بررسی روابط و تنوع درون گونه‌‌ای‌ Hordeum vulgare L. (جو زراعی و خودرو) در ایران با استفاده از داده‌های سیتولوژی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری گروه زیست‌شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه اصفهان

2 استادیار گروه زیست‌شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه اصفهان

چکیده

جو زراعی و جو خودرو به عنوان دو زیرگونه از گونه Hordeum vulgare L.، جزو خزانه وراثتی اولیه برای جنس Hordeum در نظر گرفته شده‌اند. جو خودرو تاکسون اجدادی جو زراعی محسوب می‌شود که خود، محصول زراعی مهمی در سطح جهان است و از نظر اقتصادی مهم‌ترین محصول بعد از گندم به شمار می‌رود. مطالعات کاریوتیپی در 30 جمعیت متعلق به گونه H. vulgare به منظور تعیین روابط خویشاوندی و تنوع بین جمعیتی انجام گرفت. بر اساس پارامترهای ارزیابی شده، جمعیتی متعلق به جو خودرو (زیرگونه spontaneum) از غرب کشور متقارن‌ترین کاریوتیپ و جمعیتی دیگر متعلق به زیرگونه زراعی (vulgare) از شمال غرب کشور نامتقارن‌ترین کاریوتیپ را نشان داد. با توجه به اینکه کاریوتیپ‌های متقارن ابتدایی‌تر از کاریوتیپ‌های نامتفارن هستند، جمعیت‌های متعلق به جو خودرو از غرب کشور، با متقارن‌ترین کاریوتیپ نسبت به جمعیت‌های جو زراعی سایر مناطق ایران ابتدایی‌تر در نظر گرفته می‌شوند. بر اساس نتایج این مطالعه، ضریب تنوع‌پذیری طولی کروموزوم در زیرگونه spontaneum بیشتر از زیرگونه vulgare است. بنابراین، جمعیت‌های متعلق به زیرگونه spontaneum نسبت به زیرگونه vulgare از نظر تکاملی قدیمی‌تر و متنوع‌تر بوده که می‌تواند با سازگاری به شرایط متنوع محیطی مرتبط باشد. نتایج این بررسی پیشنهاد می‌کند که بررسی تقارن کاریوتیپی می‌تواند ابزار مفیدی برای تعیین روابط خویشاوندی و تنوع جمعیتی در جو محسوب شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Relationships and diversity of Hordeum vulgare L. (cultivated and wild barley) in Iran measured using cytological parameters

نویسندگان [English]

  • Azadeh Akhavan 1
  • Hojjatollah Saeidi 2
1 Department of Biology, Faculty of Science, University of Isfahan, Isfahan, Iran
2 Department of Biology, Faculty of Science, University of Isfahan, Isfahan, Iran
چکیده [English]

Barley (Hordeum vulgare L.) including cultivated (subsp. vulgare L.) and its wild relative (subsp. spontaneum C. Koch) is considered as the primary gene pool of Hordeum. Wild barley is the progenitor of cultivated barley which is a major crop in the world and economically is the most important species after bread wheat karyotypic studies were performed in 30 wild/cultivated populations of H. vulgare. To look for their relationships and diversity among populations. Based on the results of all the analyzed factors, the most symmetric karyotype was observed in one population belonging to subsp. spontaneum collected from the West and the most asymmetric one observed in a population belonging to subsp. vulgare from the Northwest region. Because the symmetric karyotypes are considered to be more primitive than asymmetric ones, the Western populations of wild barley with the most symmetric karyotype, can be considered as the oldest populations relating to the subsp. vulgare from other regions. Based on the results of this study the coefficient of variability of chromosome length in subsp. spontaneum was higher than that of the subsp. vulgare. Therefore, subsp. spontaneum is primitive and more diverse than subsp. vulgare that can be related to the adaptability of wild barley populations with the highly variable ecological conditions. The results of this study suggest that the karyotype symmetry analysis can be a useful tool to evaluate relationships and diversity of barley populations.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hordeum vulgare L
  • Iran
  • Wild barley
  • Cytology
  • Center of origin

مقدمه

Hordeum، جنسی تک‌نیا با گونه‌های یک‌ساله یا چندساله در طایفة Triticeae است (Blattner, 2004). از نظر سطح پلوئیدی، این جنس دارای 28 تاکسون دیپلوئید (14x=2n=2)، 16 تاکسون تتراپلوئید (28x=4n=2) و 8 تاکسون هگزاپلوئید (42x=6n=2)، با عدد پایه کروموزومی 7x= است. در موارد نادری به علت از دست دادن یا مضاعف شدن کروموزوم‌ها، گونه‌هایی با اعداد کروموزومی آنیوپلوئید نیز مشاهده شده‌اند. گونه‌های دیپلوئید شامل گونه‌های زراعی و خودرو، ولی گونه‌های تتراپلوئید و هگزاپلوئید همگی خودرو هستند(Bothmer et al., 1991; Shewry, 1992). در جنس Hordeum الگوی روابط خویشاوندی به سبب حضور چندین ژنوم پیچیده است. در سطح دیپلوئیدی چهار ژنوم اصلی X، Y، I و H وجود دارند. دو گونة H. vulgare و H. bulbosum در داشتن ژنوم I که در هیچ یک از گونه‌های دیگر جنس Hordeum وجود ندارد مشترک هستند (Bothmer et al., 1991).

