SUPERVISOR
Badraldinebrahim Seyed tabatabaei,Majid Talebi
بدرالدین ابراهیم سیدطباطبایی (استاد راهنما) مجید طالبی (استاد راهنما)
STUDENT
Mohammadhossein Soleimani Najafabadi
محمدحسین سلیمانی نجف آبادی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
Assessment of Genetic Diversity within Some of Pomegranate Cultivars Based on Sequences Analysis of Internal Transcribed Spacers (ITSs) of Nuclear Ribosomal DNA and SRAP Marker
The pomegranate ( Punica granatum L. ) is one of the oldest known fruit species. This plant is native to Iran and perhaps some surrounding areas. Pomegranate cultivars distinction is mainly based on morphological characteristics. As morphological characteristic like husk and aril color are affected by agro-ecosystems, for this ancient and widespread fruit it is likely that the same genotypes have different names in different regions (synonymy and/or homonymy). A precise method for determination and discrimination of the genotypes is requested for breeding and commercialization of Iranian pomegranate cultivars which it can be achieved using molecular markers. Nowadays, different molecular markers have been used to determine the genetic diversity among some pomegranate genotypes. Notwithstanding high morphological diversity among the genotypes, low level of polymorphism is indicated in these methods. In this research sequence-related amplified polymorphism (SRAP) markers which target ORFs as functional regions of pomegranate genome and nuclear ribosomal DNA sequences encoding the 5.8S RNA and the flanking internal transcribed spacers (ITS1 and ITS2) were used to detect the genetic diversity within the genotypes and phylogenetic relationships of pomegranate. SRAPs were used to assess genetic diversity of 63 cultivated, wild and ornamental pomegranate genotypes from five different geographical regions of Iran. A total of 250 fragments were amplified using 13 primer combinations (PCs), among which 133 bands (53%) were polymorphic. Average PIC value was 0.28 over all PCs. The genetic distance among genotypes ranged from 0.10 to 0.37 with an average of 0.24. Cluster analysis using the Neighbor-Joining (NJ) method suggested that there are close relationships between ornamental and some wild genotypes. Although the AMOVA results had shown the significant differences in the genetic diversity among the regions ( P value = 0.0048), the genetic variation was mainly caused by the variation of intra regions. The results showed low genetic differentiation ( Fst = 0.025) and high gene flow ( Nm =2.28) among regions. ITS region was also used to evaluate the genetic diversity and phylogenetic relationships of 20 pomegranate genotypes. These data exhibited the presence of polymorphism among pomegranate genotypes. Variation among genotypes demonstrated both in the length and sequence content of ITS region. The size of the spacer’s sequences ranged from 246 to 250 bases for ITS2 and 206 bases for ITS1. ITS2 seems to be relatively more informative than ITS1. Cluster analysis using the maximum parsimony method grouped the genotypes into three clusters. Also predicted conformation of the secondary structure of ITS2 transcripts and thermodynamic stability subjected to detailed iection in comparative analysis among genotypes. Five distinct conformations constructed from ITS2 region of pomegranate genotypes. This method was able to set apart some genotypes as supplement of cluster analysis method. Cluster analysis of ITS2 sequences confirmed previous studies which suggested that Punica genus is actually derived members of the Lythraceae family. In this family Punica genus stand beside Capuronia, Galphinia and Laofensia which is in agreement with previous studies. Keywords: Pomegranate, Genetic diversity, SRAP, Phylogenetic relationships, ITS sequence
انار یکی از قدیمی ترین گونه های گیاهی شناخته شده است که خاستگاه آن را به ایران و برخی از مناطق اطراف آن نسبت می دهند. تفکیک ارقام انار عمدتاً بر اساس خصوصیات مورفولوژیک مانند رنگ پوست وآریل میوه انجام می گیرد که تحت تاثیر اکوسیستم محل کشت است. برای گیاهانی از این قبیل که در گستره وسیع جغرافیایی کشت می شوند وجود چند نام برای یک ژنوتیپ در مناطق مختلف شایع است. استفاده از نشانگر های مولکولی به عنوان یک روش دقیق و کارآمد در تشخیص و تمایز ژنوتیپ ها جهت اصلاح و تجاری سازی ارقام انار می تواند مفید واقع شود. امروزه از نشانگر های مولکولی مختلفی جهت تشخیص تنوع ژنتیکی بین برخی از ژنوتیپ های انار استفاده شده است، ولی علی رغم تنوع مورفولوژیک بالا، تنوع ژنتیکی پایینی بین ژنوتیپ های مورد مطالعه مشاهده شده است. در این تحقیق از نشانگر SRAP (sequence-related amplified polymorphism) که نواحی بیان شونده ژنوم را مورد هدف قرار می دهد و توالی DNA ریبوزومی هسته ای که کد کننده ، rRNA S8/5 و ناحیه ITS1 و ITS2 است، برای تشخیص تنوع ژنتیکی بین ژنوتیپ ها و رابطه فیلوژنی بین انار با سایر گیاهان استفاده شد. نشانگر SRAP به منظور ارزیابی تنوع ژنتیکی بین 63 ژنوتیپ وحشی اهلی و زینتی از پنج منطقه جغرافیایی مختلف در ایران استفاده گردید. از 13 ترکیب آغازگر مورد استفاده 250 باند تکثیر شد که از این میان 133 باند(53%) چند شکل بود. میانگین محتوای اطلاعات چند شکل برای کل ترکیب های آغازگر 28/0 محاسبه شد. فاصله ژنتیکی بین ژنوتیپ ها با میانگین 24/0 از 1/0 تا 37/0 متغیر بود. تجزیه خوشه ای با روش Neighbor-Joining انجام شد که بیانگر رابطه نزدیک بین ژنوتیپ های زینتی و برخی از ژنوتیپ های وحشی بود. اگرچه نتایج حاصل از تجزیه واریانس مولکولی تفاوت معنی داری بین ژنوتیپ های مناطق مختلف نشان داد (0048/0 P-Value=) ولی تنوع ژنتیکی عمدتاً مربوط به ژنوتیپ های درون نواحی بود. نتایج حاصل بیان کننده تنوع ژنتیکی پایین (025/0Fst= ) و جریان ژنی بالا (Nm=2.28) بین مناطق مختلف جغرافیایی است. همچنین داده های حاصل از توالی یابی ناحیه ITS بر روی 20 ژنوتیپ انار حاکی از وجود تفاوت بین ژنوتیپ های انار در محتوی و طول این ناحیه بود. طول ناحیه ITS2 ازbp 246 تاbp 250 متغیر بود در حالیکه ناحیه ITS1 در همه ژنوتیپ ها 206 باز داشت. ناحیه ITS2 داده های کارآمدتری را نسبت به ناحیه ITS1 ایجاد نمود. تجزیه خوشه ای با استفاده از روش maximum parsimony ژنوتیپ ها را در سه خوشه گروه بندی کرد. آنالیز مقایسه ای ساختار ثانوی? توالی رونویسی شده ناحیه ITS2 و پایداری ترمودینامیکی آن، پنج ساختار متفاوت ایجاد کرد که در تفکیک برخی از ژنوتیپ های انار موثر بود. تجزیه خوشه ای توالی ناحیه ITS2، تایید کننده مطالعات پیشین است که جنس Punica را در خانواده Lythraceae در کنار جنس های Laofensia ، Galphinia و Capuronia قرار می دهد. کلمات کلیدی : انار، تنوع ژنتیکی، SRAP، روابط فیلوژنتیکی، توالی ITS