بررسی خصوصیات مولکولی جمعیت نوترکیب اینبرد برنج با استفاده از نشانگر رتروترانسپوزونی iPBS

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد اصلاح نباتات، گروه زراعت و اصلاح و نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

2 دانشیار، گروه زارعت و اصلاح و نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

3 استادیار، گروه زارعت و اصلاح و نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

4 استادیار پژوهشی، مؤسسه تحقیقات برنج کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، رشت، ایران

چکیده

در مطالعات ژنتیکی علاوه بر نشانگرهایمولکولی مبتنی برDNA می‌توان ازرتروترانسپوزون یا ژن‌های پرشی به‌عنوان نشانگر جهت ارزیابی ویژگی‌ها و خصوصیات تنوع ژنتیکی در گونه‌های گیاهی استفاده نمود. از آنجایی که رتروترانسپوزون‌ها قابلیت جابجایی در طول ژنوم را دارا هستند از این رو باعث ایجاد تغییر در ترکیب ژنوم می‌گردند. بدین ترتیب باعث افزایش بیان بعضی از ژن‌ها و یا خاموش شدن ژن‌های دیگر می‌گردند. از طرفی رتروترانسپوزون‌ها فعالیت رونوشت‌برداری ژن‌ها را در بافت‌ها و همچنین تنش‌های زیستی و غیرزیستی تحت تأثیر قرار می‌دهند. در این پژوهش جهت بررسی خصوصیات مولکولی و تمایز 130 لاین اینبرد برنج که حاصل تلاقی برنج ندا و هاشمی می‌باشند از نشاگر مولکولی رتروترانسپوزونی iPBS استفاده شد. 21 آغازگر استفاده شده 2990 باند را تولید کردند که 1449 باند چندشکل بودند. با توجه به تجزیه بسط چندشکلی آغازگرها، آغازگر R2020 در مجموع 443 باند چندشکل را نشان داد که با79/56 درصد بیشترین چندشکلی را در بین آغازگرها از خود نشان داد. هیچ آغازگری با باند تک شکل مشاهده نشد. لاین‌های 149، 151، 154، 146 و 148 همراه با والدین در یک کلاستر قرار گرفته و لاین‌های 67، 63 و 82 در کلاستر دوم با نزدیک ترین فاصله به کلاستر والدین قرار گرفتند که در مجموع این لاین‌ها از نظر حضور ژن‌های رتروترانسپوزونی دارای بیشترین شباهت ژنتیکی با والدین خود می‌باشند.نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که می‌توان از نشانگرمولکولی iPBS در ارزیابی خصوصیات مولکولی لاین‌های ژنتیکی در یک جمعیت اصلاحی و برنامه‌های به‌نژادی به‌ منظور ترسیم نقشه‌های ژنتیکی استفاده نمود.
در مطالعات ژنتیکی علاوه بر نشانگرهایمولکولی مبتنی برDNA می‌توان ازرتروترانسپوزون یا ژن‌های پرشی به‌عنوان نشانگر جهت ارزیابی ویژگی‌ها و خصوصیات تنوع ژنتیکی در گونه‌های گیاهی استفاده نمود. از آنجایی که رتروترانسپوزون‌ها قابلیت جابجایی در طول ژنوم را دارا هستند از این رو باعث ایجاد تغییر در ترکیب ژنوم می‌گردند. بدین ترتیب باعث افزایش بیان بعضی از ژن‌ها و یا خاموش شدن ژن‌های دیگر می‌گردند. از طرفی رتروترانسپوزون‌ها فعالیت رونوشت‌برداری ژن‌ها را در بافت‌ها و همچنین تنش‌های زیستی و غیرزیستی تحت تأثیر قرار می‌دهند. در این پژوهش جهت بررسی خصوصیات مولکولی و تمایز 130 لاین اینبرد برنج که حاصل تلاقی برنج ندا و هاشمی می‌باشند از نشاگر مولکولی رتروترانسپوزونی iPBS استفاده شد. 21 آغازگر استفاده شده 2990 باند را تولید کردند که 1449 باند چندشکل بودند. با توجه به تجزیه بسط چندشکلی آغازگرها، آغازگر R2020 در مجموع 443 باند چندشکل را نشان داد که با79/56 درصد بیشترین چندشکلی را در بین آغازگرها از خود نشان داد. هیچ آغازگری با باند تک شکل مشاهده نشد. لاین‌های 149، 151، 154، 146 و 148 همراه با والدین در یک کلاستر قرار گرفته و لاین‌های 67، 63 و 82 در کلاستر دوم با نزدیک ترین فاصله به کلاستر والدین قرار گرفتند که در مجموع این لاین‌ها از نظر حضور ژن‌های رتروترانسپوزونی دارای بیشترین شباهت ژنتیکی با والدین خود می‌باشند.نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که می‌توان از نشانگرمولکولی iPBS در ارزیابی خصوصیات مولکولی لاین‌های ژنتیکی در یک جمعیت اصلاحی و برنامه‌های به‌نژادی به‌ منظور ترسیم نقشه‌های ژنتیکی استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Molecular characterization of recomMolecular Characterization of Recombinant Inbred Line Population of Rice With Retrotransposon (Ipbs) MarkerRetrotransposon iPBS

