بررسی تنوع ژنتیکی در زعفران های با بیش از سه کلاله با استفاده از نشانگرمولکولی SSR و ISSR

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بیرجند.

2 استادیار، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بیرجند.

10.22048/jsat.2018.104167.1266

چکیده

زعفران زراعی به عنوان با ارزش­ترین ادویه جهان از نظر ژنتیکی کلون مونومورفی بوده، ولی تفاوت­هایی نیز در فنوتیپ و کیفیت گزارش شده است که مهم­ترین تنوع فنوتیپی از نظر زراعی و اقتصادی، وجود گل­های با بیش از سه کلاله است، بنابراین هدف از این تحقیق استفاده از نشانگرهای مولکولی مختلف جهت مطالعه مولکولی زعفران های با بیش از 3 کلاله در منطقه و اندازه­گیری تنوع ژنتیکی بین آن­ها بود. در این تحقیق، کلون­های زعفران با بیش از سه کلاله به­طور کامل همراه با خاک اطراف ریشه از مزارع کشاورزان جمع­آوری و بطور کامل در جعبه­های پلاستیکی، جهت حفظ شرایط زیستی، مستقر گردیدند. استخراج DNA به روش CTAB از برگ­های گل دارای بیش از سه کلاله انجام شد. زعفران­های با بیش از سه کلاله در مقایسه با حالت معمولی دارای گل­های بزرگتر و تعداد گلبرگ­های به نسبت بیشتری بودند. بیشترین فراوانی تعداد کلاله در بین نمونه­های بیش از سه کلاله مربوط به چهار و پنج کلاله با 38 درصد بود. نمونه­های دارای شش کلاله با فراوانی 14 درصد مشاهده شد. در بین نمونه­های جمع­آوری شده تنها یک نمونه با تعداد کلاله هفت نیز مشاهده گردید. از مجموع 48 آغازگر ISSR آزمون شده روی نمونه DNAی بالک، تنها 16 آغازگر تشکیل نوار دادند. نتایج حاصل از الکتروفورز ژل آگاروز برای آغازگرهای ISSR نشان داد که محدوده نوارهای تشکیل شده در فاصله 100 تا 1000 جفت باز بود. با بررسی نوارهای تشکیل شده برای آغازگرهای ISSR‌، چندشکلی قابل ملاحظه­ای بین کلون­های مختلف زعفران مورد بررسی مشاهده نشد. لذا، براساس این سیستم نشانگری تنوع ژنتیکی بین کلون­های با تعداد کلاله متفاوت ملاحظه نشد. از بین نشانگرهای SSR‌ آزمون شده، 10 نشانگر چند شکلی را بین کلون ها نشان دادند. نتایج تجزیه همبستگی براساس ضریب همبستگی اسپیرمن نشان داد که ارتباط معنی­دار آماری بین هیچ کدام از آلل­های نشانگر ریزماهواره و تعداد کلاله­ها مشاهده نشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of genetic variations in saffron with more than three stigmas using SSR and ISSR molecular markers

نویسندگان [English]

  • Mohammad Ali Behdani 1
  • Ali Izanloo 2
1 Professor, Department of Agronomy and Plant breeding, Faculty of Agriculture, University of Birjand.
2 Assistant professor, Department of Agronomy and Plant breeding, Faculty of Agriculture, University of Birjand.
چکیده [English]

Saffron is the most valuable spice in the world. It is genetically a monomorphic clone. However, differences in phenotype and quality have been reported. The most important agro-economically phenotypic variation is the appearance of flowers with more than three stigmas. The main objective of this study was to study the genetic variability of saffron clones with more than 3 stigmas using SSR and ISSR molecular markers. In this research, saffron clones with more than three stigmas were collected along with the corm and the root from Saffron fields of Qaen and Sarayan, South Khorassan province, then transferred as a whole to the Biotechnology Laboratory of the Faculty of Agriculture, the University of Birjand. The number of stigmas in each flower was counted. Genomic DNA was extracted according to the CTAB method from leaves of the flower with more than three stigmas. Flower with more than three stigmas was larger and had more petals than ordinary ones. The most frequent number of flowers with more than three stigmas was related to four and five stigmas with 38%. Six-spike samples with a frequency of 14% were observed. Among the collected samples, only one specimen with seven stigmas was observed. Of the 48 tested ISSR primers on the bulk of DNA, only 16 primers had amplified bands and selected. The results of agarose gel electrophoresis for ISSR primers amplified the bands ranged from 100 to 1000 bp. By examining the bands formed for ISSR primers, no significant polymorphism was observed between different clones of saffron. Therefore, based on this marker system, no sign of genetic diversity was observed between clones with different number of stigmas. Among the tested SSR markers, 10 primer pairs showed amplified band among the clones. The results of correlation analysis based on Spearman correlation coefficient showed that there was no statistically significant correlation between microsatellite marker alleles and number of stigmas.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Epigenetics
  • genetic diversity
  • Polymorphism

Abdullaev, F.I., and Espinosa-Aguirre, J.J. 2004. Biomedical properties of saffron and its potential use in cancer therapy and chemoprevention trials. Cancer Detection and Prevention 28 (6): 426-432.