در مورد منشأ و مبدأ جو اختلاف نظرهای زیادی وجود دارد. منشأ این گیاه کوه‌های زاگرس در غرب ایران، آناتولی جنوبی و فلسطین ذکر شده است (Shewry, 1992). با آگاهی از وابستگی و ارتباط گونه‌های جنس Hordeum و نیز بین این جنس و سایر جنس‌ها، اطلاعات مهمّی را بر پایة صفات مورفولوژی، عدد کروموزومی، آنالیز کاریوتیپ‌ها، قابلیت تلاقی گونه‌ها، رفتار کروموزومی در میوز و جفت شدن کروموزوم‌ها در دورگه‌های بین گونه‌ای می‌توان به دست آورد. برای جو زراعی یک مسیر واضح یا یک شجره‌نامه مشخص نمی‌توان ترسیم کرد. از سال 1950 میلادی با اطلاعاتی که از طریق تاکسونومی، سیتوتاکسونومی، باستان‌شناسی، تاریخ، اکولوژی، جغرافیا و ژنتیک به دست آمده است، تعدادی مسیرهای تکاملی برای گونه‌های خودرو و زراعی جو و همچنین در مورد منشأ گونه‌های زراعی از جو خودرو
H. spontaneum C. Koch ارائه شده است
(Nilan, 1964).

گونة Hordeum vulgare L. دارای دو زیرگونة‌ subsp. vulgare L. به عنوان جو زراعی و زیرگونة subsp. spontaneum C. Koch به عنوان جو خودرو است. در مورد وضعیت تاکسونومیک جو زراعی و جو خودرو اختلاف نظر وجود داشته است؛ به طوری‌که در بررسی‌های اولیه، به صورت گونه‌‌های مجزا در نظر گرفته شده‌اند (Bor, 1970; Tutin et al., 1980; Komarov, 1985). اما بر اساس آخرین بازنگری این گونه‌ها به عنوان دو زیرگونه از گونة H. vulgareمعرفی شدند (Bothmer, 1991)

جو زراعی(Hordeum vulgare subsp. vulgare L.) از نظر اقتصادی مهم‌ترین تاکسون در این جنس محسوب شده، در تمام مناطق معتدل دنیا کشت می‌شود. این گونه از نظر غذایی، مرتعی و دارویی مصارف گوناگونی دارد و به دلیل دارا بودن سیکل کوتاه زندگی و خصوصیات مورفولوژیک، فیزیولوژیک و ژنتیکی مناسب به عنوان سیستم مدل برای آزمایش‌های مختلف به کار می‌رود. این زیرگونه دارای دو واریتة دوردیفه (distichon) و شش ردیفه (hexastichon) است.

جو خودرو(Hordeum vulgare subsp. spontaneum C. Koch) به عنوان خزانة وراثتی و اجدادی جو زراعی محسوب می‌شود و به تدریج و ضمن جهش و اهلی شدن، جوِ زراعی را تولید کرده است. این زیرگونه در رویشگاه‌های اولیة خود در هلال حاصلخیزی از ترکیه تا جنوب غرب آسیا رشد می‌کند (Harlan and Zohary, 1966). همچنین، در رویشگاه‌های ثانویه مانند نواحی مدیترانه‌ای، زمین‌های متروک و کنار جاده نیز رویش دارد. هلال حاصلخیزی به عنوان مرکز پیدایش و تنوع‌یابی جو خودرو معرفی شده و منطقة متنوعی از نظر آب و هوا، ارتفاع و رویشگاه‌ است. سازگاری‌های مورفولوژیک، فیزیولوژیک و عملکردی زیرگونة spontaneum متناسب با زیستگاه‌های مختلف در مهاجرت و استقرار این تاکسون در رویشگاه‌های اولیه و ثانویه در محدودة وسیعی از محیط‌های متنوع مؤثر بوده است. تنوع زیادی که در این زیرگونه مشاهده می شود، بیشتر به خاطر وجود درصد بالایی از دگرگشنی (بیش از 10-12%) نسبت به زیرگونة زراعی (معمولاً کمتر از 1%) در این گونه است. جو خودرو دارای محور سنبلة شکننده و شامل 2 ردیف سنبلک است. سنبلک‌ها بلند و سیخک پوشینة اولیه (Lemma) خاردار است.

در میان گیاهان طایفة Triticeae، مطالعات زیادی در زمینه سیتولوژی گونه‌های مختلف جنس Hordeum انجام شده است (Vahidy et al., 1993). مطالعات کروموزومی توسط Kihara در سال 1924 در گونة
H. vulgare انجام گرفت. وی نشان داد که این گونه‌، دیپلوئید (14 =x2 = n2) و دارای عدد پایه کروموزومی 7 = x است (Darlington and Wylie, 1961). Sheidai و Rashid (2007) سطح دیپلوئید و عدد پایه کروموزومی 7 = x را تأیید کردند، اما برخی از محققان آن را گونه‌ای تتراپلوئید (28 =x4 = n2) دانسته‌اند. اغلب کروموزوم‌های مشاهده شده در آن مطالعه متاسانتریک و ساب متاسانتریک بودند. آن‌ها معتقد بودند که تفاوت در فرمول کاریوتیپی به علت تغییرات ساختاری کروموزوم اتفاق می‌افتد.

