بررسی تنوع ژنتیکی عدس ISSRدرارزیابی امکان استفاده - دانلود رایگان
دانلود رایگان بقولات از متنوعترین تیرههای گیاهی جدا گلبرگ بوده که بعد از تیره کاسنی و ثعلب در رده نهاندانگان قرار دارند
دانلود رایگان
بررسی تنوع ژنتیکی عدس ISSRدرارزیابی امکان استفاده ارنشانگرمولکولی
کلمات کلیدی: تنوع ژنتیکی، چندشکلی، عدس، نشانگر، ISSR فصل اول:مقدمه ١-١-اهمیت و ضرورت انجام تحقیق بقولات از متنوعترین تیرههای گیاهی جدا گلبرگ بوده که بعد از تیره کاسنی و ثعلب در رده نهاندانگان قرار دارند. این تیره مشتمل بر حدود ٧٥٠ جنس و ٢٠٠٠ گونه میباشد (هیکی و کینگ، ١٩٩٧)[1]. از ویژگیهای مشترک تیره بقولات میتوان به وجود تخمدان یک برچه و آزاد، که پس از رسیدن تشکیل میوهای بنام لگوم یا غلاف (نیام) را میدهد، اشاره کرد (مجنون حسینی، ١٣٨٧). حبوبات دانههای خوراکی هستند که به خانواده بقولات تعلق دارند (اسدیچالشتری و همکاران، ١٣٨٥). حبوبات بعد از غلات مهمترین منبع غذایی بشر به حساب میآید. پروتئین حبوبات در جوامع بشری به خصوص اقشار کم درآمد نقش مهمی در تغذیه ایفا میکند تا به آن حد که به گوشت فقرا معروف شده است (کوچکی و بنایان، ١٣٧٥). گیاهان خانواده لگومینوزه، در دوران کرتاسه پیدا شدهاند و به شرایط مرطوب آن زمان، که مشابه شرایط گرم و مرطوب امروزی است، سازگار شدند. بطور کلی اکثر گیاهان خانواده لگومینوزه به مناطق گرم سازگار شدهاند. ولی یکی از زیرخانوادههای آن، یعنی پروانهآساها، دارای انعطاف زیادی بوده و به مناطق معتدل و سرد معتدله سازگار شدهاند (کوچکی، ١٣٨٨). این گیاهان منبع مهم ویتامینهایی مانند ریبوفلاوین، ویتامین ب و کاروتن میباشند و از لحاظ اسیدهای آمینه ضروری مخصوصا لیزین که کمبود آن در غلات وجود دارد غنی هستند (سینگ و همکاران، ١٩٨٢)[2]. طبق مطالعات انجام شده ترکیب مناسبی از پروتئین حبوبات با غلات میتواند سوء تغذیه و کمبود اسیدهای آمینه را برطرف کند. در کشورهای در حال توسعه تقریبا یک چهارم نیاز پروتئینی توسط حبوبات تامین میشود و عدس با دارا بودن حدود ٢٨ درصد نقش مهمی را در تغذیه مردم ایفا میکند (پارسا و همکاران، ١٣٨٤). در میان گیاهان مناطق خشک و نیمه خشک، عدس از جمله گیاهانی است که غالبا در اراضی حاشیهای و در خاکهای نه چندان حاصلخیز کشت میشود. این گیاه همچنین قادر است که از طریق تثبیت نیتروژن موجب بهبود حاصلخیزی خاک شود (استاویر و همکاران، ٢٠٠٣)[3]. مهمترین قاره تولید کننده عدس آسیاست که ٦٨ درصد کل تولید جهان را در اختیار دارد (توکلی، ١٣٨٢). معمولا گونههای عدس را به دو گروه اصلی تقسیم میکنند (کوچکی و بنایان، ١٣٧٥) : ١-میکرواسپرما[4] : با بذرهای ریز گرد به قطر ٢ تا ٦ میلیمتر که رنگ پوسته بذر آن از زرد کمرنگ تا سیاه متغیر است. ٢-ماکرواسپرما[5] : در این گروه بذرهای بزرگتر و پهنتر هستند و رنگ پوسته بذر سبز کمرنگ است. این گروه از گیاهان دارای غلافها و برگچههای بزرگتری نسبت به گروه قبلی هستند. بطور کلی گیاهان میکرواسپرما قدیمیتر بوده و گیاهان ماکرواسپرما از میان آنها انتخاب شدهاند. عدس نسبت به سایر حبوبات دارای مدت پخت کوتاهتری است و راحتتر هضم میگردد (وب و هوتین، ١٣٧٦)[6]. عدس در رفع یبوست و اختلالات رودهای مفید است، همچنین در جلوگیری از سکته نیزموثر میباشد. مرهم خمیر عدس جهت التیام زخمهای باقی مانده از آبله در طب سنتی توصیه شده است (مجنون حسینی، ١٣٨٧). مقدار پروتئین عدس با باقلا برابر و از نخود بیشتر است. عدس سرشار از آهن است و همچون باقلا و نخود منبع خوبی برای تیامین و نیاسین بوده، اما از نظر ویتامین B و کاروتن نسبتا فقیر است (نامدار و همکاران، ١٣٧٤). اگرچه عدس اساسا در تغذیه انسان استفاده میشود ولی از آن در تغذیه حیوانات به ویژه ماکیان نیز استفاده میگردد. کاه و دیوارههای غلاف و بقایای ناشی از کوبیدن آن از ارزش تغذیهای زیادی برای دام برخوردارند (وب و هوتین، ١٣٧٦). عدس