ارزیابی تنوع ژنتیکی ژنوتیپ‌های ایرانی و غیر ایرانی جو با استفاده از نشانگرهای SSR

نوع مقاله: علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی‌ارشد بیوتکنولوژی کشاورزی، دانشگاه شاهد، تهران

2 استادیار، پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی ایران، کرج

3 استادیار، گروه بیوتکنولوژی کشاورزی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شاهد، تهران

4 عضو هیئت علمی پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی کرج

5 استادیار موسسه تحقیقات کشاورزی دیم کشور؛ سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، مراغه؛ ایران

چکیده

بررسی تنوع ژنتیکی بهترین راه برای استفاده از ظرفیت ژنتیکی موجود در گیاه جو جهت برنامه‌های به‌نژادی می‌باشد. در این بررسی تنوع ژنتیکی 63 ژنوتیپ ایرانی و غیر ایرانی جو تشریح شده است. از 30 جفت نشانگر ریزماهواره استفاده شده، 29 جفت چندشکلی مشاهده شد. در مجموع 225 آلل برای مکان‌های ژنی مختلف با میانگین 2/7 برای هر آغازگر شناسایی گردید. بیشترین تعداد آلل برای جایگاه‌های Bmag0323، Hvm54 و EBmac679 (با 13 آلل) و کم‌ترین تعداد برای جایگاه HVM0003 (با 2 آلل) بود. میزان PIC از 89/0 (برای جایگاه EBmac679) تا 21/0 (برای جایگاه GBM1176) و مقدار شاخص شانون از 46/2I= (برای جایگاه Bmag0323) تا 48/0I= (برای جایگاه GBM1176) متغیر بود. گروه‌بندی ژنوتیپ‌ها با روش Neighbor-net، و تجزیه خوشه‌ای با استفاده از روش Bayesian انجام گردید. در این روش بهترین تعداد زیر جمعیت 4 عدد شناسایی شد که در اکثر زیرجمعیت‌ها ژنوتیپ‌های با منشاء ایران دیده شدند. نتایج گروه‌بندی حاصل از روش Neighbor-net با روش مبتنی بر مدل مطابقت زیادی نشان داد. نتایج این تحقیق نشان داد که نشانگرهای ریزماهواره تنوع ژنوتیپ‌های مختلف جو را به‌خوبی نمایش می‌دهند. همچنین با توجه به نتایج به‌دست آمده، ژنوتیپ‌های بومی ایران نیز تنوع بالایی را از خود نشان دادند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Assessment of genetic diversity of Iranian and non-Iranian barely genotypes (Hordeum vulgare L.) using microsatellite markers

نویسندگان [English]

  • Farzan Lahoot 1
  • Mehrshad Zeinalabedini 2
  • Jaber Karimi 3
  • Maryam Shahbazi 4
  • Behzad Sadeghzadeh 5
1 M.Sc. of Agriculture Biotechnology, Shahed University, Tehran, Iran
2 Assistant Professor, Agriculture Biotechnology Research Institute of Iran, Karaj
3 Assistant Professor, Department of Agriculture Biotechnology, Faculty of Agriculture, University of Shahed,Tehran, Iran
4 Assistant Professor, Agriculture Biotechnology Research Institute of Iran, Karaj
5 Assistant Professor, Dryland Agriculture Research Institute of Iran, Maragheh, Iran
چکیده [English]

Genetic diversity is the best way to use available genetic potential for breeding programs in barley. In this study, genetic diversity of 63 Iranian and non-Iranian genotypes have been described. 29 out of 30 pairs microsatellite markers were polymorphic. A total of 225 alleles for different gene loci with an average of 2.7 per locus were identified. The highest number of alleles for Bmag0323, Hvm54 and EBmac679 (with 13 alleles) and the lowest number for the HVM0003 (with two alleles), respectively. The PIC amount and Shannon index value were variable ranging from 0.89 (for the EBmac679) to 0.21 (for the GBM1176) and from I=2.46 (for the Bmag0323) to I=0.48 (for the GBM1176), respectively. Genotype clustering was done using Neighbor-net and Cluster analysis was performed using Bayesian methods. The best number of sub-populations was identified 4 that were seen in most sub-populations genotypes originating from Iran. The results of clustering of Neighbor-net method showed good agreement with the model-based approach. The results showed that microsatellite markers well represented different genotypes of barley diversity. Also according to the results, native genotypes showed more diversity.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Barley
  • Cluster analysis
  • Genetic Diversity
  • Microsatelite marker
Abdollahi-Sisi N, Mohammadi SA, Alavi Kia SS, Sadeghzadeh B (2014) Allelic Diversity of SSR Markers in Barley Landraces and Lines." Seed and Plant Improvement Journal 30(2): 477-492.

Basaki T, Choukan R, Khayam-Nekouei SM, Mardi M, Majidi E, Faraji S, Zeinalabedini M  (2011) Association analysis for morphological traits in pomegranate (Punica geranatum L.) using microsatellite markers. Mid. East J. Sci. Res. 9(3): 410-417.

Dellaporta SL, Wood J, Hicks JB (1983) A plant DNA minipreparation: version II. Plant Molecular Biology Reporter. 1(4): 19-21.