کلیة بررسی‌های کروموزومی انجام شده در زیرگونة spontaneum ، آن را دیپلوئید با عدد پایه کروموزومی 7 x= دانسته‌اند. Morrison (1959) با ارائة کاریوتیپ برای H. spontaneum و مقایسة آن‌ با
H. vulgare نشان داد که کاریوتیپ آن‌ها به طور آشکار و دقیقی با یکدیگر مشابه‌اند، اما Oinuma (1953) توانست تفاوت‌هایی را در ساختار کروموزوم‌ها بین این گونه‌ها با یک پیش تیمار متفاوت نشان دهد. این پیش تیمار دمای پایین در هنگام جوانه زدن بذر بود که با استفاده از این روش Mechelke (1955) و Schwantiz و Pirson (1955) نشان دادند که کروموزوم‌های گونة زراعی بزرگتر از کروموزوم‌های گونه‌های خودرو است (Nilan, 1964). کاریوتیپ این زیرگونه دارای چهار جفت کروموزوم متاسانتریک، یک جفت کرومورزوم ساب متاسانتریک و دو جفت کروموزوم ماهواره‌دار است (Linde-Laursen et al., 1992).

در ایران نیز مطالعات مختلفی برای تعیین عدد پایه کروموزومی این دو زیرگونه به ویژه جو زراعی انجام شده است که آن‌ها را دیپلوئید با 14 کروموزوم معرفی کرده‌اند (صاحبی، 1380 و یزدان‌ستا، 1381).

در حال حاضر، مطالعة ویژگی‌های سیتولوژیکی گیاهان زراعی یک ضرورت محسوب می‌شود و جو نیز به عنوان یک غلة مهم از این امر مستثنی نیست. هدف از انجام این پژوهش ،انجام مطالعات کروموزومی، تهیه کاریوتیپ و تجزیه و تحلیل ژنوم جمعیت‌های مورد مطالعه و مقایسه و تفکیک آن‌ها بر اساس اطلاعات کاریوتیپی و کروموزومی است.

 

مواد و روش‌ها

مطالعة عدد کروموزومی بر پایة مشاهدة میتوز سلول‌های مریستمی انتهای ریشه که دارای قدرت تقسیم سریع و اندیس میتوزی بالا هستند، صورت گرفت. بدین منظور، در مجموع 30 جمعیت از تاکسون‌های متعلق به گونة H. vulgareبررسی گردیدند. این جمعیت‌ها از بین کلیة جمعیت‌های جمع‌آوری شده به عنوان شاخص، به گونه‌ای انتخاب شدند که در برگیرندة تمامی نواحی پراکش این گونه‌ها بودند. بنابراین، از هر جمعیت،10 بذر به صورت تصادفی انتخاب شد. بذرها را به مدت 24 ساعت روی کاغذ صافی مرطوب در ظرف پتری قرار داده، به منظور جذب آب در دمای اتاق (25 درجه سانتی‌گراد) و تاریکی قرار داده شدند. در این شرایط اکثر بذرها طی 2-3 روز جوانه زدند. سپس بذرهایی با طول ریشه 5/1- 2 سانتی‌متر انتخاب و در ساعت مناسب، ریشه‌ها از بذرها جدا گردید. مطالعه کروموزوم‌ها به روش له کردن مریستم انتهای ریشه (Squash Method) انجام گرفت. بدین منظور ریشه‌ها به مدت 6-4 ساعت در محلول آلفا برمونفتالین قرار داده شدند. برای حفظ شکل سلول‌ها ﻭ ﻣﺤﺘﻮﻳﺎﺕ ﺁﻧﻬﺎ ﻭ ﺟﻠﻮﮔﻴﺮﻱ ﺍﺯ ﺗﻐﻴﻴﺮﺍﺕ ﺍﺣﺘﻤﺎﻟﻲ ﺍﺯ ﻣﻮﺍﺩ ﺗﺜﺒﻴﺖﻛﻨﻨﺪﻩ، استفاده ﻣﻲﺷــﻮﺩ. از جمله محلول‌های تثبیت‌کننده محلول Levitskey بوده که حاوی کرومیک اسید 1% و فرمالدهید 10% به نسبت مساوی است(Sharma and Sharma, 1999). ریشه‌های خارج شده از آلفابرمونفتالین‌، پس از شستشو با آب مقطر، به مدت 24-36 ساعت در این محلول در یخچال قرار داده شد.

