SUPERVISOR
مهدی رحیم ملک (استاد راهنما) مجید طالبی (استاد مشاور) احمد ارزانی (استاد راهنما) محمدرضا سبزعلیان دستجردی (استاد مشاور)
STUDENT
Behnaz Tohidi
بهناز توحیدی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1393
TITLE
Evaluation of morphological, phytochemical, and cytogenetical variation of Thymus populations and investigation of gama- terpinene synthase gene (TPS2) among different species
Thymus is an important genus of the Lamiaceae family that has several applications in the food, health, cosmetics and especially pharmaceutical industries. The study of diversity (including morphological, phytochemical and cytogenetical) in the next breeding steps including selection, is important. In addition, the study of the phytochemical characteristics of the plants with medicinal properties and the selection of superior population is also an important step in the process of breeding of this plant. One of the strategies to increase the secondary metabolites of the plant is the use of biotic and abiotic factors that can affect the metabolic pathways of secondary metabolites and increase their production. To evaluate the pheno-morphological traits during the two consecutive years, 19 populations were planted at Randomized Complete Block Design with three replications at Research Farm of Isfahan University of Technology. The result showed a wide range of variation among different population. Additionally, 11 Thymus populations were used to assess the effect of inbreeding on fresh weight, dry weight and essential oil content. In self and outcross pollination derived populations, T. pubescens and T. trautvetteri possessed the highest essential oil content, respectively. Inbreeding increased the essential oil content in T. fallax , T. pubescens , and T. fedtschenkoi2 populations. All studied Thymus population were examined for ploidy level and number of chromosomes. Two ploidy levels (diploid and tetraploid) and three chromosome numbers (30, 56, 60) were recognized. Identifying superior populations with high amount of thymol and carvacrol and same ploidy level as well as genetically distinct ones allows for the identification of cross hybridization containing heterosis. Based on obtained result, can be expected superior progeny production in terms of thymol content from hybridization among T. kotschyanus2 and T. kotschyanus3 . According to the results, the evaluated populations had a high diversity in terms of all phytochemical traits including total phenolic and flavonoid content, antioxidant activity as well as essential oil composition. Gas chromatography–mass spectrometry analysis revealed the presence of 38 compounds in which the major constituents including thymol, carvacrol, geraniol, and p-cymene. The highest amount of thymol was observed in T. migricus under field condition. Furthermore, the essential oils composition of four Thymus species were evaluated under five light spectra (namely, red, blue, red-blue, white, and greenhouse condition). The highest essential oil yield was observed under red light in T. migricus, while the lowest was belonged to T. carmanicus under greenhouse conditions. Light quality also led to difference in essential oil constituents. The highest thymol was found in T. migricus exposed to blue light LED, while the least was observed in T. kotschyanus grown under red-blue light. The LED treatments did not induce any significant effect on carvacrol of Thymus species in comparison to the greenhouse condition. In the present study, the identification of TPS2 is performed for the first time in eight important Iranian Thymus species rich in thymol and carvacrol. The cDNA of the studied species possessed an open reading frame ranging from 1788 to 1794 bp, presenting all the conserved motifs characteristics of monoterpene synthases. Overall, phylogenetic analysis according to whole sequence of Ttps2 gene can help providing insights in respect to its evolutionary process. Keywords: Thymus , Genetic Diversity, phytochemical, Cytogenetic, Light-Emitting Diodes, ?- Terpinene synthase gene.