نویسندگان [English]

  • S. Bakhtiari 1
  • D. Nabati Ahmadi 2
  • K. Sorkheh 3
  • M. Hosseni Chaleshtari 4
1 M.Sc. Student of Plant Breeding, Department of Agronomy & Plant Breeding, Faculty of Agriculture, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
2 Associate Professor, Department of Agronomy & Plant Breeding, Faculty of Agriculture, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
3 Assistant Professor, Department of Agronomy & Plant Breeding, Faculty of Agriculture, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
4 Assistant Professor of Rice Research Center, Agricultural Research Education, Rasht, Iran
چکیده [English]

Abstract
Background and Objectives
In genetic studies in addition to utilization of molecular markers based on genomic DNA, one can also use retrotranspostion or jumping genes as a marker to identify genetic characterization and diversity in the plant species. Since the retrotransposesons have transferable motive they tend to move along the genome. The movement is a key figure to induce alteration at the genomic structure. Thus, this reinforces the genome to boost the expression of some genes and/or silence the other genes.  Furthermore, retrotranspostions are able to affect the activity of genes transcription at the organelles and biotic and abiotic stresses.
Materials and Methods
In the present study, retrotranspostion iPBS marker was used to assess genetic characterization of 130 inbred lines of rice which were derived from hybridization of Neda and Hashmi rice cultivars. In this study, 4 primers were used which were able to produce 2990 bands and among them1449 were polymorphic.
Results
According to amplification of polymorphic primers analysis, R2020 primer showed totally 443 polymorphic bands and had 56.79% bands with the highest polymorphism among all the primers. None of primers showed any single polymorphic band.
Discussion
Cluster analysis classified inbred lines of rice into two groups. Parental lines along with 146, 148, 149, 151 and 154 lines were in one group and 67, 68 and 82 lines were fit into another group with close distance to the parental lines. In terms of the presence of retrotransposition genes these lines possess the most genetic similarity to the parental lines. The information which was revealed by the findings of the presented study indicated that iPBA markers can be assigned to trace the genetic mapping in order to assess the molecular genetics of the characteristics of the line within a  plant population in the breeding program.