بعد از خروج ریشه‌ها از محلول تثبیت‌کننده، به مدت 3 ساعت ریشه‌ها با آب جاری شستشو داده شد و بعد از خشک کردن با کاغذ صافی، برای نگهداری ریشه‌ها به ﻣﺪﺕ طولانی، از ﺍﻟﻜﻞ ﺍﺗﻴﻠﻴﻚ ۷۰ ﺩﺭﺻﺪ استفاده شد. ﺑﺮﺍﻱ ﺗﻬﻴﻪ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻣﻴﻜﺮﻭﺳﻜﻮﭘﻲ ﻻﺯﻡ ﺍﺳﺖ ﺑﺎﻓﺖﻫﺎﻱ ﻣﺬﻛﻮﺭ ﺑﺮﺍﻱ ﺍﺳﻜﻮﺍﺵ ﺁﻣﺎﺩﻩ شوند و ﻧﻤﻚﻫﺎﻱ ﭘﻜﺘﻴﻜﻲ ﺩﻳﻮﺍﺭﻩ ﺳﻠﻮﻟﻲ ﺣﻞ ﺷﺪﻩ، ﺗﺎ ﺍمکان ﺩﺳﺘﻴﺎﺑﻲ ﺑﻪ ﺳــﻠﻮﻝﻫﺎﻱ ﻣﻨﻔﺮﺩ ﻭ ﭘﺮﺍﻛﻨﺪﻩ ﺍﺯ ﺗﻮﺩﻩ ﺳﻠﻮﻟﻲ ﻓﺮﺍﻫﻢ ﮔﺮﺩﺩ. بدین منظور، ریشه‌ها جهت هیدرولیز، به مدت 10 دقیقه در دمای 60 درجه سانتی‌گراد در محلول NaoH 1 نرمال، در حمام آب گرم قرار داده شد. مطالعة شکل و ساختمان کروموزوم‌ها از طریق مشاهدة میکروسکوپی و با استفاده ار محلول‌ها و روش‌های خاص رنگ‌آمیزی امکان‌پذیر است. برای رنگ‌آمیزی، ریشه‌ها به مدت 24 ساعت در دمای 30 درجه سانتی‌گراد در حمام آب گرم، در محلول هماتوکسیلین قرار گرفتند. برای مطالعه شکل و ساختار کروموزوم‎‌ها از روش له کردن آنزیمی استفاده شد. ابتدا ریشه‌ها 2 بار و هر بار به مدت 10 دقیقه در محلول بافر آنزیم قرار داده شد و سپس به مدت 30-40 دقیقه در آنزیم سلولاز- پکتیناز در دمای 37 درجه قرار داده شد.

برای تهیه اسلایدهای کروموزومی، قسمت بالای کلاهک ریشه‌ها (سلول‌های مریستمی) جدا گردید و برای ﻧﺮﻡ ﻛﺮﺩﻥ ﺑﻴﺸﺘﺮ ﺑﺎﻓﺖ ﻭ ﻧﻔﻮﺫ ﺑﻬﺘﺮ ﺭﻧﮓ، ﻳﻚ ﻗﻄﺮﻩ ﺍﺳﺘﻴﻚ ﺍﺳﻴﺪ 45% ﻧﻴﺰ ﺭﻭﻱ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﺭﻳﺨﺘﻪ شد ﻭ ﺳﭙﺲ ﺑﺎ ﻛﺎﻏﺬ ﺻﺎﻓﻲ ﺧﺸﻚ ﮔﺮﺩید. ﻣﺰﻳﺖ ﺩﻳﮕﺮ ﺍﻳﻦ ﻋﻤﻞ ﺁﻥ ﺍﺳﺖ ﻛﻪ ﺭﻧﮓﻫﺎﻱ ﺍﺿﺎﻓﻲ ﺍﺯ ﺳﻄﺢ ﺳﻴﺘﻮﭘﻼﺳﻢ سلول ﭘﺎﻙ ﺷﺪﻩ، ﺳﻴﺘﻮﭘﻼﺳﻢ ﺷﻔﺎﻑ ﻭ ﺑﻲﺭﻧﮓ ﺑﻪ ﻧﻈﺮ ﻣﻲﺭﺳﺪ. در این مرحله سلول‌های مریستمی با سوزن از هم جدا شد. سپس بر روی سلول‌های جدا شده، لامل گذاشته شد و با فشار ملایم انگشت شست، سلول‌ها له شد. سپس به منظور بررسی کروموزوم‌ها، سلول‌های مریستمی در زیر میکروسکوپ مطالعه شدند (Agayev, 2003).

در این مطالعه، برای بررسی شکل و ساختار کروموزوم‌ها و تهیه کاریوتیپ، اسلایدهای کروموزومی تهیه شده  در مرحله متافازی تقسیم میتوز با استفاده از عدسی‌های 10، 20 و 40 بررسی و بهترین سلول متافازی انتخاب شد. سپس با عدسی 100 میکروسکوپ Olympus BX40 عکس‌برداری شدند.