یکی از قدیمیترین گیاهان زراعی است که منشاء آن خاکهای حاصلخیز خاور نزدیک میباشد. قدمت این گیاه به شروع کشاورزی باز میگردد. در مقبره فراعنه مصر آثار خمیری محتوی عدس پخته بدست آمده است. نویسندگان یونانی در آثار خود به نام عدس اشاره داشتهاند و به نظر میرسد که این گیاه به عنوان هدیهای برای خدایان مورد استفاده قرار میگرفته است. رومیان نیز ارزش زیادی برای عدس قائل بودهاند بهطوری که آن را از مصر وارد میکردهاند (کوچکی و بنایان، ١٣٧٥). نام عدس در کتابهای مقدس دینی نظیر انجیل و قرآن ذکر شده است. در قرآن (سوره بقره) عدس یکی از محصولات زمینی بوده که یهودیان از موسی(ع) خواستند که از خداوند برایشان درخواست نماید (وب و هوتین، ١٣٧٦). یکی از قدیمیترین آثار گیاهان خوراکی بقایای عدس است که مربوط به ٧٥٠٠ تا ٨٥٠٠ سال قبل از میلاد مسیح میباشد (پارسا و باقری، ١٣٨٧). به نظر میرسد که عدس در منطقهای بین جنوبغربی ترکیه و ترکمنستان از نژادهای وحشی خود اهلی شده است و به سمت نیل، یونان، اروپای مرکزی و متعاقب آن به سمت دانوب گسترش یافته باشد. بر اساس نظریههای موجود عدس به دلیل نیازهای متفاوت اکولوژیکی موجود در گونههای وحشی، پراکنش متفاوتی داشته و به مناطقی با شرایط مدیترانهای و همچنین در نواحی کوهپایهای جنوبغربی آسیا سازگار شده است (کوچکی و بنایان، ١٣٧٥). اصلاح کنندگان نباتات که در جهت دستیابی به تنوع ژنتیکی موجود در کلکسیون ژرمپلاسم[7] فعالیت میکنند، نیاز به داشتن اطلاعاتی در مورد میزان تنوع دارند. عملیات اصلاحی در عدس در مقایسه با سایر محصولات مهم زراعی از قدمت کمتری برخوردار است و فعالیت نسبتا جدیدی است. بهبود در عدس عمدتا بر اساس معرفی مواد انتخاب شده برای سازگاری به نواحی خاصی بوده است. در نتیجه بیشتر ارقام مورد استفاده امروزی بر اثر انتخاب در جمعیتهای نامتجانس بدست آمده و از عملیات هیبریداسیون استفاده نشده است. پیشرفت با استفاده از این روش محدود به تنوع موجود در این تودهها و پیشرفتهای اصلاحی بعدی بستگی به هیبریداسیون و انتخاب خواهد داشت. کلکسیونهایی برای حفاظت از ژرمپلاسم عدس در آمریکا، هندوستان و سوریه ایجاد شده و از این نظر که تنوع ژنتیکی مورد نیاز برنامههای اصلاحی هیبریداسیون را فراهم میکند ارزشمند است. با استفاده از روشهای انتخاب تودهای[8] والدین خالص در داخل ژرمپلاسم یا نژادهای بومی میتوان به سهولت و سرعت به پیشرفتهای قابل توجهی دست یافت. این روشها میتوانند در کوتاه مدت نیاز به واریتههای[9] اصلاح شده و همچنین مواد ژنتیکی یکنواخت مورد نیاز در برنامههای هیبریداسیون[10] را فراهم کنند. انتخاب تودهای دو نوع گزینش را دربر میگیرد : ١-حذف تیپهای نامطلوب از یک مخلوط یا جمعیتهای متنوع و برداشت گیاهان باقیمانده به صورت مخلوط. ٢-شناسایی تیپهای برتر در جمعیت از طریق علامتگذاری و یا هر روش دیگر و برداشت آنها به صورت مخلوط، نتیجه نهایی این دو روش کاهش فراوانی ژنوتیپهای نامطلوب و افزایش فراوانی ژنوتیپهای مطلوب خواهد بود. انتخاب تودهای ممکن است در هر نوع از منبع ژنتیکی (مثل نژادهای بومی، جمعیتهای هیبرید) که دارای تغییرات ژنتیکی کافی باشد و موفقیت را تضمین کند انجام شود (وب و هوتین، ١٣٧٦). از آنجا که تنوع، اساس هر برنامه اصلاحی است، به طوری که موفقیت یک برنامه اصلاحی به طبیعت و یا حجم و تنوع موجود در مواد ژنتیکی بستگی دارد. وجود حداکثر تنوع، بزرگترین شانس برای نائل شدن به موفقیت در گزینش محسوب میشود (میشرا و همکاران، ٢٠٠٧)[11]. با توجه به این که ایران یکی از مراکز تنوع عدس در جهان بوده و حتی پراکندگی دو گونه وحشی آن (Lens cyanea و Lensorientalis) نیز گزارش شده است (آقایی و همکاران، ١٣٨٣)، انتظار میرود تنوع زیادی در میان تودههای بومی این محصول یافت شود.