مطالعه کاریوتیپ جنس .Poaceae) Vulpia Gmel) در ایران

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه زیست‌شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

بر اساس بررسی صفات ریخت‌شناختی، جنس Vulpia در ایران واجد پنج گونه و چهار زیرگونه است. در این پژوهش، مریستم نوک ریشه 8 جمعیت از گونه‌های V. myuros، V. ciliate، V. unilateralis، V. persicaو
V. hiritiglumis جمع‌آوری شده از مناطق مختلف ایران، مورد بررسی سیتولوژیک قرار گرفت. پس از مراحل تثبیت، هیدرولیز و رنگ‌آمیزی، نمونة میکروسکوپی تهیه و ریخت‌شناسی کروموزوم‌ها مطالعه شد. بررسی‌ها نشان داد که عدد پایة کروموزومی این جنس برابر با 7 و سطوح پلوئیدی دیپلو، تترا، پنتا و هگزاپلوئید در آن وجود دارد. عدد دیپلوئید در این تاکسون‌ها در ایران برابر با 14، 28، 35 و 42 است. سطح پنتاپلوئید 35 در گونه‌های V. ciliata، V. persica و V. hirtiglumis برای نخستین بار گزارش می‌گردد. ویژگی‌های کاریوتیپی، از قبیل: طول بازوهای کوتاه و بلند کروموزوم‌ها و وجود و عدم ماهواره مطالعه شد و شاخص‌های مختلف کاریوتیپی L)، S، TL، L/S، S% و (TF% و فرمول کاریوتیپی محاسبه گردید. برای گونه‌های این جنس کاریوتیپ تقریباً نامتقارن تشخیص داده شد. از نظر شاخص‌های کاریولوژیک تفاوت‌های معنی داری بین گونه‌ها مشاهده شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

A karyotypic study of the genus Vulpia Gmel. (Poaceae) in Iran

نویسندگان [English]

  • Amene Faramarzi
  • Hojatollah Saeidi
Department of Biology, Faculty of Science, University of Isfahan, Isfahan, Iran
چکیده [English]

Based on the morphological investigations, 5 sepcies of the genus Vulpia grow in Iran. This study concerns the cytotaxonomy of the genus Vulpia Gmel. in Iran. A total of 8 accessions belonging to V. unilateralis, V. myuros, V. persica, V. ciliata and V. hirtiglumis were examined. Mitosis were counted from three root tips of each accession. Diploid numbers counted were 2n=14, 28, 35, 42 with baisic chromosome number x=7. The pentaploidy (2n=5x=35) was observed in V. persica, V. ciliate and V. hirtiglumis and thus ate reported for the first time. The karyotypes and the chromosomal parameters showed an approximately asymmetrical profiles for the species studied. The measured karyotypic parameters revealed significant differences among species studied.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cytotaxonomy
  • Iran
  • Vulpia
  • Poaceae

مقدمه

جنس Vulpia Gmel. متعلق به طایفه Poeae R. Br. است که برای نخستین بار توسط Gmelin (1805) بر اساس نام پایة Festuca myuros L. معرفی گردید. این جنس در فلورا ایرانیکا (Bor, 1970) با 5 گونه معرفی شده که دو گونة آن: Gmel. (L.) V. myuros و (Nutt.) Rydb. V. megalura از جنس Festuca L. و یک گونة V. persica (Boiss. & Buhse) V. I. Krecz. & Bobrov نیز از جنسNardurus Boiss. and Buhse به آن وارد شده است. دو گونة دیگر شامل V. ciliata. Dumort. و V. hirtiglumis Boiss. & Hausskn. به طور مستقیم در خود این جنس توصیف گردید.

