SUPERVISOR
مهدی رحیم ملک (استاد مشاور) اقافخر میرلوحی فلاورجانی (استاد مشاور) محمدرضا سبزعلیان دستجردی (استاد راهنما)
STUDENT
Mojgan Asadolahian sichani
مژگان اسداللهیان سیچانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
Study of Genetic Diversity and Segregation Distortion of Interspecific Hybridization between Carthamus tinctorius and C. oxyacanthus in F2 and F6 Generations by ISSR Marker
Safflower, Carthamus tinctorius L. is a member of the family Compositae or Asteraceae. Nowadays, it is mainly cultivated for extract of edible oil. In recent years inter-specific hybridization between cultivated and wild species have been used to enhance genetic variation in plant populations and rendering genotypes resistant to biotic and abiotic stress environment. Breeding through inter-specific hybridization coupled with marker assisted selection could accelerate the breeding programs. Inter simple sequence repeats (ISSR) is a PCR- basedmarker in which 16-25 bp long microsatellites primers in a single primer PCR reaction amplify the inter- microsatellite regions. This technique has been extensively used in genetic diversity studies because they need no prior DNA sequence information and development costs are low. In this research, ISSR marker was employed to study genetic variation, determine parental genome contribution and segregation distortion of F 2 and F 6 populations derived from a cross between cultivated safflower, Carthamus tinctorius , genotype C 111 and an accession of wild species, C. oxyacanthus , genotype ISF II .The DNA from the two parents and individual F 2 and F 6 plants was extracted following CTAB method. Fifteen ISSR primers that showed polymorphism in parental genotypes were used in F 2 and F 6 populations whichproduced 58 polymorphic parental bands.Dice similarity indices were subjected to cluster analysis using Complete algorithm. The dendrogeram revealed two major groups. Group 1 included genotypes similar to C 111 and group 2 included genotypes similar to ISF II . The analysis of molecular variance (AMOVA) also showed that genetic variance between two parental groups within each populations was significant (P 0/001) and therefore genotypes could be discriminated based on similarity to parental genotypes.Therefore, in F 2 and F 6 populations, the number of progenies similar to C 111 was more than the number of progenies similar to ISF II . Out of 58 parental markers,the maximum, minimum and the average of bands were 40, 22 and 30, respectively in F 2 generation and in F 6 , they were 38,19 and 29.4 bands respectively. Results of this study showed that not all the parental markers were transmitted to F 2 and F 6 progenies. Also in both populations the average of inherited parental bands was higher from cultivated C 111 genotype than wild ISF II genotype. Chi-square test showed a segregation distortion in both F 2 an F 6 populations from 1:1 expected ratio at 0.01 probability level. Also inF 2 and F 6 populations, among 58 loci, 24 (41%) and 27 (47%) of loci were significantly deviated from the expected normal segregation ratio (P 0/01), respectively. In both populations, most of the distorted markers skewed toward the wild genotype. It seems that thetype of molecular marker, differences in genome size of parents, self-incompatibility and natural selection areprobably responsible for segregation distortion. The presence of genetic distortion in crosses of cultivated and wild safflower species may preclude the maximum variation to be expressed in breeding programs. Key words: Carthamustinctorius , C. oxyacanthus , Inter-specific hybridization, ISSR, Gentic diversity, Segregation distortion
