بررسی تنوع DNA کلروپلاستی و روابط فیلوژنتیکی میان 28 گونه درمنه ایران

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 دانشجوی سابق کارشناسی ارشد پردیس کشاورزی ومنابع طبیعی دانشگاه دتهران

2 استادیار پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

3 استاد پردیس کشاورزی ومنابع طبیعی دانشگاه تهران

4 دانشجوی سابق دکتری پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

چکیده

34 گونه از جنس درمنه در ایران گزارش شده است که از لحاظ پراکنش، تراکم و پوشش مهم‏ترین جنس‏های گیاهی در کشور محسوب می‏شوند. از آنجا که هنوز ‏سیستم کلی و جامعی برای طبقه‏بندی و فیلوژنی آن ارائه نشده است، ‏در این پژوهش سعی شد تا با بررسی تنوع کلروپلاستی و روابط فیلوژنتیکی گونه‏های درمنه و مقایسۀ آن‏ها با گونه‏های دیگر موجود در جهان، مسیر تکاملی آن‏ها شناسایی و قرابت ژنتیکی آن‏ها مشخص شود تا از این طریق بتوان کمکی به حفظ این ‏گنجینۀ ارزشمند ژنتیکی کرد. در این پژوهش چندشکلی در مناطق غیر کدشوندۀ دی.ان.ا کلروپلاستی در 28 گونه درمنۀ ایران مطالعه شد. ابتدا، 13 جفت آغازگر عمومی دی.ان.ا کلروپلاستی برای تکثیر بررسی شد و با توجه به درجۀ تکثیر آغازگرها، شش جفت آغازگر (PB, BD, Ic2, CS, trnL-F, B2B3) برای مطالعۀ نهایی انتخاب شد. محصولات واکنش زنجیره‏ای پلیمراز توسط سه آنزیم برشی MseI  و EcoRI و  TaqI هضم شدند در‌نتیجه از 14 ترکیب آغازگر‌ـ آنزیم استفاده‌شده، 10 ترکیب حالت چندشکلی نشان دادند. نتایج نشان داد A. armeniaca، A. incana، A. austriaca، A. melanolepis، A. oliveriana،A. turanica و A. tournifortiana  از الگوی نواری متفاوت‏تری نسبت به سایر گونه‏ها برخوردار بودند. قرارگیری این گونه‏ها در گروه‏های هاپلوئیدی خاص به‌صورت منفرد نشان می‏دهد که این دسته از گونه‏های درمنه واگرایی بیشتری در بخش ژنوم کلروپلاست نسبت به سایر گونه‏ها دارند. نتایج حاصل از توالی‌یابی ناحیۀ trnL-F پس از تجزیۀ تبار زایشی نهایی بر‌اساس ماتریس داده‏های هم‌ردیف‌شده و به روش ماکزیمم پارسیمونی و بیشترین شانس برای بررسی روابط فیلوژنتیکی استفاده شد. نتایج آنالیز پارسیمونی اطلاعات ناحیۀ trnL-F توپولوژی مشابهی را نسبت به گونه‏ها و دودمان بررسی‌شده در دیگر مطالعات نشان داد. نتایج نشان داد که دو گونۀ A. turanica و A. spicigera فاصلۀ زیادی با دیگر گونه‏های درمنه دارند. این مطالعه آشکارا مشخص کرد که ناحیۀ trnL-F دی.ان.ا کلروپلاستی به‌تنهایی در این سطح مفید نیست و نیاز است برای بررسی‏های تکمیلی آینده از ناحیه‏های جدید ژنوم استفاده شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of Chloroplast DNA diversity and phylogenetic relationship among 28 Iranian Artemisia species

نویسندگان [English]

  • elahe ahadi dolatsara 1
  • Alireza Salami 2
  • Majid Shekarpoor 2
  • Mohammad reza Nagavi 3
  • Aboozar Soreni 4
چکیده [English]