در حالی که Bor (1970) گونه V. megalura را به عنوان گونه‌ای مستقل معرفی نمود، مؤلفان دیگر مانند Stace (1980) آن را فرمی از V. myuros در نظر گرفتند. بزرگترین منطقه از لحاظ تنوع ژنتیکی جنس Vulpia (و جنس‌های یک‌ساله خویشاوند آن) منطقة مدیترانة غربی، یعنی ایتالیا و شبه ‌جزیرة ایبری و بخش‌های همجوار شمال آفریقاست. بیشترین گسترة پراکندگی این جنس متعلق به بخش Vulpia شامل گونه‌های V. longiseta (Brot.) Hack، V. ambigua (Le Gall) More، V. bromoides (L.) S. F. Gray، V. membranacea (L.) Dumort.، V. myuros و
V. ciliate در اروپا، شمال آفریقا و غرب آسیاست که از این تعداد، دو گونة V. myuros و V. ciliate در ایران می‌روید .(Stace and Cotton, 1975) پراکنش گونه‌های این جنس در ایران در خوزستان، فارس، گرگان، مازندران، گیلان، کردستان، آذربایجان، لرستان، کرمان، خراسان و قزوین گزارش شده است (Bor, 1970). به علت وجود تنوع وسیع ریخت‌شناختی و دورگه‌گیری‌های فراوان بین تاکسون‌های این جنس در طبیعت، طبقه‌بندی تاکسونومیک این جنس همواره با مشکل روبه‌رو بوده است. به منظور حل مشکلات تاکسونومیک مبتلا به جنس Vulpia در ایران، مطالعات سیتوتاکسونومی آن ضروری به نظر می‌رسد، که در این پژوهش انجام شده است. عدد پایه کروموزومی این جنس بر اساس گزارش‌های موجود در منابع مختلف (جدول 1) برابر با 7 است و سه سطح پلوئیدی دیپلو، تترا و هگزا در آن وجود دارد که تا به حال هیچ‌ گزارش کروموزومی از ایران برای تاکسون‌های Vulpia ارائه نشده است.

 

 

مواد و روش‌ها

تهیه پهنة میتوزی

تهیه اسلایدهای کروموزومی 8 جمعیت از گونه‌های مختلف جنس Vulpia جمع‌آوری شده از مناطق مختلف پراکنش آن در ایران (جدول 2) با روش Agayev (1996) انجام شد. انتخاب بذر برای انجام مراحل سیتوتاکسونومی به صورت تصادفی انجام شد. برای مطالعه میتوز از بافت مریستمی انتهای ریشه استفاده شد که به روش له کردن صورت گرفت. از هر جمعیّت مورد مطالعه، تعدادی بذر به طور تصادفی انتخاب گردید و درون پتری‌دیش حاوی کاغذ صافی مرطوب در درون انکوباتور قرار گرفت. پس از گذشت تقریباً 3 روز بذرهایی که طول ریشه آنها 5/1-2 سانتی‌متر بود، انتخاب و از ریشه جدا شد. در این مطالعه از پیش‌تیمار آلفابرومونفتالین 10% استفاده گردید که ریشه‌ها پس از جداشدن به مدت 4-6 ساعت در این محلول قرار داده شد. آلفابرومونفتالین فعالیت ریشه‌های دوک را مختل می‌کند و از حرکت کروموزوم‌ها به طرف دو قطب سلول جلوگیری می‌کند.