گلرنگ زراعی، با نام علمی L. Carthamus tinctorius یکی از اعضای خانواده Compositae یا Asteraceaeمیباشد. در حال حاضر اهمیت تولید گلرنگ اساساً در تولید روغن خوراکی است. در سالهای اخیر به منظور افزایش تنوع ژنتیکی در جوامع گیاهی و ایجاد مقاومت به تنشهای زنده و غیر زنده از تلاقیهای بین گونه ای استفاده میکنند. بطوریکه استفاده از تلاقیهای بین گونه ای به همراه انتخاب به کمک نشانگرها، باعث افزایش سرعت در برنامه های اصلاحی میشود. در این میان نشانگر مولکولی ISSR، نشانگری مبتنی بر واکنش زنجیره ای پلیمراز با تکرار پذیری بالا، عدم نیاز به آگاهی قبلی نسبت به ژنوم و هم چنین ایجاد چند شکلی زیاد میباشد که تا کنون به صورت گسترده و موفقیت آمیزی برای تعیین تنوع ژنتیکی در گونه های زراعی بکار رفته است. تحقیق حاضر با هدف بررسی تنوع ژنتیکی، تعیین سهم ژنوم های والدینی و انحراف از تفرق در نتاج 2 F و F 6 حاصل از تلاقی بین گونه ای گلرنگ زراعی ( C. tinctorius ) و گلرنگ وحشی ( oxyacanthus C .) با استفاده از نشانگر مولکولی ISSR انجام گرفت. در این پژوهش از 15 آغازگر ISSR استفاده شد که در مجموع 120 نوار (8 نوار به ازا هر آغازگر) تکثیر کرد و از این تعداد 58 نوار (4 نوارچندشکل به ازا هر آغازگر) بین والدین چندشکلی نشان دادند. میانگین محتوای اطلاعات چند شکلی ( PIC)، 39/0 محاسبه گردید که نشان دهنده توانایی متوسط آغازگرها در بررسی چند شکلی بین ژنوتیپها میباشد. به منظور تجزیه خوشه ای از ضریب تشابه Dice و الگوریتم Completeاستفاده شد و نتایج آن در هر دو جمعیت 2 Fو 6 Fنشان داد که اکثر نتاج به والد اهلی نزدیکتر و تعداد کمتری از نتاج به همراه والد وحشی در یک گروه قرار میگیرند. در این تحقیق، تجزیه و تحلیل واریانس مولکولی (AMOVA) هم در هر کدام از جمعیتهای F 2 و F 6 نشان داد که اختلاف معنی داری (P 0/001) بین گروه های والدینی ایجاد شده در داخل هر جمعیت وجود دارد. بنابراین میتوان افراد هر جمعیت را به دو زیرگروه مجزای والد اهلی و وحشی تقسیم بندی نمود. از 58 نشانگر والدینی در جمعیت F 2 ، حداکثر 40 و حداقل 22 نشانگر و به طور متوسط 30 نشانگر، هم چنین در جمعیت F 6 حداکثر 38 و حداقل 19نشانگر و به طور متوسط 29/4 نشانگر والدینی به هر یک از نتاج به ارث رسیده بود. بطوریکه وراثت پذیری نشانگرهای والد اهلی و وحشی نشان داد که در هیچ کدام از جمعیتها تمامی نشانگرهای والدینی به نتاج منتقل نشده است. در تعیین سهم ژنوم والدین، نتایج نشان دادند که در جمعیت F 2 وF 6 ، به ترتیب 54 و56 ژنوتیپ، ژنوم والد اهلی را بیشتر از نسبت مورد انتظار50:50 دریافت کرده بودند بطوریکه میانگین انحرافات در جمعیت F 2 ، 19/38: 81/61 و در جمعیت F 6 ، 9/36: 1/63 بود. نتایج نشان میدهند که سهم ژنوم والد اهلی در نتاج هر دو جمعیت بیشتر از والد وحشی است. نتایج حاصله با نتایج بدست آمده از دندروگرام های ترسیم شده در هر دو جمعیت مطابقت دارد. به منظور تعیین انحراف تفرق، با مقایسه نسبت مکانهای ژنی به ارث رسیده از والدین به نتاج با نسبت مورد انتظار 1:1 از طریق آزمون کای اسکوئر در سطح احتمال 01/0 مشخص شد که در هر دو جمعیت انحراف تفرق وجود دارد. بطوریکه در جمعیت F 2 ، 24 مکان ژنی(41%) و در جمعیتF 6 ، 27 مکان ژنی (47%) انحراف نشان دادند که در هر دو جمعیت بیشتر مکانهای ژنی دارای انحراف متعلق به والد وحشی بود. احتمالاً نوع نشانگر مولکولی مورد استفاده، اختلاف اندازه ژنوم والدین، خود ناسازگاری و انتخاب طبیعی به عنوان عوامل موثر در وقوع و میزان انحراف تفرق در دو جمعیت مورد مطالعه میباشند.وجود انحراف تفرق در تلاقیهای بین گونه ای گلرنگ زراعی و گلرنگ وحشی ممکن است مانع بروز حداکثر تنوع قابل انتظار و برخی ژنوتیپ های خاص در برنامه های اصلاحی شود.