شناسایی کروموزم‌ها در جو با اندازه‌گیری طول آن‌ها، نسبت بازوها و فرورفتگی‌های ثانویه انجام شده است (Noda and Kasha, 1978). در جمعیت‌هایی که مورد مطالعه سیتولوژی قرار گرفتند، طول کل کروموزوم، طول بازوی کوتاه، طول بازوی بلند و نسبت طول بازوی بلند به بازوی کوتاه اندازه‌گیری شد. به منظور دسته‌بندی کروموزوم‌ها و تعیین محل سانترومر کروموزوم‌ها از طرح Levan و همکاران (1965) استفاده گردید. همچنین به منظور مقایسة جمعیت‌ها میانگین طول بازوهای بلند و کوتاه، میانگین طول کروموزوم‌ها، عدد دیپلوئید، فرمول کاریوتیپی، شاخص TF%، AsI%، A1، A2 و ضریب تنوع‌پذیری طولی کروموزوم (CV) نیز به منظور مقایسة تقارن کاریوتیپ جمعیت‌ها در هر زیرگونه محاسبه شد (جدول‌های 1و 2).

 

مشاهدات

در این مطالعه 30 جمعیت‌ مختلف گونة
vulgare H. منتخب از سراسر نواحی پراکنش این گونه در ایران  بررسی شدند و نتایج نشان‌دهندة این مطلب است که کلیة جمعیت‌های مطالعه شده دارای سطح دیپلوئید، عدد پایة کروموزومی 7x= و عدد کروموزومی 14= x2= n2 هستند که نتایج مطالعات اولیه در مورد این گونه را تأیید می‌کند، در حالی‌که با سایر نتایج که H. vulgare subsp. vulgare را تتراپلوئید معرفی کرده‌اند مغایرت دارد. از نظر ریخت‌شناسی، طول بازوها، وجود یا عدم ماهواره و فرمول کاریوتیپ در جمعیت‌ها تا حدودی تنوع مشاهده شد، ولی عدد کروموزومی در جمعیت‌های مختلف ثابت است.

در جمعیت‌های مطالعه شده از گونة H. vulgare، کروموزوم‌ تلوسانتریک و ساب‌تلوسانتریک مشاهده نشد. در خصوص فرمول کاریوتیپی، نتایج این تحقیق نشان داد که تقریباً در اکثر جمعیت‌ها 2 جفت کروموزوم ماهواره‌دار وجود دارد. همچنین، در جمعیت‌های شمارة S40W و S81W مربوط به زیرگونة spontaneum کروموزوم ماهواره‌دار مشاهده نگردید و کاریوتیپ این دو جمعیت‌ به صورت 7 جفت کروموزوم متاسانتریک مشاهده شد.

در این گونه، در ارتباط با طول کل کروموزوم‌ها (طول ژنوم) و میانگین طول کل کروموزوم‌ها تنوع مشاهده گردید. اختلاف موجود در طول کروموزوم‌ها تا حدودی نشان‌دهندة تغییرات ساختاری کروموزوم‌هاست. چنین تفاوتی ممکن است تنها با مبادلهء‌ یک قطعه صورت بگیرد.

بزرگ‌ترین کروموزوم، حداکثر طول ژنوم (72/158)، حداکثر میانگین طول کل کروموزوم‌ها (33/11) و حداکثر میانگین بازوی بلند (64/6) در جمعیت شمارة S93SW و کوچک‌ترین کروموزوم، حداقل طول کل کروموزوم‌ها (22/104)، حداقل میانگین طول کل کروموزوم‌ها (44/7)، حداقل میانگین بازوی کوتاه (01/3) و حداقل میانگین بازوی بلند (31/4) در جمعیت شمارة S33N، مشاهده شد. میانگین نسبت بازوی بلند به بازوی کوتاه در جمعیت شمارة D215NW، حداکثر (66/1) و در جمعیت S203W حداقل (21/1) بود (جدول 1).

مقایسة کاریوتیپ جمعیت‌های یک گونه از طریق مقایسة تقارن آنها انجام می‌گیرد. لذا در این مطالعه TF%  به عنوان شاخص تقارن محاسبه گردید. حداکثر TF% با اندازه‌ 45% در جمعیت شمارة S40W و حداقل میزانTF% ، 36% در جمعیت شمارة D215NW مشاهده شد (جدول 1). بنابراین، جمعیت متعلق به غرب کشور از زیرگونة spontaneum با فرمول کاریوتیپی 7m و بدون حضور ماهواره، متقارن‌ترین کاریوتیپ (تعداد کروموزوم‌هایی با سانترومر میانی در این جمعیت بیشتر از سایر جمعیت‌هاست) و جمعیت جمع‌آوری شده از شمال غرب کشور متعلق به زیرگونة vulgare با فرمول کاریوتیپی 4m+1sm نامتقارن‌ترین کاریوتیپ را در بین جمعیت‌های مطالعه شده نشان می‌دهد.

با توجه به نتایج به دست آمده برای ضریب A1، زیرگونة vulgare واریتة hexastichon دارای نامتقارن‌ترین کاریوتیپ بوده، زیرگونة spontaneum بیشترین تقارن را نشان می‌دهد (جدول 2). بنابراین، این نظریه که جو خودرو به عنوان اجداد جو زراعی در نظر گرفته شده، تأیید می‌شود. ضریب A2 نشان‌دهندة تنوع و نامتقارن بودن بین جمعیت‌های هر تاکسون است. طبق نتایج حاصل، زیرگونة spontaneum تنوع بیشتری بین جمعیت‌ها نشان می‌دهد که در نتیجة خودرو بودن و دگرگشنی این گونه نسبت به جو زراعی است.

