشاورزی، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

3 استادیار پژوهش، مؤسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

4 استادیار، گروه بیوتکنولوژی کشاورزی، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

چکیده

در راستای اهمیت بررسی تنوع ژنتیکی و به­ویژه ضرورت ارزیابی تنوع بین گونه‌های وحشی و خویشاوند گندم نان، پژوهش حاضر انجام شد که هدف از اجرای آن، ارزیابی تنوع ژنتیکی 52 ژنوتیپ گندم (49 ژنوتیپ وحشی خویشاوند گندم نان و سه ژنوتیپ از گندم‌های زراعی بومی ایران) با استفاده از 10 نشانگر ISSR و دو نشانگر SSR بود. نتایج به­دست آمده نشان داد که در مجموع 12 نشانگر مورد مطالعه، تعداد  145 نوار چند شکل تولید کردند که میانگین تعداد نوارهای چند شکل برای نشانگرهای ISSR و SSR به­ترتیب 4/11 و 5/15 نوار و تعداد آلل موثر به­ترتیب 60/1 و 43/1 آلل بود. نشانگر 17899A با دارا بودن بیش­ترین تعداد آلل موثر (8/1)، شاخص تنوع ژنی نئی (44/0) و شاخص تنوع شانون (63/0)، باارزش­ترین نشانگر در این مطالعه بود. گروه‌بندی ژنوتیپ­ها با استفاده از روش تجزیه خوشه­ای بر اساس ماتریس ضریب تطابق ساده و روش دورترین همسایه­ها، ژنوتیپ­های مورد مطالعه را در پنج گروه به­ترتیب شامل 10، 6، 24، 9 و 3 ژنوتیپ قرار داد و تجزیه تابع تشخیص نیز دقت گروه­بندی حاصل را 100 درصد تعیین کرد. نتایج حاصل از تجزیه به مختصات اصلی نیز نشان داد که چهار بردار اصلی مهم­تر در مجموع 59/31 درصد از واریانس کل را توجیه کردند. گروه­بندی ژنوتیپ­ها با استفاده از بردارهای اول و دوم که به­ترتیب 94/10 و 22/8 درصد از تغییرات داده‌ها را توجیه کردند، ژنوتیپ­ها را در پنج گروه قرار دادند و سه ژنوتیپ زراعی و بومی گندم در مجاورت یک­دیگر قرار گرفتند. در مجموع، نتایج حاصل نشان داد که نشانگرهای استفاده شده در این پژوهش چندشکلی قابل قبولی داشتند و به­عنوان نشانگرهای مفید و مطلوب جهت ارزیابی تنوع و تفکیک ژنوتیپ­های گندم و احتمالاً سایر غلات معرفی می­شوند.  

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Evaluating genetic diversity of some wheat genotypes using SSR and ISSR molecular markers

نویسندگان [English]

  • Fateme Soghra Vahdani Kia 1
  • Habibollah Samiezadeh lahiji 2
  • Mahdi zahravi 3
  • Mohammad Mohsenzadeh 4
1 M.Sc, Dept. of Agricultural Biotechnology, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan, Rasht, Iran
2 Prof., Dept. of Agricultural Biotechnology, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan, Rasht, Iran
3 Research Assist. Prof., Seed and Plant Improvement Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran
4 Assist. Prof., Dept. of Agricultural Biotechnology, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan, Rasht, Iran
چکیده [English]