Cluster analysis classified inbred lines of rice into two groups. Parental lines plus 146, 148, 149, 151 and 154 lines were in one group and 67, 68 and 82 lines were fit into another group which they had closed distance to the parental lines. In term of the presence of retrotransposition genes these lines possess the most genetic similarity to the parental lines
In genetic studies in addition to utilize molecular markers based on genomic DNA, one can also use retrotranspostion marker or jumping genes to identify genetic characterization and diversity in the plant species. In the present study retrotranspostion iPBS marker was used to assess genetic characterization of 130 inbred lines of rice which derived from hybridization of Neda and Hashmi rice cultivars. In this study 4 primers have used which were able to produce 2990 bands and among them1449 were polymorphisms. According to amplification of polymorphic primers analysis, R2020 primer showed totally 443 polymorphism bands and with having of 56.79% bands had the highest polymorphism bands among all the primers. None of primers have shown single polymorphic band. Cluster analysis classified inbred lines of rice into two groups. Parental lines plus 146, 148, 149, 151 and 154 lines were in one group and 67, 68 and 82 lines were fit into another group which they had closed distance to the parental lines. In term of the presence of retrotransposition genes these lines possess the most genetic similarity to the parental lines.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hashemi rice
  • iPBS
  • Neda rice
  • Retrotransposons
References
BaBaJanpur, A. A., Nematzadeh, Gh. A., Magedi, A., Ebrahimi A., Hajipur, A., Hashmi, S. H.R. and Alevi, S. M. )2011). Evaluation of genetic variation among some of rice cultivars via agronomic traits and RAPD markers. Bulletin Publication of Field Crops Breeding, 1(3), 38-49. [In Farsi]
Bahadori, A. and Alami, A. (2012). Application of SRAP molecular marker for assessment of Genetic diversity in some rice cultivars. Presented at the Conference 12th Agronomy and Plant Breeding Proceeding, Karaj.
Branco, C. J., Vieira, E. A., Malone, G., Kopp, M. M., Malone, E., Bernardes, A., Mistura, C. C., Carvalho, F. I. and Oliveira, C. A. (2007). IRAP and REMAP assessment of genetic similarity in rice. Journal of Applied Genetcs, 48(2), 107-113.
Grandbastien, M. A. (1998). Activation of plant retrotransposons under stress conditions. Trends in plant science, 3(5), 181-187.
Guo, D. L., Guo, M. X., Hou, X. G. and Zhang, G. H. (2014). Molecular diversity analysis of grape varieties based on iPBS markers. Biochemical Systematics and Ecology, 52, 27-32.
HossiniChaleshtry, M. and Sorkheh, K. (2014). Rice quality, Aspects of qualitative, molecular and genomic. Tehran: Cinatab Publishers. [In Farsi]
Iranjo, P. (2015). Assessment of relationship of interspecies and genetic variation of wild pastasio population using RAPS markers. M.Sc. Thesis, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz. [In Farsi]
Kalendar, R. and Schulman,A. H. (2006). IRAP and REMAP for retrotransposon-based genotyping and fingerprinting. Nauture Protocols, 1(5), 2478-2484.
Kalendar, R., Antonius, K., Smykal, P. and Schulman, A. H. (2010). iPBS: A universal method for DNA fingerprinting and retrotransposon isolation. Theoretical and Applied Genetics, 121(8), 1419-1430.
Naghvi, M., Gharehyazi, B. and Hossinisalekdeh, Gh. (2013). Molecular markers. Tehran: Tehran University Publishers. [In Farsi]
Nandakumar, N., Singh, A. K., Sharma, R. K., Mohapatra, T., Prabhu, K. V. and Zaman, F. U. (2004). Molecular fingerprinting of hybrids and assessment of genetic purity of hybrid seeds in rice using microsatellite markers. Euphytica, 136(3), 257-264.
Pearce, S. R., Stuart‐Rogers, C., Knox, M. R., Kumar, A., Ellis, T. H. and Flavell, A. J. (1999). Rapid isolation of plant Ty1‐copia group retrotransposon LTR sequences for molecular marker studies. The Plant Journal, 19(6), 711-717.
Qian, W., Ge, S. and Hong, D. Y. (2001). Genetic variation within and among populations of a wild rice Oryza granulata from China detected by RAPD and ISSR markers. Theoretical and Applied Genetics, 102(2-3), 440-449.
Smith, J. S. C. and Smith, O. S. (1992). Fingerprinting crop varieties. Advances in Agronomy, 47, 140-149.
Wicker, T., Sabot, F., Hua-Van, A., Bennetzen, J. L., Capy, P., Chalhoub, B. and Schulman, A. H. (2007). A unified classification system for eukaryotic transposable elements. Nature Reviews Genetics, 8(12), 973-982.
Yazedi Samadi, B. and Syed Tabatabaei, B. (2009). Foundation of classical and molecular of genetic of science. Tehran: Tehran University Publishers. [In Farsi]
Yıldiz, M., Kocak, M. and Baloch, F. S. (2015). Genetic bottlenecks in Turkish okra germplasm and utility of iPBSretrotransposon markers for genetic diversity assessment. Genetics and Molecular Research, 14(3), 10588-10602.