پهنة میتوزی و کاریوتیپ مربوط به جمعیت‌های زیر گونة spontaneum در شکل 1 و جمعیت‌های متعلق به زیر گونة vulgare در شکل‌های 2 و3 نشان داده شده است.

 

 

جدول 1- تحلیل کاریوتیپ جمعیت های مختلف گونة H. vulgare

جمعیت

2n

TCL

MCL

TF%

R

AsI%

فرمول کاریوتیپی

محل جمع‌آوری

H. vulgare subsp. spontaneum

S3W

14

16/137

8/9

42%

28/1

14/54

5m

دره‌شهر ایلام

S9W

14

16/138

86/9

43%

23/1

82/52

5m

پل دختر به خرم‌آباد

S13W

14

72/155

12/11

40%

44/1

11/56

1M+4m

پل دختر به خرم‌آباد، معمولان

S33N

14

22/104

44/7

40%

46/1

99/57

4m+1sm

قزوین به رشت

S40W

14

58/113

11/8

45%

22/1

08/55

7m

خرم‌آباد به بروجرد

S74SW

14

42/152

88/10

38%

57/1

24/58

3m+2sm

تخت جمشید

S81W

14

44/152

03/8

44%

28/1

85/55

2M+5m

نورآباد ممسنی

S83SW

14

5/128

17/9

39%

49/1

22/57

4m+1sm

یاسوج

S93SW

14

72/158

33/11

38%

6/1

6/58

3m+2sm

بروجن به لردگان

S201W

14

08/119

10/8

41%

41/1

5/55

5m

65 کیلومتری دره‌شهر به ایلام

S203W

14

42/139

95/9

44%

21/1

34/52

1M+4m

ایلام به اسلام‌آباد

S208W

14

22/134

58/9

43%

22/1

16/53

1M+4m

km55 به سنندج

S210W

14

58/124

89/8

44%

24/1

84/53

5m

سندج به مریوان

S211W

14

1/130

29/9

41%

36/1

6/54

1M+4m

km65 به مریوان

S212W

14

02/119

50/8

40%

37/1

51/54

5m

سندج به مریوان، سروآباد

S72SW

14

08/149

64/10

43%

23/1

72/52

1M+4m

اقلید به مرودشت

S206W

14

56/127

12/9

39%

49/1

99/56

5m

کرمانشاه به سنندج

H. vulgare subsp. vulgare var. distichon

D110W

14

82/145

41/10

40%

4/1

95/55

5m

پل دختر

D10W

14

3/130

3/9

42%

24/1

75/55

2M+3m

خرم‌آباد به پل دختر

D71SW

14

84/143

27/10

41%

36/1

46/55

1M+4m

اقلید به مرودشت

D79SW

14

58/113

11/8

40%

43/1

7/56

5m

دشت ارژن به کازرون

D88SW

14

66/126

04/9

40%

45/1

77/57

5m

یاسوج به سمیرم

D89SW

14

7/124

9/8

38%

59/1

1/59

5m

یاسوج به سمیرم، پل میمند

D204W

14

128

14/9

38%

6/1

57/58

3m+2sm

ایلام به اسلام‌آباد غرب

D215NW

14

9/119

56/8

36%

66/1

28/59

4m+1sm

سقز

H. vulgare subsp. vulgare var. hexastichon

H12W

14

76/150

76/10

39%

47/1

54/56

4m+1sm

پل دختر

H65SW

14

06/133

5/9

40%

43/1

75/56

5m

سمیرم

H108NE

14

32/158

3/11

39%

54/1

05/59

5m

بجنورد

H6443

14

06/139

97/9

41%

37/1

01/56

1M+4m

بوشهر

H6446

14

08/131

36/9

38%

52/1

37/58

5m

بوشهر

 


جدول 2- مقایسة میانگین ضریب تنوع‌پذیری و شاخص‌‌های تقارن در تاکسون‌های متعلق به H. vulgare

A2

A1

میانگین AsI%

میانگین

TF%

ضریب تنوع پذیری

طولی کروموزوم

(CV)

میانگین طول کل کروموزوم در جمعیت‌ها

سطح پلوئیدی

نام تاکسون

11/0

25/0

27/55%

41%

11%

43/9

2n

H. vulgare subsp. spontaneum

08/0

29/0

32/57%

39%

8%

22/9

2n

H. vulgare subsp. vulgare var. distichon

03/0

31/0

34/57%

39%

5/3%

18/10

2n

H. vulgare subsp. vulgare var. hexastichon

 

 

 

شکل 1- پهنه میتوزی وکاریوتیپ جمعیت‌ 206 زیرگونة vulgare subsp. spontaneum H.

 

 

 

شکل 2- پهنه میتوزی و کاریوتیپ جمعیت‌های‌ 71 زیرگونة vulgare subsp. vulgare var. distichon  H.

 

 

شکل 3- پهنه میتوزی و کاریوتیپ جمعیت‌‌ 12 گونة vulgare subsp. vulgare var. hexastichon  H.