Agayev, Y., Fernandez, J.A., and Zarifi, E. 2009. Clonal selection of saffron (Crocus sativus L.): the first optimistic experimental results. Euphytica 169 (1): 81-99.

Babaei, S., Talebi, M., Bahar, M., and Zeinali, H., 2014. Analysis of genetic diversity among saffron (Crocus sativus) accessions from different regions of Iran as revealed by SRAP markers. Scientia Horticulturae 171 (0): 27-31.

Beiki, A.H., Keifi, F., and Mozafari, J. 2010. Genetic Differentiation of Crucus Species by Random Amplified Polymorphic DNA. Genetic Engineering and Biotechnology Journal 18: 1-10.

Bhandari, P.R. 2015. Crocus sativus L. (saffron) for cancer chemoprevention: A mini review. Journal of Traditional and Complementary Medicine 5 (2): 81-87.

Brandizzi, F., and Grilli Caiola, M. 1998. Flow cytometric analysis of nuclear DNA in Crocus sativus and allies (Iridaceae). Plant Systematics and Evolution 211 (3-4): 149-154.

Busconi, M., Colli, L., Sánchez, R. A., Santaella, M., De-Los-Mozos Pascual, M., Santana, O., Roldán, M., and Fernández, J.A. 2015. AFLP and MS-AFLP analysis of the variation within saffron Crocus (Crocus sativus L.) Germplasm. PLoS ONE 10 (4): e0123434.

Doyle, J.J., and Doyle, J.L. 1987. A rapid DNA isolation procedure for small quantities of fresh leaf tissue. Phytochemical Bulletin 19 : 11-15.

Estilai, A. 1978. Variability in saffron (Crocus sativus L.). Experientia 34: 725.

Fluch, S., Hohl, K., Stierschneider, M., Kopecky, D., and Kaar, B. 2010. Crocus sativus L.-Molecular Evidence on Its Clonal Origin. Acta Horticulturae 850: 41-46.

Ghaffari, S.M., and Bagheri, A. 2009. Stigma variability in saffron (Crocus sativus L.). African Journal of Biotechnology 8 (4): 601-604.

Grilli Caiola, M., Caputo, P., and Zanier, R. 2004. RAPD Analysis in Crocus sativus L. accessions and related Crocus species. Biologia Plantarum 48 (3): 375-380.

Lim, T.K. 2014. Crocus sativus. Edible Medicinal and Non Medicinal Plants: Volume 8, Flowers. Springer Netherlands, Dordrecht, p. 77-136.

Magesh, V., Singh, J., Selvendiran, K., Ekambaram, G., and Sakthisekaran, D. 2006. Antitumour activity of crocetin in accordance to tumor incidence, antioxidant status, drug metabolizing enzymes and histopathological studies. Molecular and Cellular Biochemistry 287 (1-2): 127-135.

Mir, J.I., Ahmed, N., Khan, M.H., Mokhdomi, T.A., Wani, S.H., Bukhari, S., Amin, A., and Qadri, R.A. 2015. Molecular characterization of saffron-potential candidates for crop improvement. Notulae Scientia Biologicae 7 (1): 81-89.

Nemati, Z., Zeinalabedini, M., Mardi, M., Pirseyediand, S., Marashi, S., and Nekoui, S. 2012. Isolation and characterization of a first set of polymorphic microsatellite markers in saffron, Crocus sativus (Iridaceae). American Journal of Botany 99: e340–e343.

Nemati, Z., Mardi, M., Majidian, P., Zeinalabedini, M., Pirseyedi, S.M., and Bahadori, M. 2014. Saffron (Crocus sativus L.), a monomorphic or polymorphic species?. Spanish Journal of Agricultural Research 12 (3): 753-762.‏

Ng, D. W.K., Shi, X., Nah, G., and Chen, Z.J. 2014. High-throughput RNA-Seq for allelic or Locus-specific expression analysis in Arabidopsis -related species, hybrids, and allotetraploids. In: Spillane, C., McKeown, P. C., Eds.), Plant Epigenetics and Epigenomics: Methods and Protocols, Vol. 1112. Springer New York. pp. 33-48.

Rubio-Moraga, A., Castillo-López, R., Gómez-Gómez, L., and Ahrazem, O. 2009. Saffron is a monomorphic species as revealed by RAPD, ISSR and microsatellite analyses. BMC Research Notes 2 (1): 1-5.

Samarghandian, S., and Borji, A., 2014. Anticarcinogenic effect of saffron (Crocus sativus L.) and its ingredients. Pharmacognosy Research 6 (2): 99-107.

Sik, L., Candan, F., Soya, S., Karamenderes, C., Kesercioglu, T., and Tanyyolc, B. 2008. Genetic variation among Crocus sativus L. species from western Turkey as revealed by RAPD and ISSR marker. Journal of Applied Biological Science 2 (2): 73-78.

Siracusa, L., Gresta, F., Avola, G., Albertini, E., Raggi, L., Marconi, G., Lombardo, G. M., and Ruberto, G. 2013. Agronomic, chemical and genetic variability of saffron (Crocus sativus L.) of different origin by LC-UV–vis-DAD and AFLP analyses. Genetic Resources and Crop Evolution 60 (2): 711-721.