Haj Mansoor S, Bihamta MR, Nabipour A, Mohammadi A, Pirseyedi SM, Nikkhah HR  (2010) Genetic Diversity in Barley Genotypes: II. Microsatellite Markers and Morphological Traits.  22. Seed and Plant Improvement Journal 26(2): 151-171.

Jaiswal S, Pandey Sh P, Sharma S, Prasad R, Prasad LC, Verma RPS, Joshi AK (2010). Diversity in Indian barley (Hordeum vulgare) cultivars and identification of genotype-specific fingerprints using microsatellite markers. J. Genet 89: 46.

Jia Q, Zhu JH, Wang JM, Yang JM  (2010) Fusarium head blight evaluation and genetic diversity assessment by simple sequence repeats in 88 barley cultivars and landraces. Proceedings of the 10th International Barley Genetics Symposium.

Kalivas A, Xanthopoulos F, Kehagia O, Tsaftaris AS (2011) Agronomic characterization, genetic diversity and association analysis of cotton cultivars using simple sequence repeat molecular markers. Genet. Mol. Res. 10(1): 208-217.

Kandemir N, Yildirim A, Gündüz R (2010) Determining the levels of genetic variation using SSR markers in three Turkish barley materials known as Tokak. Turkish Journal of Agriculture and Forestry. 34(1): 17-23.

Karim K, Rawda  A, Hatem ChM, Mokhtar BN (2010) Analysis of Genetic diversity and reltionships in local Tunisian barley by RAPD and SSR analysis. African Journal of Biotechnology 9(44): 7429.

Khodayari H, Saeidi H, Roofigar A, Rahiminejad MR, Pourkheirandish M, Komatsuda T (2012) Genetic diversity of cultivated barley landraces in Iran measured using microsatellites. Int. J. Biosci. Biochem. Bioinforma. 2(4): 1-9.

Leišová L, Kučera L (2010) The use of microsatellites to screen barley genotypes for resistance to net blotch. Proceedings of the 10th International Barley Genetics Symposium. Alexandria, Egypt 5-10 Apr. 2008, ICARDA.

Leišová L, Kučera L, Dotlačil L (2007) Microsatellites as a tool to evaluate and characterise bread wheat core collection. Wheat Production in Stressed Environments, Springer, 771-778.

Muñoz-Amatriaín M, Cuesta-Marcos A, Endelman JB, Comadran J, Bonman JM, Bockelman HE, Chao Sh, Russell J, Waugh R, Hayes PM (2014) The USDA barley core collection: genetic diversity, population structure, and potential for genome-wide association studies. PloS ONE 9(4): e94688.

Naceur AB, Chaabane R, El-Faleh M, Abdelly Ch, Ramla D, Nada A, Sakr M  (2012) Genetic diversity analysis of North Africa’s barley using SSR markers. Journal of Genetic Engineering and Biotechnology. 10(1): 13-21.

Pandey MP, Wagner C, Friedt W, Ordan F (2004) Assessment of genetic diversity of hull-less barley germplasm in the high altitude Himalayes of Nepal. Theor. Appl. 113: 715-729.

Pritchard JK, Wen W, Falush D (2003) Documentation for STRUCTURE software: Version 2.

Ramsay L, Macaulay M, Degli Ivanissevich S, MacLean K, Cardle L, Fuller J, Edwards KJ, Tuvesson S, Morgante M, Massari A (2000) A simple sequence repeat-based linkage map of barley. Genetics. 156(4): 1997-2005.

Ribeiro-Carvalho C, Guedes-Pinto H, Igrejas G, Stephenson P, Schwarzacher T, Heslop-Harrison JS (2004) High levels of genetic diversity throughout the range of the Portuguese wheat landrace ‘Barbela’. Annals of Botany 94(5): 699-705.

Shuorvazdi A, Mohammadi SA, Norozi M, Sadeghzadeh B (2014) Molecular analysis of genetic diversity and relationships of barley landraces based on microsatellite markers. Plant Genetic Researches: 14.

Soto-Cerda B, Cloutier S (2012) Genetic Diversity in Plants. Mahmut Çalişkan: InTech.

 Staub JE, Serquen FC, Gupta M (1996) Genetic markers, map construction, and their application in plant breeding. Hort. Science. 31(5): 729-741.

Struss D, Plieske J (1998) The use of microsatellite markers for detection of genetic diversity in barley populations. TAG Theoretical and Applied Genetics. 97(1): 308-315.

Tondelli A, Xu X, Moragues M, Sharma R, Schnaithmann F, Ingvardsen Ch, Manninen O, Comadran J, Russell J, Waugh R (2013) Structural and temporal variation in genetic diversity of European spring two-row barley cultivars and association mapping of quantitative traits. The Plant Genome. 6(2).

Varshney RK, Marcel T, Ramsay L, Russell J, Röder MS, Stein N, Waugh R, Langridge P, Niks RE, Graner A (2007) A high density barley microsatellite consensus map with 775 SSR loci. Theoretical and Applied Genetics. 114(6): 1091-1103.

Von Bothmer R, Van Hintum Th, Knüpffer H, Sato K (2003) Diversity in barley (Hordeum vulgare), Elsevier.

Zong-Yun F, Xian-Jun L, Zhang YZ, Hong-Qing L (2006) Genetic diversity analysis of Tibetan wild barley using SSR markers. Acta Genetica Sinica 33(10): 917-928.