تنوع ژنتیکی بین و داخل جمعیتهای گونههای گیاهی، یکی از موارد اصلی مورد مطالعه بهنژادگران و متخصصان ژنتیک میباشد (هایوارد و بریز، ١٩٩٣)[12]. مور و کولینزدریافتند که توجه به ژرمپلاسم گیاهان در طول نگهداری آنها، جهت پیشبینی پتانسیل ژنتیکی و استفاده از آن در برنامههای اصلاحی ضرووری است (مور و کولینز، ١٩٩٣)[13].در استان خراسان شمالی عدس با سطح کشت ٢١٣١٢ هکتار که ٢٠٩٠٠ هکتار آن دیم میباشد و با مقدار تولید ٨٣٦٣ تن بیشترین تولید و سطح کشت در بین سایر حبوبات را به خود اختصاص داده است که این مطلب خود بیان کننده جایگاه ویژه این محصول در استان میباشد. با توجه به اهمیت گیاه عدس، انجام اقدامات اصلاحی در آن امری بسیار مهم میباشد. ١-٢-پرسش تحقیق آیا امکان بررسی تنوع ژنتیکی تودههای بومی عدس استان خراسان شمالی با استفاده از نشانگر مولکولی ISSR [14]وجود دارد؟ آیا در بین تودههای مورد بررسی تنوع ژنتیکی وجود دارد؟ 1-٣-اهداف تحقیق ارزیابی امکان استفاده از نشانگر مولکولی ISSR در بررسی تنوع ژنتیکی[15] عدس بررسی تنوع ژنتیکی تودههای عدس مورد بررسی با استفاده از نشانگر مولکولیISSR تعیین میزان فاصله ژنتیکی بین تودههای مورد بررسی و استفاده از اطلاعات به دست آمده در مراکز تحقیقاتی ١-٤-فرضیهها: تنوع ژنتیکی بین تودههای بومی عدس استان خراسان شمالی وجود دارد. برای تشخیص تنوع ژنتیکی عدس، میتوان از نشانگرهای مولکولی استفاده کرد. روشISSRروش مناسبی برای بررسی تنوع ژنتیکی است. ١-٥-هنر و دانش اصلاح نباتات هنر اصلاح نبات به مهارت اصلاح کننده در مشاهده و تشخیص خصوصیات اقتصادی، محیطی، تغذیهای یا ارثی وابسته است. قبل از اینکه اصلاح کنندگان، آگاهی و دانش کنونی را کسب نمایند، به طور عمده به مهارت و داوری خود در انتخاب گیاهان جدیدی که به طریق بذر یا رویشی تکثیر میشد تکیه داشتند. بنابراین انتخاب، قدیمی ترین شکل اصلاح نبات بود (اسلیپر و پولمن، ١٣٨٧)[16]. اگرچه، گیاهان زراعی در ابتدا به واسطه نتایج جستجوی غیرهدفمند انسان (برای منابع مناسب غذا) رو به تکامل نهادند اما امروزه این امر بیشتر از طریق برنامه های اصلاحی مدبرانه حاصل می شود. در حالیکه تغییرات در فعالیتهای زراعی و مکانیزاسیون کشاورزی، تاثیر چشمگیری بر بهرهوری زراعی داشته اند، بهبود عملکرد اغلب گیاهان به سبب بهبود ژنتیکی آنها بوده است. علیرغم پیشرفتهای حاصله، بهبود بیشتر عملکرد و کیفیت محصولات، به سبب رشد جمعیت، افزایش قیمت نهادههایی چون آب، کود و انرژی و ملاحظات مربوط به اثرات کودها و سموم شیمیایی بر زیستبوم و تغییر سریع سلایق مصرف کنندگان، مورد درخواست مستمر قرار دارد (دروسی و سالر،١٩٨٣؛بکمن و سولر، ١٩٩٤)[17]. با پیشرفت دانش ژنتیک و سایر علوم گیاهی وابسته، اصلاح نباتات به علم تبدیل گردید. اصلاح نباتات بر پایهی تشخیص ژن به عنوان واحد وراثت، روشهای تغییر و تحول ژنی و نقش رفتار ژنتیکی، که امکان برآورد دقیق نتایج حاصل از تغییر و تحول ژنی را میدهد بنیان نهاده شد. ژنها با آثارشان بر روی ظهور قابل مشاهدهی صفات گیاهی نظیر پاکوتاهی یا پا بلندی یا رنگ سفید یا صورتی گل شناسایی میشدند. از طریق دگرگردهافشانی مهار شده ترکیبات ژنی ویژهای از صفات مطلوب مختلف به داخل یک رقم گیاهی ادغام میگردید. اخیرا دانش ژنتیک مولکولی برای پیشرفت اصلاح نبات، به سطح بالاتری از تکنیک تجربی ارائه گردیده است. ژنتیک مولکولی در توصیف ساختار شیمیایی [18]DNA، مادهای که سازندهی ژن است، مشارکت دارد (اسلیپر وپولمن, ١٣٨٧). ١-٦-چرا گیاهان اصلاح میشوند؟ هدف اصلاح نبات تغییر وراثت گیاهی به روشهایی است که عملکرد گیاهی را بهبود بخشد. بهبود عملکرد گیاهی از راههای بسیاری مورد عمل قرار میگیرد. معمولا اهداف اصلی بهنژادی افزایش عملکرد و کیفیت است اگرچه محصول برداشتی دانه، علوفه، الیاف، میوه، غده، گل و یا سایر اندامهای گیاهی باشد، منشا اصلی غذای مردم جهان میباشند. عملکرد بالاتر محصولات گیاهی تاثیر مهمی در تامین غذای فراوان و سودمندتر شدن کشاورزی و کاهش هزینهی محصولات غذایی برای مصرف کننده بر عهده دارند. بهنژادی برای بهبود کیفیت در غذاهای گیاهی، موجب مغذیتر شدن محصول و افزایش سهولت در تهیه غذا یا کاهش حضور ترکیبات سمی میگردد. افزایش سلامت گیاه بر اثر بهنژادی، که منجر به مقاومت در برابر بیماری و آفت میشود، عملکرد و کیفیت محصول را در محیطی با عملیات زراعی مطلوب افزایش میدهد و مصرف سموم شیمیایی را کاهش میدهد (اسلیپر و پولمن, ١٣٨٧). ١-٧-تنوع ژنتیکی ١-٧-١-تنوع ژنتیکی و اهمیت مطالعه آن یکی از نیازهای اولیهی اصلاح گونههای گیاهی، آگاهی از میزان تنوع ذخایر توارثی و روابط ژنتیکی بین آنها میباشد. تنوع ژنتیکی به عنوان مهمترین عامل بقاء موجودات از جمله گیاهان در برابر تغییرات شرایط محیطی و آفات است (بهرا و همکاران، ٢٠٠٨)[19]. تنوع ژنتیکی اصولا از عوامل ارثی ناشی میشود و به نسل بعد یا نتاج هم انتقال پیدا میکند. در مقابل تنوع ژنتیکی، تنوع محیطی قرار دارد که از عوامل محیطی منشا میگیرند. تنوع ژنتیکی ممکن است ساده باشد و به راحتی در دانه و گیاه مانند رنگ گل یا دانه و وجود یا عدم وجود ریشک در غلات مشاهده شود و یا اینکه تنوع ژنتیکی میتواند پیچیده باشد و در صفات ارثی پیچیدهای مانند عملکرد و مقاومت به خشکی خود را بروز دهد. وجود تنوع ارثی برای بهنژادگر الزامی است و بدون آن اصلاح ژنتیکی دائمی امکان پذیر نیست (اسلیپر و پولمن، ١٣٨٧). به طور کلی، تنوع و انتخاب دو اصل اساسی هر برنامه بهنژادی است و انجام انتخاب منوط به وجود تنوع مطلوب از حیث صفت مورد بررسی میباشد طی هزاران سال، انتخاب طبیعی و شرایط اقلیمی باعث ایجاد تنوع ژنتیکی در منابع گیاهی شدهاند (سعیدی، ١٣٨٢). بنابراین تنوع ژنتیکی ابزار کار بهنژادگر است و برای بهرهگیری از آن میتوان یا از تنوع موجود در جمعیتها استفاده نمود و یا اگر برای صفت مورد نظر تنوع وجود نداشته باشد با انتخاب والدین مناسب و تلاقی آنها، تنوع مورد نظر را برای صفت مورد نظر در برنامه اصلاحی بدست آورد (محمدی، ١٣٨١). از عواملی که باعث ایجاد تنوع ژنتیکی میشوند میتوان، جهش، دورگگیری و وارد کردن ارقام را نام برد (قرنجیک، ١٣٨١). اصلاح نباتات و یا به گفته واویلوف، تکامل مصنوعی به دست بشر، همانند تکامل طبیعی، متکی به تنوع و انتخاب است (واویلوف، ١٩٥١)[20]. لذا تنوع ژنتیکی از نیازهای اساسی پیشرفت در اصلاح نباتات می باشد (رامانوجام و همکاران،١٩٧٤)[21]. ١-٧-٢-فرسایش ژنتیکی از بین رفتن منابع ژنتیکی یا ذخایر توارثی را فرسایش ژنتیکی گویند (فارسی و باقری، ١٣٨٣). امروزه ذخایر توارثی گیاهی مهمترین، پرارزشترین و حیاتیترین ذخایر منابع طبیعی بشر محسوب میگردند و ارزش مادی و معنوی آنها به هیچ عنوان با سایر ذخایر و منابع طبیعی قابل مقایسه نمیباشد (وجدانی، ١٣٧٢). در حدود سال ١٩٥٠ این نظریه قوت گرفت که منابع ژنتیکی طبیعی به سرعت در حال تخریب میباشند و یا به اصطلاح فرسایش ژنتیکی اتفاق میافتد. در حقیقت، فرسایش ژنتیکی در طول دهها سال بر اثر سرعت زیاد در تخریب منابع ژنتیکی تداوم یافته است و اگر با همان سرعت پیش میرفت تا سال ٢٠٠٠ مخازن ژرمپلاسم طبیعی همه نابود شده بودند (اسمل و همکاران،١٩٩٥)[22]. بنابراین گیاهان با تمام ارزشهای مادی که برای بشر دارند متاسفانه به دلیل سیستمهای دفاعی ضعیف خود تحت تاثیر عوامل فرساینده منابع ژنتیکی متعددی قرار گرفته و به سرعت به زوال و نابودی کشیده میشوند. از مهمترین عوامل فرساینده منابع ژنتیکی میتوان به سوانح طبیعی مانند سیل، آتشسوزی، چرای بی رویه حیوانات، بهرهبرداری بیرویه بشر از درختان جنگلی، توسعه شهرنشینی و صنعت، توسعه شبکه راههای مختلف و امکانات حمل و نقل، توسعه کشاورزی مدرن و جایگزینی ارقام اصلاح شده به جای ارقام بومی، اثرات سوء استفاده از نهادههای کشاورزی مثل سم و کود و بالاخره اثرات سوء استفاده از ماشینآلات سنگین بر روی بافت خاک و پوشش گیاهی اشاره نمود (وجدانی، ١٣٧٢). ١-٧-٣-حفاظت از ذخایر توارثی ایجاد ارقام برتر از نظر زراعی که به افزایش تولید گندم کمک کردهاند، بدون استفاده از تنوع ژنتیکی امکان پذیر نبوده است. آنچه مسلم است این میباشد که موفقیت آینده متخصصان اصلاح نباتات به حفظ ذخایر ژنتیکی امروز بستگی دارد تا بتوانند از آن در برنامههای آتی اصلاحی خود استفاده کنند. اصلاح نباتات در صورتی شانس موفقیت در برنامههای اصلاحی خود را دارد که امکان انتخاب مواد مناسب و تنوع وجود داشته باشد. از طرفی دیگر عوامل فرساینده ژنتیکی مختلفی باعث حذف و نابودی این ثروت خدادادی و پرارزش شدهاند، بنابراین سرمایهگذاری برای ایجادکلکسیونهای گیاهی و بانکهای ژن به منظور حفظ و نگاهداری دائمی ذخایر توارثی گیاهی ضروری است. هدف کلی بانکهای ژن حفظ و نگهداری دائمی ذخایر توارثی گیاهی و فراهم آوردن امکانات بهره برداری هر چه بیشتر و مفیدتر آنها و جمعآوری اطلاعات مربوط به بانکهای ژن برای استفاده اصلاح کنندگان نباتات در جهت پیشبرد اهداف تحقیقات کشاورزی میباشد و وظایف آنها را میتوان به صورت زیر خلاصه نمود: مطالعات و بررسیهای اولیه مشتمل بر تنوع ژنتیکی و پراکنش جغرافیایی گونهها جمع آوری نمونههای بذری و گیاهی از ارقام بومی و خویشاوندان وحشی گیاهان حفاظت و نگاهداری ذخایر توارثی گیاهی احیا و ارزیابی منابع ژنتیکی گیاهان جمعآوری شده ثبت کامپیوتری اطلاعات موجود (فضلآبادی، ١٣٨٤). ١-٧-٤-هتروزیس[23] یک فرد هتروزیگوت که از تلاقی دو والد نامشابه به دست میآید، هیبریدی است که معمولا رشد زیاد و هیکل قوی دارد. این رشد عالی تحت عنوان هتروزیس بیان می شود. بنابراین هتروزیس پدیدهای است که هیبرید دو والد نامشابه حداقل نسبت به میانگین والدین، جثه و بنیه بهتری نشان می دهد. هتروزیس پدیدهای است معمول در گونههای دگربارور، و در بعضی از گیاهان خود بارور هم گزارش شده است. کلمه هتروزیس یک کلمه یونانی است که از دو کلمه Heteros به معنی اختلاف و Osis به معنی حالت گرفته شده است. هتروزیس دقیقا عکس پدیدهی پسروی یا انحطاط ناشی از خویشآمیزی است که غالبا در گیاهان دگربارور مشاهده میشود (فارسی و باقری، ١٣٨٣). در زمان انتخاب روش اصلاحی سطح و میزان هتروزیس موجود برای یک صفت بایستی مد نظر قرار گیرد. هتروزیس ابتدا به صورت موفقیتآمیز در ذرت استفاده شد، اما اکنون در بسیاری از گیاهان دگربارور و خودبارور از پدیده هتروزیس و تولید بذر هیبرید استفاده میشود. در تهیه هیبریدهای برتر هرچه دو لاین والدینی از نظر ژنتیکی از هم دورتر باشند، میزان هتروزیس در F1بیشتر است، بنابراین میتوان لاینهای مورد بررسی را به گروههای نامشابه مورد اعتمادی تقسیم کرد و در نتیجه از تعداد تلاقیهایی که باید انجام و بررسی شوند به طور چشمگیری کاسته میشود (نبیپور و همکاران، ١٣٨٦). لزوم تعیین تنوع ژنتیکی در گیاه عدس از اهمیت ویژهای برخوردار است و استفاده از روشهای جدید ارزیابی ژنتیکی به منظور انتخاب والدین دورگ و تعیین میزان قرابت ضروری میباشد (غفاریپور و همکاران، ١٣٨٤). اصلاح نباتات، بعنوان فرآیند مورد استفاده در طی قرنها، به میزان زیادی به گزینش صفات مطلوب بستگی دارد. این گزینشها اغلب شامل چرخههای متعدد اصلاحی به منظور انتقال خصوصیات مطلوب زراعی و کیفی از والدین متفاوت به یک ژنوتیپ[24] منفرد می باشند. پیشرفتهای جدید در بیوتکنولوژی[25] منجربه توسعه ابزارهای بدیعی که نوید بخش اصلاح نباتات سریعتر و دقیقتر میباشند شده است. در این میان، مارکرهای مولکولی[26] نوید بخشترین ابزارها هستند. مارکرهای مولکولی قطعاتی از DNAگیاه هستند که اصلاحگران برای تشخیص حضور و یا عدم حضور آللهای[27] مورد علاقه در گیاهان مورد آزمایش بکار میبرند و بنابراین از آنها بعنوان ابزارهای گزینش بهره میبرند. گزینش گیاهان مطلوب برپایه مارکرهای متصله را در اصطلاح گزینش به کمک مارکر مینامند. با استفاده از مارکرهای مولکولی، اصلاحگران