 


بحث و نتیجه‌گیری

مشاهدات حاصل از بررسی سیتولوژی جمعیت‌های گونة H. vulgareدر ایران، نشان‌دهندة وجود سطح دیپلوئیدی در این گونه و عدد پایه کروموزومی 7x= است و کروموزوم‌های این گونه از نظر اندازه تقریباً متوسط هستند.

عدم حضور کروموزوم‌های تلوسانتریک و ساب تلوسانتریک نشان می‌دهد تغییرات ساختاری کروموزوم‌ها، مانند حذف و وارونگی، در این گونه‌ به ندرت اتفاق می‌افتد. این گونه دارای کاریوتیپی متقارن است و کروموزوم‌ها از نوع متاسانتریک و ساب‌متاسانتریک هستند و گرایشی به سوی نامتقارن بودن از طریق واژگونی‌های پری‌سانتریک و جابه‌جایی نابرابر قسمت‌هایی از بازوهای کروموزومی ندارد. اگرچه انتظار می‌رود که عکس این گرایش با جوش خوردن کروموزوم‌های ساب‌تلوسانتریک و تلوسانتریک و ایجاد کروموزوم‌های متاسانتریک در این گونه صورت گرفته باشد.

از آن‌جا که وجود ماهواره‌ها وابسته به فعالیت مناطق هستک‌ساز است و تفاوت‌های موجود در تعداد و موقعیت آنها بیانگر تفاوت‌های موجود در محل و اندازة این مناطق است (Stebbines, 1971)، عدم مشاهده ماهواره در برخی از جمعیت‌های این گونه ممکن است به این علت باشد. همچنین، ممکن است عدم مشاهدة این ماهواره‌ها، به دلیل محدودیت‌های روش به کار برده شده برای بررسی کروموزومی باشد و یا احتمال می‌رود، به دلیل مطالعة کروموزوم‌ها در مرحلة متافازی تقسیم میتوز، کروموزوم‌ها به قدری فشرده شده باشند که امکان مشاهدة ماهواره‌ها میسر نباشد. همچنین، وجود اختلافات گسترده در طول کروموزوم‌ها می‌تواند ناشی از اعمال پیش تیمارهای متفاوت و انتخاب نمونه‌ها در مراحل مختلف تقسیم و در نتیجه تفاوت در کوتاه شدن طول کروموزوم‌ها ‌باشد. Sheidai و همکاران در سال 2007 نشان دادند که تغییرات قابل توجه در اندازه کروموزوم‌ها و محتوای DNA آن‌ها با تنوع‌یابی گونه‌ای در جنس Hordeum مرتبط است. بنابراین، تفاوت‌های مشاهده شده در طول کل کروموزوم‌ها به علت تنوع‌یابی در زیرگونه‌ها و نیز بین حمعیت‌های متعلق به مناطق مختلف کشور است. ضریب تنوع‌پذیری بازوی بلند بیشتر از بازوی کوتاه است و بنابراین، تغییرات طول کلی کروموزوم‌ها عمدتاً ناشی از تغییرات بازوی بلند است.

کاریوتیپ‌های متقارن،کروموزوم‌های بلندتر نسبت به کروموزوم‌های کوتاه‌تر و دارای سانترومر میانی با بازوی مساوی، کروموزوم‌های ابتدایی‌تر در نظر گرفته می‌شوند (Sharma, 1990). بنابراین، با توجه به اینکه جوخودرو به عنوان اجداد جو زراعی معرفی شده است، جمعیت متعلق به زیرگونة spontaneum از غرب کشور، ابتدایی‌تر و اجدادی در نظر گرفته شده، جمعیت متعلق به زیرگونة vulgare از شمال غرب ایران، جمعیتی جوان محسوب می‌گردد. علاوه بر این، از آن‌جایی‌ که مرکز پیدایش و تنوع‌یابی جو خودرو غرب و جنوب غرب ایران گزارش شده است، بنابراین، جمعیت‌های متعلق به این مناطق ابتدایی‌تر و جمعیت‌های متعلق به مناطق شمالی کشور جوان‌تر هستند. با گسترش جمعیت‌ها به سمت شمال و دور شدن از مرکز پیدایش، میزان تقارن کاریوتیپ در جمعیت‌های متعلق به این گونه کاهش یافته ،از طول کروموزوم‌ها کاسته می‌شود.

با توجه به اینکه ضریب تنوع پذیری طولی کروموزوم در زیرگونة‌ vulgare کمتر از زیرگونة spontaneum است می‌توان نتیجه گرفت که کروموزوم‌ها در جمعیت‌های متعلق به زیرگونة vulgare از نظر طول، یکنواختی بیشتری نسبت به زیرگونهء دیگر نشان می‌دهند. با توجه به اینکه جو خودرو، گونة اجدادی جو زراعی محسوب می‌شود، می‌توان نتیجه گرفت که زیرگونة vulgare از نظر تکاملی نسبت بهspontaneum، جوان‌تر بوده و تنوعات ژنتیکی در آن کمتر صورت گرفته است. علاوه بر این، تنوع بین فاکتورهای اندازه‌گیری شده در این مطالعه در بین جمعیت‌های متعلق به زیرگونة spontaneum بسیار بیشتر از زیرگونة vulgare محاسبه شد که نشان‌دهندة متنوع‌تر بودن جمعیت‌های جو خودرو نسبت به جو زراعی است، زیرا گیاهانی که در محیط‌های متفاوت و پُر تنش رشد می‌کنند معمولاً نسبت به گیاهانی که در شرایط معمول و بهینه رویش دارند متنوع‌ترند (Pakniyat et al., 1997).