جنس آویشن ( Thymus ) یکی از مهم ترین جنس های خانواده نعناعیان می باشد که دارای مصارف متعددی در صنایع غذایی، بهداشتی، آرایشی و به ویژه دارویی است. بررسی تنوع مورفولوژیک، فیتوشیمیایی و سیتوژنتیک در راستای بهره برداری بهینه از تنوع ژنتیکی حائز اهمیت است. ضمن اینکه صفات فیتو شیمیایی در گیاهان با خواص دارویی و انتخاب جمعیت های برتر از از جمله مهمترین اهداف به نژادی در این گیاهان می باشد . تولید متابولیت های ثانویه گیاهی بعنوان حفاظت کننده گیاه و دارای خواص متنوع بیولوژیک در پی تنش های زنده و غیر زنده افزایش می یابد. در مطالعه حاضر صفات فنو-مورفولوژیک 19 جمعیت آویشن در طی دو سال زراعی در قالب طرح بلوک کامل تصادفی با سه تکرار در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه صنعتی اصفهان ارزیابی شدند. نتایج حاصل حاکی از وجود تنوع گسترده ژنتیکی در جمعیت های مورد بررسی بود. همچنین 11 جمعیت آویشن جهت تشخیص اثر خودگشنی بر صفات وزن تر بوته، وزن خشک بوته و محتوای اسانس استفاده شدند. در جمعیت های مشتق شده از خودگشنی و آزادگرده افشانی، جمعیت های T. pubescens و T. trautvetteri به ترتیب دارای بیش ترین محتوای اسانس بودند. همچنین خویش آمیزی باعث افزایش محتوای اسانس در جمعیت های T. fallax ، T. pubescens و T. fedtschenkoi2 شد. از سوی دیگر، تمامی جمعیت های آویشن مورد مطالعه برای تعیین سطح پلوئیدی و تعداد کروموزوم مورد آزمایش قرار گرفتند. دو سطح پلوئیدی (دیپلوئید و تتراپلوئید) با تعداد 30، 56 و 60 کروموزوم شناسایی شدند. شناسایی جمعیت های برتر با مقادیر بالای تیمول و کارواکرول با سطح پلوئیدی یکسان و فاصله ژنتیکی اجازه شناسایی تلاقی های برتر با حداکثر هتروزیس را فراهم می کند. براساس نتایج به دست آمده می توان از تلاقی T. kotschyanus2 با T. kotschyanus3 انتظار تولید نتاج برتر از نظر محتوای تیمول را داشت. از سوی دیگر، جمعیت های ارزیابی شده تنوع بالایی را از نظر صفات فیتوشیمایی شامل ترکیبات فنولیک و فلاونوئید کل، فعالیت آنتی اکسیدانی و همچنین ترکیبات اسانس دارا بودند. کروماتوگرافی گازی با شناسایی 38 ترکیب، تیمول، کارواکرول، ژرانیول و پاراسیمن را بعنوان ترکیبات اصلی شناسایی کرد. بیش ترین مقدار تیمول در شرایط مزرعه ای متعلق به T. migricus بود. ترکیبات اسانس در چهار گونه آویشن در پنج محیط نورLED (قرمز، آبی، قرمز-آبی، سفید و گلخانه) مورد ارزیابی قرار گرفتند. بیشترین و کمترین محتوای اسانس در T . migricus و T. carmanicus تحت نور قرمز LED و شرایط گلخانه مشاهده شد. کیفیت نور همچنین منجر به مشاهده تفاوت در ترکیبات اسانس شد. بیشترین مقدار تیمول در T. migricus تحت نور آبی LED مشاهده شد، در حالی که کمترین مقدار مربوط به T. kotschyanus تحت نور قرمز-آبی LED بود. تیمار LED تاثیر معنی داری بر مقدار کارواکرول در گونه های مورد مطالعه در مقایسه با شرایط گلخانه القا نکرد. در مطالعه حاضر، توالی یابی ژن گاماترپینن سنتاز برای اولین بار در گونه های آویشن ایرانی غنی از تیمول و کارواکرول انجام شد. cDNA گونه های مورد مطالعه چارچوب قرائت باز از 1788 تا 1794 جفت باز را دارا بودند و در همه آنها مشخصات موتیف های محافظت شده مونوترپینن سنتازها وجود داشت. در نهایت، تجزیه و تحلیل فیلوژنتیکی براساس توالی کامل ژن گاماترپینن سنتاز انجام گرفت که دیدگاه جدیدی در گونه های آویشن ارائه نموده است. کلمات کلیدی: آویشن، تنوع ژنتیکی، فیتوشیمیایی، سیتوژنتیک، تکنولوژی نورهای مصنوعی، ژن گاماترپینن سنتاز.