SUPERVISOR
احمد ارزانی (استاد راهنما) سعید پورداد (استاد مشاور) محمدرضا سبزعلیان دستجردی (استاد مشاور)
STUDENT
Mohammad Barati naghne
محمد براتی نقنه
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
Assessment of Inter and Intra Population Genetic Variation in Cultivars, Lines and Populations of Safflower using EST-SSR Molecular Markers
Microsatellite (SSR) markers originated from the expressed sequence tag (EST) region of genome are functionally more informative than the anonymous molecular markers for study of genetic diversity. With development of the EST-SSR markers in safflower, their utilization in genetic and breeding studies of safflower is now possible. The present study was aimed at estimating genetic variation in safflower using cultivars, lines, cultivated and wild populations with EST-SSR molecular markers. Intra population genetic variation and genetic purity of safflower genotypes were also evaluated. Forty eight safflower genotypes including 42 cultivated genotypes belong to Carthamus tinctorius and 6 wild accessions belong to C. oxyacanthus and C. lanatus species were used. The results indicated 42 of 109 EST-SSR primers pairs produced polymorphic bands with clear banding patterns. A total of 145 bands ranged from 100 bp to 500 bp were developed and scored. An average of 3.43 alleles per locus was detected. Dice similarity coefficients had a range of 0.26 to 0.98 indicating high genetic variation among genotypes. Dice similarity coefficients for the cultivated genotypes ranged from 0.68 to 0.98. High transferability of EST-SSR markers observed in present study makes them useful in cross-species genetic studies and basic evolutionary applications. The results of the present study showed that C. oxyacanthus accessions are more closely related to cultivated species than C. lanatus . Based on cluster and principal coordinate analyses, safflower genotypes were grouped into three main clusters C. lanatus , C. oxyacanthus and C. tinctorius . The 42 cultivated safflower genotypes divided into 4 subgroups. The subgroup one included 16 genotypes most of which obtained from Europe-America such as PI 537636, PI 258417, PI 198844 landraces and Hartman, Gila, Yinic cultivars. The subgroup two comprised 18 accessions originated from Palestine, Egypt and Mexico, as well as 15 Iranian cultivars, lines and landraces. Most Iranian accessions were belonged to this subgroup. The subgroup three contained 7 genotypes including a Syrian landrace and 6 Iranian genotypes (Sina cultivar and 5 Iranian landraces). PI 506426 landrace obtained from China separated solely into subgroup four. These results indicated that in most cases the cultivated safflowers divided into the subgroups based on their country of origin and genetic background. However, there was slight inconsistency between country of origin and subgroup of some genotypes. Results of analysis of molecular variance showed a significant difference between Iranian and exotic genotypes. Although, the fixation index value F ST = 0.05 observed in the present study suggests a relatively low level of genetic differentiation between the two groups. The results of population genetic structure of four safflower population with four SSR primers indicated that Isfahan-W and C4110 populations had the highest and lowest values of observed and expected heterozygosity (gene diversity), respectively. The fixation index (F ST ) values, indicating the differentiation between subpopulations, ranged from 0.21 to .052 with an average of 0.39, which shows existence of high differentiation between used populations. A high value of gene diversity was observed in Arak landrace, indicating the potential of landraces as origin of selection to produce cultivars and breeding lines. In conclusion, these markers were effective for evaluation of genetic variation and population genetic analysis in the safflower species. Key words: Safflower, Genetic variation, Express sequence tag (EST), Simple sequence repeat (SSR), Carthamus