Due to the importance of genetic diversity especially the necessity to assess the diversity among wild relatives of bread wheat (Triticum aestivum L.), the present study was conducted to evaluate the genetic diversity of 52 wheat genotypes (49 wild relatives genotypes of bread wheat along with three Iranian wheat genotypes) using 10 ISSR and two SSR markers. The results showed that a total of 12 studied markers produced 145 polymorphic bands with an average number of 11.4 and 15.5 polymorphic bands and 1.60 and 1.43 effective alleles for ISSR and SSR markers, respectively. The ISSR marker 17899A with the highest effective number of alleles (1.8), Nei’s gene diversity index (0.44) and Shannon’d diversity index (0.63) was the most valuable marker in this study. Cluster analysis method based on simple matching coefficient matrix and farthest neighbor algorithm grouped the studied genotypes into five clusters including 10, 6, 24, 9 and 3 genotypes, respectively, and the discriminant function analysis also determined the accuracy of this grouping to be 100%. The results of principal coordinate analysis (PCoA) also showed that the four most important principal components accounted for a total of 31.59% of the total variance. Grouping the genotypes using the first and second components with explaining 10.94 and 8.22% of the total variance, respectively, divided the genotypes into five groups, so that three Iranian wheat genotypes were placed into one cluster. In total, the results showed that the markers used in this study with acceptable polymorphism could be introduced as useful and desirable markers for evaluating genetic diversity and differentiation of wheat genotypes and possibly other cereals.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Discriminant function analysis
  • Marker index
  • Polymorphism information content
  • Principal coordinates analysis