The genus Artemisia containing more than 500 taxa at the specific or subspecific level. Thirty-four species of genus Artemisia have been reported in Iran, which from the viewpoint distribution, density and coverage is the most important genera of plant. Since the still has not been achieved a general system for the classification and phylogeny, in this research tried with evaluation of chloroplast diversity and phylogenetic relationships of Artemisia species and comparison with other species in the world, identified evolutionary path, genetic similarity for some species of Iran, until through this maintained genetically valuable treasures. In this research, polymorphic were studied in non-coding regions of chloroplast DNA of 28 Iranian Artemisia species. At first, 13 primers public of chloroplast DNA were evaluated for proliferation, and according to the degree of proliferation primers, six primer pairs (PB, BD, Ic2, CS, trnL-F and B2B3) were selected for the final study. PCR products were digested by three restriction enzyme of MseI, EcoRI and TaqI. From 14 combinations primer - enzymes used, 10 combinations showed polymorphism status. Data showed a completely different banding pattern in A. Armeniaca, A. incana, A. austriaca, A. melanolepis, A. oloveriana, A. turanic and A. turnifortiana than other species.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Artemisia L
  • Chloroplast diversity
  • Parsimony analysis
  • Phylogenetic relationships
  • trnL–F region
  1. Avise, J.C. (1994). Molecular Markers, Natural History and Evolution. Chapman and Hall, New York. 511 p.
  2. Borsch, T., Hilu, K.W., Quandt, D., Wilde, V., Neinhuis, C. & Barthlott, W. (2003). Noncoding plastid trnT-trnF sequences reveal a well resolved phylogeny of basal angiosperms. Journal of Evolutionary Biology, 16, 558–576.
  3. Besendahl, A., Qiu, Y.L., Lee, J., Palmerm J.D. & Bhattacharya, D. (2000). The cyanobacterial origin and vertical transmission of the plastid tRNALeu group-I-intron. Current Genetics, 37, 12–23.
  4. Cech, T.R. (1990). Self-splicing of group I introns. Annual Review of Biochemistry, 59, 543–568.
  5. Cech, T.R., Damberger, S.H. & Gutell, R.R. (1994). Representation of the secondary and tertiary structure of group I introns. Nature Structural & Molecular Biology, 1, 273–280.
  6. Colinvaux, P.A. (1996). Pollen records: Point Barrow, Pribilof Archipelago, andImuruk Lake. In: West, F.H. (Ed.), American Beginnings, The Prehistory and Paleoecology of Beringia. University of Chicago Press, Chicago, pp. 83–96.
  7. Elias, S.A., Short, S.K., Nelson, C.H. & Birks, H.H. (1996). Life and times of the Beringland bridge. Nature, 382, 60–63.
  8. Francisco-Ortega, J., Santos-Guerra, A., Hines, A. & Jansen, R.K. (1997). Molecular evidence for a Mediterranean origin of the Macaronesian endemic genus Argyanthemum (Asteraceae). American Journal of Botany, 84, 1595- 1613.
  9. Garcia, S., McArthur, E.D., Pellicer, J., Sanderson, S.C., Vallès, J. & Garnatje, T. (2011). Amolecular phylogenetic approach to western North America endemic Artemisia and allies (Asteraceae): untangling the sagebrushes. American Journal of Botany, 98, 638–653.
  10. Hamza, N.B. (2005). Population genetic analysis of European and African willows (Salix spp.) using nuclear microsatellite and chloroplast markers. Ph.D. Thesis, University of Natural Resources and Applied Life Sciences (BOKU), Vienna, Austria.
  11. Hall, H.M. & Clements, F.E. (1923). The Phylogenetic Method in Taxonomy. The North American species of Artemisia, Chrysothamnus and Atriplex. Publication 326, Carnegie Institution of Washington, Washington, DC.
  12. Hayat, M.Q., Ashraf, M., Khan, M.A., Mahmood, T., Ahmad, M. & Jabeen, S.H. (2009). Phylogeny of Artemisia L.: Recent developments. African Journal of Biotechnology, 8(11), 2423-2428.
  13. Kazemi, M., Dakhili, M., Rustaiyan, A., Larijani, K., Ahmadi, M.A. & Mozaffarian, V. (2009). Chemical composition and antimicrobial activity of Artemisia tschernieviana Besser from Iran. Pharmacognosy Research, 1,120-124.
  14. Keck, D.D. (1946). A revision of the Artemisia vulgaris complex in North America. Proceedings of the California Academy of Sciences, 25, 421–468.
  15. Kornkven, A., Watson, L. & Estes, J. (1998). Phylogenetic analysis of the Artemisia section Tridentatae (Asteraceae) based on the sequences from the internal transcribed spacers (ITS) of the nuclear ribosomal DNA. American Journal of Botany, 85, 1787-1795.
  16. Lee, J.H., Lee, J.W., sung, J.S., bang, K.H. & Moon, S.G. (2009). Molecular Authentication of 21 Korean Artemisia Species (Compositae) by Polymerase Chain Reaction-Restriction Fragment Length Polymorphism Based on trnL–F Region of Chloroplast DNA. Biological and Pharmaceutical Bulletin, 32, 1912-1916.
  17. Moss, E.H. (1940). Interxylary cork in Artemisia. American Journal of Botany, 27, 762–768.
  18. Murray, D.F. (1981). The role of arctic refugia in the evolution of the arctic vascular flora – a Beringian perspective. In: Scudder, G.G.E., Reveal, J.L. (Eds.), Evolution Today, Proceedings of the Second International Congress of Systematic and Evolutionary Biology. Hunt Institute for Botanical Documentation, Pittsburgh, pp. 11–20.
  19. Noorbakhsh, S.N., Ghahreman, A., Attar, A. & Mahdigholi, K. (2008). Leaf antomy of Artemisia (Asreraceae) in Iran and ITS taxonomic implications. Iranian Journal of Botany, 14 (1). 54-69.
  20. Pirttila, A.M., Hirsikorpi, M., Kamarainen, T., Jaakola, L. & Hohtola, A. (2001). DNA isolation methods for medicinal and aromatic plants. Plant Molecular Biology Reporter 19: 273a-273f.
  21. Pellicer, J., Vallès, J. & Korobkov, A.A. & Garnatje, T. (2011). Phylogenetic relationships of Artemisia subg. Dracunculus (Asteraceae) based on ribosomal and chloroplast DNA sequences. Taxon, 60, 691–704.
  22. Quandt, D., Muller, K., Stech, M., Hilu, K.W., Frey, W., Frahm, J.P., Borsch. T. (2004). Molecular evolution of the chloroplast trnL-F region in land plants. Monographs in Systematic Botany from the Missouri Botanical Garden, 98, 13–37.
  23. Rydberg, P.A. (1916). (Carduales), Carduaceae, Tageteae, Anthemideae. North American Flora 34(3). New York Botanical Garden, Bronx.
  24. Sanz, M., Vilatersala, R., Hidalgo, O., Garcia, J.N., Susanna, A., Gerald, M., Schneeweiss, M., Valles, J. (2008). Molecular phylogeny and evolution of floral characters of Artemisia and allies (Anthemideae, Asteraceae): Evidence form nrDNA ETS and ITS sequences. Taxon, 57(1), 68-78.
  25. Simon, D., Fewer, D., Friedl, T., Bhattacharya, D. (2003). Phylogeny and self-splicing ability of the plastid tRNA-Leu group I intron. Journalof Molecular Evolution, 57, 710–720.
  26. Shultz, L.M. (2006). Artemisia. In Flora of North America Editorial Committee (Ed.), Flora of North America North of Mexico, vols. 19–21. Oxford University Press, New York, pp. 503–534.
  27. Taberlet, P., Gielly, L., Pautou , G. & Bouvet, J. (1991). Universal primers for amplification of three non-coding regions of chloroplast DNA. Plant Molecular Biology, 17, 1105–1109.
  28. Tkach, N.V., Hoffmann, M.H., Roser, M., Korobkov, A.A. & Hagen, K.B.V. (2007-2008). Parallel evolutionary patterns in multiple lineages of the Arctic Artemista L. (Asteraceae). Evolution, 62(1), 184-194.
  29. Valles, J., Torrell, M., Garnatje, T., Garcia-Jacas, N., Vilatersana, R. & Susanna, A. (2003). Genus Artemisia and its allies, phylogeny of the subtribe Artemisiinae (Asteraceae, Anthemadea) based on nucleotide sequences of nuclear ribosomal DNA internal transcribed spacers (ITS). Plant Biology, 5, 274-284.
  30. Watson, L.E., Bates, P.L., Unwin, M.M., Evans, T.M. & Estes, J.R. (2002). Molecular phylogeny of Subtribe Artemisiinae (Anthemideae: Asteraceae), including Artemisia and its allied and segregate genera. BMC Evolutionary Biology, 2, 17 (12 pp).
  31. Watson, L.E. (1996). Molecular systematics of the tribe Anthemideae. In: Hind DJN, Jeffrey C, Pope GV (ed.). Advances in compositae systematics. Kew Publishing, Kew, UK. pp. 315-322.