 

قدردانی

مقاله موجود حاصل بخشی از نتایج طرح پژوهشی شماره 860817 مصوب شورای پژوهشی دانشگاه اصفهان می‌باشد. از معاونت پژوهشی دانشگاه اصفهان به خاطر همکاری در انجام این طرح صمیمانه قدردانی می‌شود. از مؤسسة تحقیقات، اصلاح و تهیه نهال و بذر کرج به خاطر در اختیار قرار دادن برخی از نمونه بذرهای استفاده شده در این تحقیق قدردانی می‌شود.

 

صاحبی، ج. (1380) بررسی سیستماتیک و بیوسیستماتیک جنس Hordeum L. در ایران، پایان‌نامة دکترا، دانشگاه تهران، تهران.

یزدان‌ستا، س. (1381) بررسی سیتوژنتیکی برخی از ژنوتیپ‌های جو لخت .(Hordeum vulgare) پایان‌نامة کارشناسی ارشد، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران.

Agayev, M. (2003) Advanced squash method for investigation of plant chromosomes. 4th Iranian congress on crop production and breeding sciences. Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran.

Blattner, F. R. (2004) Phylogenetic analysis of Hordeum (Poaceae) as inferred by nuclear rDNA ITS sequences. Molecular Phylogeneticsand Evolution 33: 289-299.

Bor, N. L. (1970) Gramineae, In: Flora Iranica. (ed. Rechinger, K. H.) 70: 232-243. Akademische Druk - und Ver Lagsanstalt. Wiena 70: 232-243.

Bothmer, R. von, Jacobsen, N., Baden, C., Jorgensen, R. B. and Linde- Laursen, I. (1991) An ecogeographical study of the genus Hordeum. Inernational Board for Plant Genetic Resources, Rome.

Darlington, C. D. and Wylie, A. P. (1961) Chromosome atlas of flowering pants. George Allen and Unwin Ltd. London.

Harlan, J. R. and Zohary, D. (1966) Distribution of wild wheats and barley. Science 153:1074-1080.

Kihara, H. (1924) Cytologische und genetische studien bei wichtigen getreidearten mit besonderer ruchsicht anf das verhalten der chrobosomen und die sterilitat in den bastarden. Memoirs of the College of Science, Kyoto Imperial University.

Komarov, V. L. (ed.). (1985). Flora of the U.S.S.R. 11. Translated from Russian by Bishen Singh, Mahendra Pal Singh and Koeltz Scientific Books.

Levan, A., Fedge, K. and Sondberg, A. (1965) Nomenclature for centromeric position on chromosomes. Hereditas 52: 201-220.

Linde-Laursen, I., Ibsen, E., Bothmer, R. von., and Giese, H. (1992) Phisical localization of active and inactive rRNA gene loci in Hordeum marinum ssp. gussoneanum (4x) by in situ hybridization. Genome 35: 1032-1306.

Morrison, J. W. (1959) Cytogenetic studies in the genus Hordeum. Chromosome morphology. Canadian Journal of Botany 37: 527-538.

Nilan, R. A. (1964). The cytology and genetics of barley. Washington state university Press, Washington.

Noda, K. and Kasha, K. J. (1978) A proposed barley karyotype revision based on C-band chromosome identification. Crop science 18: 925-930.

Pakniyat, H., Powell, W., Baird, E., Handley, L. L., Robinson, D. and Nevo, E. (1997) AFLP variation in wild barley (Hordeum spontaneum C. Koch) with reference to salt tolerance and associated ecogeography. Genome 40:332-341.

Sharma, A. (1990) Taxonomy as related to genetic diversity in plants. Journal of the Indian Botanical Society 69: 1-3.

Sharma, A. and Sharma, A. (1999) Plant chromosomes: Analysis, manipulation and engineering. Harwood Academic Publisher, Amsterdam.

 Sheidai, M. and Rashid, S. (2007) Cytogenetic study of some Hordeum L. species in Iran. Acta Biologica Szegediensis 51(2): 107-112.

Shewry, P. R. (ed.) (1992) Barley: genetics, Biochemistry, Molecular Biology and Biotechnology. C. A. B. International Alden Press. Oxford.

Stebbines, G. L. (1971) Chromosomal evolution in higher plants. Edward Arnold, London.

Tutin, T. G., Heywood, V. H., Burges, N. A. (1980) Flora Europaea. Cambridge University Press.

Vahidy, A. A., Jahan, Q. and Jahan, B. (1993) Geimsa N-banding polymorphism in six botanical varieties and six cultivars of barley, Hordeum vulgar L.. Cytologia 58: 273-279.