میتوانند روشهای گزینش بر پایه فنوتیپ[28] که شامل گیاهان در حال رشد تا گیاهان بالغ است را کوتاهتر ساخته و خصوصیات فیزیکی آنها را به منظور آگاهی از ساختار بنیادین ژنتیکی آنها مورد بررسی دقیق قرار دهند. (انوشیری و همکاران،٢٠٠٤)[29]. ١-٨-نشانگرهای مولکولی کاربرد نشانگرها در اصلاح نباتات به سالها پیش از میلاد، زمانی که بشر کار کشاورزی را شروع نمود، باز میگردد. در این فرایند، بشر با انتخاب گیاهان با صفات مورفولوژیکیبرتر برای کاشت سال بعد به صورت ناخودآگاه از نشانگرهای فنوتیپی و مورفولوژیکی استفاده می کردند. به این ترتیب گزینش گیاهان از همان ابتدا بر اساس نشانگرهای مورفولوژیکی[30] انجام شده است. با پیشرفت علم ژنتیک در قرن بیستم، فرایندهای اصلاحی به صورت هدفمندتر و در سطح مولکولی نیز شکل گرفت. مطالعات بیوشیمیایی و ژنتیکی بر روی گیاهان و ارگانیسمها سبب شد تا انواع جدیدی از نشانگرهای ژنتیکی کشف شوند که سهم بزرگی را در اصلاح گیاهان ایفا نمایند. از نظر تاریخی میتوان گفت بهبود عملکرد گیاهان با کمک روشهای ژنتیکی بسیار بیشتر از هر عامل دیگری موثر بوده است(باقری و همکاران، ١٣٨٦). بهطور کلی هر صفتی که بین افراد، متفاوت باشد، ناشی از تفاوت موجود بین ردیف DNAی کروموزومهای آنها است که به نتاج نیز منتقل میشود. حتی صفاتی که تحت تاثیر شرایط محیط نیز به صورت متفاوت بروز میکنند، بازتاب تفاوتهای موجود در ردیفهای DNAهستند. این تفاوتها میتوانند به عنوان نشانه یا نشانگر به کار گرفته شوند. این تفاوتها ممکن است به طرق مختلفی تظاهر یابند(نقوی و همکاران، ١٣٨٨). ١-٩-انواع نشانگرهای مولکولی با وجود اینکه بهرهمندی از علم ژنتیک و اصلاح نباتات بیشترین نقش را در افزایش محصول و تولید فراوردههای غذایی به عهده داشته است، به دلیل رشد روزافزون جمعیت، تلاش بیشتری برای چیرگی بر شرایط نامساعد محیطی، اعم از عوامل زیستی و غیرزیستی و افزایش کیفیت محصول لازم است. در سالهای اخیر پیشرفتهای تحسین برانگیزی که در زمینهی زیست شناسی مولکولی و بیوتکنولوژی صورت گرفته، ابزار قدرتمندی را برای پژوهشهای ژنتیک تفصیلی گیاهان عالی از جمله گیاهان زراعی فراهم کردهاند. شاید اساسیترین و مفیدترین این ابزار نشانگرهای DNAباشند که همان تفاوتهای قابل ثبت ردیفهای بازی DNA موجود بین دو یا چند نمونهاند. امروزه اطلاعات به دست آمده از نشانگرهای DNA کاربردهای بسیاری دارند، که عمدهترین آنها در پزشکی قانونی، طبقه بندی موجودات زنده و اصلاح نباتات است(نقوی و همکاران، ١٣٨٨). ١-٩-١-نشانگرهای مورفولوژیکی صفاتی که تحت تاثیر شرایط محیط به صورت متفاوت بروز میکنند، بازتاب تفاوتهای موجود در ردیفهای DNA هستند. این تفاوتها میتوانند به عنوان نشانه یا نشانگر به کار گرفته شوند. این تفاوتها ممکن است به طرق مختلفی تظاهر یابند. برخی از این تفاوتها در صفات قابل رویتی مانند رنگ گل، وجود یا عدم وجود ریشک در گلچهی غلات یا صاف یا چروک بودن سطح دانه نخودفرنگی در آزمایشهای مندل تجلی میکنند. این گونه نشانهها را نشانگرهای مورفولوژیک مینامند (نقوی و همکاران، ١٣٨٨). کاربرد نشانگرهای ژنتیک به دهها سال پیش از کشف DNAبه عنوان مادهی ژنتیک مربوط میشود. صفات مورفولوژی که عمدتا توسط یک ژن کنترل میشوند، به عنوان نشانگرهای ژنتیک مورد استفاده قرار میگیرند. این نشانگرها شامل دامنه وسیعی از ژنهای کنترل کنندهی صفات فنوتیپی هستند و جزء نخستین نشانگرها به شمار میآیند (نقوی و همکاران، ١٣٨٨). البته از صفات فنوتیپی در صورتی به عنوان یک نشانگر استفاده میشود که در محیطهای مختلف از تکرارپذیری بالایی برخوردار باشند (باقری و همکاران، ١٣٨٦). تا چند سال اخیر، نشانگرهای مورفولوژیکی برای ایجاد نقشههای ژنتیکی در گیاهان، صفات مورفولوژیکی از قبیل پا کوتاهی، شکل برگ و غیره مورد استفاده قرار میگرفتند. این گونه نشانگرها دارای معایب زیادی از جمله موارد ذیل