مراجع

Asadi, A. A. and Monfared, S. R. 2014. Characterization of EST-SSR markers in durum wheat EST library and functional analysis of SSR-containing EST fragments. Molecular Genetics and Genomics 289 (4): 625-640.##Brantestam, A. K., Von Bothmer, R., Dayteg, C., Rashal, I., Tuvesson, S. and Weibull, J. 2004. Inter simple sequence repeat analysis of genetic diversity and relationships in cultivated barley of Nordic and Baltic origin. Hereditas 141 (2).##Carvalho, A., Lima-Brito, J., Maçãs, B. and Guedes-Pinto, H. 2009. Genetic diversity and variation among botanical varieties of old Portuguese wheat cultivars revealed by ISSR assays. Biochemical Genetics 47 (3-4): 276-294.##Ghasemi, N., Mirfakhraii, R. G. and Abbasi, A. 2019. Assessment of genetic diversity of bread wheat (Triticum aestivum L.) cultivars using microsatellite markers. Journal of Crop Breeding 11 (29): 9-16. (In Persian with English Abstract).##Goli, A., Jorjani, I., Sabouri, H. and Fallahi, H. 2016. Assessment of genetic diversity of facultative wheat genotypes belong to north of Iran using ISSR markers. Journal of Crop Breeding 8 (20): 165-174  (In Persian with English Abstract).##Hokanson, S., Szewc-McFadden, A., Lamboy, W. and McFerson, J. 1998. Microsatellite (SSR) markers reveal genetic identities, genetic diversity and relationships in a Malus domestica Borkh. core subset collection. Theoretical and Applied Genetics 97 (5-6): 671-683.##Khounani, Z., Naghavi, M., Omidi, M., Sabokdast, M. and Talebi Kohyakhi, E. 2011. Assessment of genetic diversity in the landraces of Ferula gummosa from Iran using AFLP marker. Journal of Medicinal Plants 10 (38): 117-126.##Kim, K.-H., Kamal, A. H. M., Shin, K.-H., Choi, J.-S., Heo, H.-Y. and Woo, S.-H. 2010. Large-scale proteome investigation in wild relatives (A, B, and D genomes) of wheat. Acta Biochimica et Biophysica Sinica 42 (10): 709-716.##Lavi, U., Akkaya, M., Bhagwat, A., Lahav, E. and Cregan, P. B. 1994. Methodology of generation and characteristics of simple sequence repeat DNA markers in avocado (Persea americana M.). Euphytica 80 (3): 171-177.##Mohammadi, M., Mirfakhraee, S. and Abbasi, A. 2014. Genetic diversity in bread wheat (Triticum aestivum L.) as revealed by microsatellite markers and association analysis of physiological traits related to spring cold stress. Modern Genetics Journal 3 (9): 279-288. (In Persian with English Abstract).##Mohammadi, S. A. and Prasanna, B. 2003. Analysis of genetic diversity in crop plants-salient statistical tools and considerations. Crop Science 43 (4): 1235-1248.##Mohsenzadeh, M., Samizadeh Lahiji, H., Aalami, A., Shoayi Deylami, M. and Talesh Sasani, S. 2012. Study of genetic diversity of flue-cured tobacco (Nicotiana tabacum L.) genotypes using ISSR and retrotransposon markers. Iranian Journal of Field Crop Science 43 (2): 371-380. (In Persian with English Abstract).##Najaphy, A., Parchin, R. A. and Farshadfar, E. 2011. Evaluation of genetic diversity in wheat cultivars and breeding lines using inter simple sequence repeat markers. Biotechnology and Biotechnological Equipment 25 (4): 2634-2638.##Nazari, M. and Abdolshahi, R. 2014. Evaluation of genetic diversity in bread wheat cultivars (Triticum aestivum L.) using morpho-physiological traits and SSR markers. Agricultural Biotechnology Journal 6 (1): 215-231.##Nevo, E. and Payne, P. 1987. Wheat storage proteins: Diversity of HMW glutenin subunits in wild emmer from Israel. Theoretical and Applied Genetics 74 (6): 827-836.##Pasqualone, A., Lotti, C., Bruno, A., De Vita, P., Di Fonzo, N. and Blanco, A. 2000. Use of ISSR markers for cultivar identification in durum wheat. In : Royo, C., Nachit, M., Di Fonzo, N. and Araus, J. L. (Eds.). Durum wheat improvement in the Mediterranean region: New challenges . Zaragoza: CIHEAM, 2000. pp: 157-161.##Rahmani, M., Rahimi, M., AbdoliNasab, M. and Maleki, M. 2019. Evaluation of genetic diversity of different bread wheat (Triticum aestivum L.) varieties using molecular markers ISSR and RAPD. Cellular and Molecular Researches (Iranian Journal of Biology) 34 (3): 248-262. (In Persian with English Abstract).##Röder, M. S., Korzun, V., Wendehake, K., Plaschke, J., Tixier, M.-H., Leroy, P. and Ganal, M. W. 1998. A microsatellite map of wheat. Genetics 149 (4): 2007-2023.##Salami, A., Pahlevani, M., Zenalinezhad, K. and Esmaeilzadeh Moghaddam, M. 2018. Genetic variation pattern of Iranian wheat landraces based on ISSR molecular markers and morphological traits. Journal of Plant Genetic Researches 5 (1): 87-100. (In Persian with English Abstract).##Saravani, S., Sabouri, H., Taliei, F., Biabani, A. and Rahemi Karizaki, A. 2019. Genetic diversity of wheat genotypes based on resistance to powdery mildew, grain yield, yield components and molecular markers. Agricultural Biotechnology Journal 11 (3): 57-82. (In Persian with English Abstract).##Shannon, C. E. 1948. A mathematical theory of communication. The Bell System Technical Journal 27 (3): 379-423.##Tanksley, S. D. and McCouch, S. R. 1997. Seed banks and molecular maps: unlocking genetic potential from the wild. Science 277 (5329): 1063-1066.##Thomas, K. G. and Bebeli, P. J. 2010. Genetic diversity of Greek Aegilops species using different types of nuclear genome markers. Molecular Phylogenetics and Evolution 56 (3): 951-961.##Yaghotipoor, A., Farshadfar, E. and Saeidi, M. 2019. Association analysis for drought tolerance indices in bread wheat using ISSR markers. Applied Crop Breeding 4 (1): 183-199. (In Persian with English Abstract).##Zargani, M., Ranjbar, G. A. and EbrahimNejad, S. 2015. Molecular assessment of genetic diversity among bread wheat (Triticum aestivum L.) doubled haploid lines using SSR markers. Journal of Crop Breeding 7 (15): 88-95. (In Persian with English Abstract).##
تحقیقات غلات
دوره 11، شماره 1
خرداد 1400
صفحه 43-54

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار