Investigation of phylogenetic relationships and genetic diversity of Seidlitzia rosmarinus populations by ISSR marker in some regions of Iran

Document Type : Systematics and Biodiversity of Plants

Authors

1 PhD Student, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran

2 Prof., Department of Biology, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran

3 Associate Prof., Department of Biology, Central Tehran Branch, Slamic Azad University, Tehran, Iran

4 Associate Prof., Department of Biology, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran

Abstract

The genus Seidlitzia has four herbaceous species viz. S. florida (M.B.) Bge. ex Boiss., S. cinerea (Moq.) Bge. ex Botsch. and S. stokii that are herbaceous, and S. rosmarinus (Ehrenb.) Bge. ex Boiss. is shrubby belong to the family Amaranthaceae. In the present study, ISSR molecular markers were used to evaluate the genetic diversity among 85 plant samples from 17 populations of
S. rosmarinus. Four random primers were used to perform ISSR reactions and in total 221 DNA bands were obtained. After forming 0 and 1 matrix with the help of GenAlex and NTSYS software, it was used to interpret ISSR analysis data. Molecular analysis of variance (AMOVA) was performed to estimate genetic diversity out of 85 individuals. Of total diversity, the highest amount of genetic diversity (68%) was related to intra-population diversity, 28% of inter-population diversity, and 4% of inter areas was calculated. MCMC analysis using Structure 2.3.4 software was used to investigate the genetic diversity populations of S. rosmarinus. Main coordinates analysis by the PCOA method was also used for extract maximum information from molecular data.
 
 

Keywords

Article Title [Persian]

بررسی روابط فیلوژنی و تنوع ژنتیکی جمعیت‌های Seidlitzia rosmarinus با استفاده از نشانگر ISSR در برخی مناطق ایران

Authors [Persian]

  • شیما صدیقی 1
  • علیرضا ایرانبخش 2
  • سیدمهدی حمدی 3
  • ایرج مهرگان 4
1 دانشجوی دکتری زیست‌شناسی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران
2 استاد گروه زیست‌شناسی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران،
3 دانشیار گروه زیست‌شناسی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران مرکزی، تهران، ایران
4 دانشیار گروه زیست‌شناسی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران
Abstract [Persian]

جنس Seidlitzia دارای چهار گونه در ایران است. گونه S. rosmarinus به شکل درختچه‌ای و سه گونه دیگر علفی هستند. هدف از این تحقیق، بررسی تنوع ژنتیکی و ساختار جمعیتی 85 نمونه گیاهی 17 جمعیت گونه S. rosmarinus و پی بردن به شناسایی احتمالی فرم‌های تاکسونومیکی پایین‌تر از سطح گونه با استفاده از نشانگر مولکولیISSR  بود. از 16 پرایمر عمومی و چهار پرایمر اختصاصی استفاده شد که در مجموع 221 باند ایجاد کردند. دندروگرام داده‌هایISSR  مربوط به 17 جمعیت براساس ماتریس تشابه به روشUPGMA  و ضریب تشابهDice  از 40/0 تا 96/0 متغیر بود. براساس آنالیز واریانس مولکولی (AMOVA)، بیشترین تنوع (68%) تنوع درون جمعیتی، 28% تنوع بین جمعیتی و 4% مربوط به تنوع بین مناطق بود. آنالیزMCMC  به منظور بررسی ساختار ژنتیکی در جمعیت‌های گونهS. rosmarinus  مورد بررسی قرار گرفت. همچنین، آنالیز مختصات اصلی به روشPCOA  براساس محور مختصات اصلی اول و دوم برای نشانگرISSR  انجام شد که این روش به عنوان روش مکمل برای تجزیه خوشه‌ای با هدف استفاده بهینه و استخراج حداکثری اطلاعات از داده‌های مولکولی ارایه شد. نتایج به دست آمده از نشانگرISSR  از درجه اطمینان بالایی برخوردار بود. نتایج به دست آمده با استفاده از نشانگرISSR  نشان داد که نسبت به سایر نشانگرها دقت بیشتری داشته و روابط بین جمعیت‌ها را با وضوح بهتری نمایان ساخت. از طرفی، فرم‌های تاکسونومیکی احتمالی پایین‌تر از سطح گونه با توجه به اختلافات کم بین جمعیت‌ها مشاهده نشد.

Keywords [Persian]

  • آنالیز واریانس مولکولی
  • تاج‌خروسیان
  • تجزیه خوشه‌‌ای
  • روش UPGMA

References

Assadi, M. 2001. Chenopodiaceae. Pp. 27–65. In: Assadi, M. (ed.), Flora of Iran Vol. 38. Research Institute of Forests and Rangelands Press, Tehran (In Persian).
APG IV. 2016. An update of the Angiosperm phylogeny group classification for the orders and families of flowering plants. Botanical Journal of the Linnean Society 181(1): 1–20.
Baghestani, A. & Maybodi, N. 1996. The effect of pruning on growth and development of Seidlitzia rosmarinus and the best usage of its annual production. Tehran: Research Institute of Forest and Rangeland. Doyle, J.J. (ed.). A rapid DNA isolation procedure for small quantities of fresh leaf tissue. Phytochemistry 19: 11–15.
Bhatt, A., Bhatt, N.R. & Marutimuttil, T. 2019. Germination behavior of Seidlitzia rosmarinus Boiss., a perennial halophyte of Arabian deserts. Agriculture and Natural Resources 53: 348–354.
Boissier, E. 1879. Chenopodium L. In: Flora Orientalis 4. Genevae & Basileae.
Godwin, I.D., Aitken, E.A. & Smith, L.W. 1997. Application of inter simple sequence repeat ISSR markers to plant genetics. Electrophoresis 189: 1524–1528.
Hadi, M.R., Taheri, R. & Sharif, M.S. 2007. Study effects of salinity on the seed germination of Seidlitzia rosmarinus. Pajouhesh-va-Sazandegi 67: 151–157 (In Persian).
Hadi, M. 2009. Biotechnological potentials of Seidlitzia rosmarinus. African Journal of Biotechnology 811: 2429–2431.
Hayder, S.Z. & Yasmin, S. 1972. Salt tolerance and cation interaction in alkali staccato at germination. Journal of Range Management Archives 25(5): 390–392.
Hedge, I.C., Akhani, H., Freitag, H., Kother-Heinrich, G., Podlech, D., Rilke, S. & Uotila, P. 1997. Chenopodiaceae, Flora Iranica, Akad, Druck-und Verlagsanstalt, Graz.
Huelsenbeck, J.P. & Ronquist, F. 2001. MrBayes: Bayesian Inference of Phylogeny Bioinformatic 17: 754–755.
Iranbakhsh A.R., Hamdi, S.M.M. & Assadi M. 2008. Flora, life form and chorotypes of plants of Garmsar region in Semnan province. Pajouhesh-va-Sazandegi 21(2): 179–199 (In Persian).
Kantety, R.V., Zeng, X., Bennetzen, J.L. & Zehr, B.E. 1995. Assessment of genetic diversity in dent and popcorn Zea mays L. inbred lines using inter-simple sequence repeat ISSR amplification. Molecular Breeding 14: 365–373.
Karimi, M., Pormajidian, M.R., Jalilvand, H. & Safari, A. 2012. Preliminary study for application of O-ring function in determination of small-scale spatial pattern and interaction species Case study: Bayangan forests, Kermanshah. Iranian Journal of Forest and Poplar Research 204: 608–621.
Khavazeh, M. 1999. Effect of Salinity on Germination, Growth and Cl and Na Content of Four Arid and Desert Species. MSc Thesis. Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran (In Persian with English summary).
Latifi, J. 1998. Siedlitzia rosmarinus, a suitable plant for desertification control in Dashtabad. In: Proceedings of the 20th National Conference on Desertification and Desertification Control Methods. Research Institute of Forest and Rangelands, Tehran, pp. 419–428.
Maddison, W.P. & Maddison, D.R. 2002. MacClade: Analysis of Phylogeny and Character Evolution, ver. 4.01. Sinauer Associates Sunderland, Massachusetts.
Mousavi Kouhi, S.M., Moudi, M., Soltani Moghadam, E. & Sarchahi Moghadam, H. 2019. The investigating of sodium accumulation in some halophytic species of Zygophyllaceae, Polygonaceae, Asteraceae and Amaranthaceae. Nova Biologica Reperta 6: 96–105.
Kianian, M.K., Ravanbakhsh, H., Ara, H. & Nikou, Sh. 2019. International Journal of Agriculture and Environmental Research. "https://ephjournal.org/index.php/aer/issue/view/257"56–70.
Sabeti, H. 1994. Forests, Trees and Shrubs of Iran. University of Science and Technology Press, Tehran (In Persian).
Salimath, S.S., Oliveira, A., Bennetzen, J.L. & Godwin, I.D. 1995. Assessment of genome origins and genetic diversity in the genus Eleusine with DNA markers. Genome 384: 757–763.
Yang, C., Everitt, J.H., Bradford, J.M. & Escobar, D.E. 2000. Mapping Grain Sorghum Growth and Yield Variations Using Airborne Multispectral Digital Imagery. Transactions of the ASAE 43(6): 1927.

Files

History

  • Receive Date: 13 August 2020
  • Revise Date: 01 January 2021
  • Accept Date: 20 January 2021

Share

How to cite

Statistics