هستند: نشانگرهای مورفولوژیکی اثرات بزرگی بر روی فنوتیپ ایجاد میکنند، که برای برنامههای اصلاحی نامطلوب هستند. نشانگرهای مورفولوژیکی، اثرات ژنهای کوچک اثر متصل را میپوشانند که این امر تشخیص لینکاژهای[31] مطلوب برای گزینش را تقریبا غیر ممکن مینماید. نشانگرهای مورفولوژیکی شدیدا تحت تاثیر محیط قرار میگیرند. مورفولوژی یا فنوتیپ نتیجه ساختار ژنتیکی و اثر متقابل آن با محیط است (فارسی و باقری، ١٣٨٣). این صفاتفراوانی و تنوع بسیار محدودی دارند، در حالی که نشانگر بایستی از تنوع بالایی برخوردار باشد. اغلب صفات مورفولوژی در مراحل انتهایی رشد بروز میکنند و باید برای ظهور آنها منتظر ماند که در مورد گیاهان چند ساله زمان بیشتری میبرد(باقری و همکاران، ١٣٨٦). ١-٩-٢-نشانگرهای بیوشیمیایی[32] از آنجایی که نشانگرهای مورفولوژیکی از معایبی برخوردارند که از ارزش آنها به عنوان یک نشانگر ژنتیکی میکاهد لذا محققان به این فکر افتادند که قدم را فراتر نهاده و تفاوتهای بیوشیمیایی بین افراد را در سطح مولکولهای آلی نظیر پروتئینها که ماحصل بیان ژنهای افراد هستند، جستجو نمایند. به همین دلیل توجه خود را به سمت پروتئینها و آنزیمهای تولیدی در موجودات معطوف داشتهاند (باقری و همکاران، ١٣٨٦). برخی از تفاوتهای موجود در ردیف DNAبین دو موجود ممکن است به صورت پروتئینهایی با اندازههای مختلف تجلی کنند که به روشهای مختلف بیوشیمیایی قابل ثبت، رویت و مطالعه میگردند. این قبیل نشانگرها را نشانگرهای مولکولی در سطح پروتئین مینامند که از آن جمله میتوان به آیزوزایمها اشاره کرد (نقوی و همکاران، ١٣٨٨). نشانگرهای بیوشیمیایی، پروتئینهایی هستند که در اثر بیان ژن تولید میشوند. این پروتئینها از طریق الکتروفورز و رنگآمیزی، قابل جداسازی و تشخیص میباشند. در سالهای اخیر آیزوزایمها به طور موفقیتآمیزی به عنوان نشانگرهای بیوشیمیایی در اصلاح گیاهان مورد استفاده قرار گرفتهاند. آیزوزایمها فرمهای مولکولی مختلف یک آنزیم با ماهیت پروتئینی هستند که واکنش یکسانی را کاتالیز میکنند. این مولکولها فراوردههای آللهای مختلف یک یا چند مکان ژنی میباشند و از طریق واکنش رنگی مرتبط با فعالیت آنزیمی آشکار میشوند (فارسی و باقری، ١٣٨٣). ١-٩-٣-نشانگرهای DNA کاربرد نشانگرهای آیزوزایمی[33] در اواخر دهه ٥٠ تا ٧٠ در بررسی تنوع ژنتیکی و تاکسونومی گیاهان سبب شد تا نقشههای ژنتیکی حاوی نشانگرهای مورفولوژیکی و آیزوزایمی برای برخی گونههای مهم زراعی در اواخر دهه ٧٠ بدست آید. ولی از آنجایی که نشانگرهای آیزوزایمی و مورفولوژیکی محدود هستند، بنابراین نقشههای تهیه شده تا آن زمان، نقشههای بسیار خلوتی بودهاند. لذا با توجه به این محدودیتها گرایش به سمت بررسی چند شکلی[34] در سطح DNAایجاد شد و روشهای مختلفی برای بررسی این چند شکلی در سطح DNA ابداع گردید. کشف آنزیمهای برشی در دهه ٧٠ و همچنین واکنش زنجیرهای پلیمراز(PCR)[35] در دهه٨٠از جمله موفقیتهای قابل توجهی بود که امکان بررسی تنوع و چند شکلی صفات موجودات را در سطح DNA فراهم نمود. ابداع این نوع نشانگرها، کمک زیادی در نقشهیابی ژنتیکی[36] در فواصل بسیار کم و شناسایی ژنهای صفات کمی و کیفی نمود. بررسی تنوع ژنتیکی و روابط خویشاوندی بین و درون جمعیتها، گونهها و افراد مختلف یکی از اهداف اصلی و اولیه بسیاری از تحقیقات زیستشناسی و گیاهشناسی است. در سه دهه اخیر از روشهای کلاسیک نظیر ریختشناسی، مورفولوژی و فیزیولوژی برای ارزیابی تنوع ژنتیکی استفاده شده است که با روشهای مولکولی کامل میشوند. عمده روشهای مولکولی برای چنین ارزیابیهایی استفاده از نشانگرهای مولکولی است. امروزه از چند شکلی DNA و پروتئین به عنوان یک نشانگر مولکولی در تحقیقات اکولوژی، ژنتیک و اصلاح گیاهان استفاده میشود. از جمله خصوصیاتی که باید یک نشانگر مولکولی داشته باشد تا بتوان از آن برای بررسیهای ژنتیکی استفاده نمود، عبارتند از: دارای چند شکلی نسبتا بالایی در جامعه باشد. دارای فراوانی بالایی در ژنوم[37] باشد. تا حد امکان در سراسر ژنوم پراکنده باشد. ارزیابی آنها آسان باشد. دارای تکرارپذیری بالایی باشد. هزینه پائینی برای توسعه و ارزیابی نشانگر نیاز باشد(باقری و همکاران، ١٣٨٦). برخی از تفاوتهای موجود در سطح DNA هیچ تظاهری ندارند: نه صفت خاصی را کنترل میکنند و نه در ردیف اسیدهای آمینه پروتئینها تاثیری بر جای میگذارند. این دسته از تفاوتها را میتوان با روشهای مختلف شناسایی، قابل دیدن و ردیابی کرد و به عنوان نشانگر مورد استفاده قرار داد. این نشانگرها که تعدادشان تقریبا نامحدود است، فقط از راه تجزیه و تحلیل مستقیم DNAقابل ثبت هستند و بنابراین به آنها نشانگرهای مولکولی در سطح DNA گفته میشود. نشانگرهای DNA گروه بزرگی از نشانگرها را تشکیل میدهند. این نشانگرها سیر تحول و تکامل خود را به پایان نرساندهاند و ابداع و معرفی روشهای متنوع و جدیدتر ثبت و مشاهدهی تفاوتهای ژنتیک بین موجودات از طریق مطالعهی مستقیم تفاوتهای موجود در بین ردیف DNAی آنها همچنان ادامه دارد (نقوی و همکاران، ١٣٨٨). یکی از کاربردهای مهم نشانگرهای DNA، گزینش به کمک نشانگر است که این جنبهی کاربردی نشانگرهای DNA، از اهمیت خاصی در برنامههای اصلاحی گیاهان برخوردار است. از آنجایی که در پروژههای اصلاح نباتات، هدف گزینش گیاهان مطلوب از نظر صفت مورد نظر است، بنابراین هر تکنیکی که به انتخاب زود هنگام آن صفت کمک نماید، میتواند دوره اصلاحی را کوتاهتر و کارآیی انتخاب را بالا ببرد. این پدیده خصوصا زمانی که نیاز به زمان طولانی برای بروز صفت باشد و یا اینکه گیاه دگرگشن بوده و صفت مورد نظر پس از تلاقی بروز یابد، موثر است (باقری و همکاران، ١٣٨٦). همچنین نشانگرهای مولکولی به واسطهی مستقل بودن از عوامل محیطی میتوانند جایگزین مناسبی برای ارزیابی تنوع در گیاهان باشند. ارزشمند بودن مارکرهای DNA در امر اصلاح نباتات، بخصوص در مطالعات تنوع ژنتیکی و نقشه یابی ژن اثبات شده است. سیستمهای معمول مارکریDNAمبتنی بر واکنش زنجیره ای پلیمراز (PCR) ، شامل DNA پلی مورف تکثیر یافته تصادفی (RAPD)[38]، پلی مورفیسم طولی قطعه تکثیر شده (AFLP) و اخیرا تکرارهای توالی ساده یا ریز ماهواره ها (SSRs)[39] می باشند(گوپتا و وارشنی،٢٠٠٠)[40]. روشهای بررسی تنوع ژنتیکی بر پایهی PCR از جمله نشانگرهای RAPD، AFLP، SSR و ISSR به دلیل سهولت، هزینه پائین، سرعت و عدم نیاز به کاوشگرهای رادیواکتیو امروزه به طور گستردهای در بررسی تنوع و فاصله ژنتیکی در بین ارقام مختلف گیاهی مورد استفاده قرار میگیرند (سیکارد وهمکاران، ٢٠٠٥)[41]. ١-١٠-انواع نشانگرهای مولکولی جدید ١-١٠-١-RFLP نشانگرهای مولکولی DNAعموما چند شکلی توالی DNA را بدون توالییابی بررسی و ارزیابی میکنند. اولین نسل نشانگرهای DNA بر مبنای هیبریداسیون کاوشگر با توالی خاصی از DNA شکل گرفتهاند. از جمله نشانگرهای مبتنی بر هیبریداسیون، میتوان به نشانگرهای RFLP که بر مبنای تنوع طولی قطعات حاصل از برش توسط آنزیمهای برشی شکل گرفتهاند اشاره نمود (باقری و همکاران، ١٣٨٦). پلی مرفیسمهای طولی قطعات برشی (RFLP)، با استفاده از آنزیمهای برشی، مولکولهای DNAژنومی را در توالیهای نوکلئوتیدی خاصی (محلهای برش) برش داده و بنابراین قطعات DNA با اندازههای مختلف را بوجود می آورند(بوتاشتین و همکاران،١٩٨٠)[42]. از معایب RFLP میتوان به موارد ذیل اشاره نمود: دشواری، پیچیدگی و وقتگیر بودن آن RFLPی ژنومهای بزرگ نیازمند کاربرد مواد پرتوزا یا روشهای پیچیدهتر و گرانتر بیوشیمیایی است. هزینه اولیه زیاد و هزینه نسبتا زیاد نگاهداری کاوشگرها و کاربرد آنها، RFLPرا گران کرده است. در گونههای بسیار نزدیک به همدیگر این نوع نشانگرها آللهای مشابهی را نشان میدهند (نقوی و همکاران، ١٣٨٨) دریافت فایل جهت کپی مطلب از ctrl+A استفاده نمایید نماید |