استفاده از نشانگرهای ریزماهواره مبتنی بر توالیهای نشاندار بیانشده (EST) اطلاعات دقیقتری را نسبت به نشانگرهای تصادفی و مربوط به نواحی نامشخص ژنوم در ارزیابی تنوع ژنتیکی در اختیار قرار می دهد. با ایجاد نشانگرهای EST-SSR در گلرنگ، امکان استفاده از این نشانگرها در مطالعات ژنتیک و اصلاح آن فراهم شده است. هدف از این مطالعه استفاده از نشانگرهای EST-SSR جهت بررسی تنوع بین و درون گونه ای در ارقام، لاین ها، توده های اهلی و وحشی گلرنگ و همچنین تنوع ژنتیکی درون جمعیت و خلوص تعدادی از ژنوتیپهای گلرنگ بوده است. بدین منظور 48 ژنوتیپ گلرنگ مشتمل بر 42 ژنوتیپ متعلق به گونه زراعی ( Carthamus tinctorius ) و 6 توده وحشی متعلق به دو گونه C. oxyacanthus و C . lanatus مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که از میان 109 آغازگر EST-SSR مورد استفاده، 42 آغازگر باندهای PCR چندشکل با الگوی باندی واضح ایجاد کرد. در مجموع 145 باند با اندازه بین 100 تا 500 جفت باز ایجاد و امتیازدهی گردید. در هر لوکوس به طور میانگین 43/3 آلل مشاهده گردید. ضرایب تشابه محاسبه شده به روش Dice بین 48 ژنوتیپ دامنهای بین 26/0 تا 98/0 داشت که نشان دهنده وجود تنوع ژنتیکی قابل ملاحظه بین ژنوتیپهای مورد استفاده است. در ژنوتیپهای زراعی گلرنگ ضرایب Dice بین 68/0 تا 98/0 متغیر بود. قابلیت انتقال بینگونهای بالایی برای نشانگرهای استفاده شده مشاهده گردید که نشان دهنده پتانسیل بالای این نشانگرها در مطالعات ژنتیکی بینگونه ای و تکامل است. بر اساس مطالعه حاضر گونه C. oxyacanthus قرابت ژنتیکی بیشتری با گونه زراعی گلرنگ نشان داد. نتایج حاصل از تجزیه خوشه ای و تجزیه واریانس مولکولی نشان داد ژنوتیپهای مربوط به هریک از 3 گونه در خوشه ای جداگانه قرار گرفته اند. ضمن اینکه 42 ژنوتیپ گونه زراعی خود در 4 گروه قرار گرفتند. گروه اول شامل 16 ژنوتیپ بود که بیشتر آنها از اروپا و آمریکا منشأ یافته بودند و از آن جمله می توان ارقام محلی PI-537636،PI-258417 و PI-198844 و ارقام Hartman، Gila وYinic را نام برد. گروه دوم شامل 18 ژنوتیپ بود که 3 مورد از آن از فلسطین، مصر و مکزیک منشأ یافته و 15 رقم، لاین و رقم محلی ایرانی نیز در این گروه جای گرفتند. بیشتر ژنوتیپهای ایرانی در این گروه قرار گرفتند. گروه سوم حاوی 6 ژنوتیپ ایرانی (رقم سینا و 5 رقم محلی) و یک رقم سوریهای بود. رقم محلی PI-506426 با منشأ چین به تنهایی در گروه چهارم قرار گرفت. بنابراین در بیشتر موارد ژنوتیپهای گلرنگ بر مبنای نواحی جغرافیایی منشأ یافته و زمینه ژنتیکی مشابه در گروههای تفکیک شده قرار گرفتند. از طرف دیگر در مواردی عدم سازگاری بین منشأ جغرافیایی و محل قرارگیری در دندروگرام مشاهده گردید. همچنین تفاوت معنی داری بین دو گروه ژنوتیپ با منشأ ایرانی و خارجی گلرنگ مشاهده گردید، اگرچه مقدار کم شاخص تثبیت (05/0) نشان میدهد تمایز ژنتیکی اندکی بین این دو گروه ژنوتیپ گلرنگ وجود دارد. نتایج حاصل از ارزیابی 4 آغازگر EST-SSR در مطالعه ساختار ژنتیکی جمعیت نشان داد جمعیت وحشی اصفهان-W و لاین C4110 به ترتیب بیشترین و کمترین هتروزیگوسیتی مشاهده شده و مورد انتظار (تنوع ژنی) را داشتند. مقادیر شاخص تثبیت ( F ST ) که نشان دهنده درجه تمایز میان زیرجمعیتهاست دامنه ای بین 21/0 تا 52/0 ومیانگینی برابر با 39/0 داشت که نشان میدهد 39 درصد از تنوع ژنتیکی کل به تنوع بین جمعیتها اختصاص داشته است. همچنین تنوع ژنی قابل ملاحظهای در رقم محلی اراک مشاهده گردید که نشان دهنده ظرفیت بالای ارقام محلی به عنوان منشأ ایجاد ارقام و لاینهای اصلاحی از طریق انتخاب می باشد. در مجموع نشانگرهای EST-SSR استفاده شده قابلیت بالایی در ارزیابی تنوع ژنتیکی و مطالعات ساختار ژنتیک جمعیت در گونههای گلرنگ نشان دادند. کلمات کلیدی: گلرنگ، تنوع ژنتیکی،توالی نشاندار بیان شده، ریزماهواره