نخستین مرحله پس از پیش‌تیمار، مرحله تثبیت است. برای نمونه‌ها، از محلول تثبیت کننده لیوتسکی حاوی کرومیک اسید 1% و فرمالدئید 10% به نسبت مساوی استفاده شد. ریشه‌ها پس از شستشو به مدت 24 تا 36 ساعت برای تثبیت در محلول لیوتسکی در یخچال نگهداری شدند (Sharma and Sharma, 1999). سپس، نمونه‌ها به مدت 3 ساعت با آب جاری شستشو و پس از خشک کردن با کاغذ صافی، بلافاصله در اتانول 70% نگهداری شدند. برای جداسازی سلول‌ها (maceration) به منظور دست‌یابی به سلول‌های منفرد و بهبود عمل رنگ‌آمیزی، ریشه‌ها به مدت 10 دقیقه در دمای 60 درجه سانتیگراد در محلول سود 1 نرمال نگهداری شد. برای مطالعه میکروسکوپی شکل و ساختمان کروموزوم‌ها، از محلول هماتوکسیلین برای رنگ‌آمیزی استفاده شد، بدین منظور، ریشه‌ها به مدت 24 ساعت در دمای 30 درجه سانتیگراد در این محلول نگهداری شدند. برای بهبود مطالعات میکروسکوپی از روش له کردن آنزیمی استفاده شد. در این روش، ریشه‌ها به مدت 20-25 دقیقه در آنزیم سلولاز-پکتیناز قرار داده شد. سپس، بالای کلاهک ریشه‌ها (سلول‌های مریستمی) جدا و همراه یک قطره استیک اسید 45% به روی لام منتقل شد. در این مرحله سعی شد تا حد امکان سلول‌های مریستمی از هم جدا شود. سپس با گذاشتن لامل بر روی سلول‌ها و حرارت دادن ملایم همراه با فشار ملایم انگشت شست، عمل له کردن سلول‌ها صورت گرفت و سپس سلول‌ها با عدسی 100x در زیر میکروسکوپ Olympus BX40 مطالعه و عکس تهیه گردید.

 

تحلیل داده‌ها

دسته‌بندی کروموزوم‌ها بر اساس طرح Levan و همکاران (1965) انجام شد (Stace, 1989). اندازه‌گیری هر یک از بازوهای کروموزومی، با استفاده از نرم‌افزار Image tool صورت گرفت. همچنین TF% (Total Form Percent) یا شکل کلی کاریوتیپ و S% (Simmilarity Percent) (Huziwara, 1962) به عنوان شاخص تقارن برای جمعیّت‌های مورد مطالعه محاسبه شد. طول کلی کروموزوم (TL, Total haploid chromosome length)، طول بازوی بلند (L, Long arm)، طول بازوی کوتاه (S, Short arm)، تعداد ماهواره و همچنین، نوع کروموزوم‌ها بر اساس طرح Levan و همکاران (1965) برای 8 جمعیّت مذکور اندازه‌گیری و تعیین گردید. پس از تهیة پهنة میتوزی با نرم‌افزار فتوشاپ کاریوتیپ هر کدام از پهنه‌ها و با نرم‌افزار Excel ایدیوگرام هر کدام ار آنها تهیه گردید.

 

مشاهدات

تصاویر متافاز میتوزی تاکسون‌های مورد مطالعه به همراه کاریوتیپ آنها در شکل 1 و نتایج حاصل از تجزیه کاریوتیپی در جدول‌های 2 و 3 آمده است. بر اساس جدول 2، تاکسون‌های مورد مطالعه دارای عدد پایةکروموزومی 7 بود و همچنین، سطوح پلوئیدی دیپلو، تترا، پنتا و هگزاپلوئید در تاکسون‌های جنس Vulpia در ایران وجود دارد. در شکل 1 پهنه‌های کروموزومی و کاریوتیپ مربوط به 8 جمعیّت از 5 گونة Vulpia اراه شده است. نتایج مربوط به تحلیل کاریوتیپی اندازه‌گیری‌های انجام شده بر روی پهنه‌های کروموزومی مطالعه شده در جدول 3 ارائه شده است.

 


جدول 1- خلاصه‌ای از وضعیت کروموزمی تاکسون‌های جنس Vulpiaدر جهان بر اساس ICPN (Goldblatt and Johnson, 1979)

منبع

ICPN

اسپوروفیت

گامتوفیت

تاکسون

ردیف

Mizianti and Mirek (1981)

79-81

42

-

V. myuros

1

Ghorai and Sharma (1981)

79-81

28

-

 

2

Kirschner and Stepankova (1980)

80-83

42

-

 

3

Mizianti and Mirek (1981)

80-83

42

-

 

4

Probatova and Sokolovskaya (1983)

80-83

28

-

 

5

Barker and Stace (1980)

80-83

42

-

 

6

Sokolovskaya and Rudyka (1985)

84-85

42

-

 

7

Barker and Stace (1984)

84-85

42

-

 

8

Spies and Voqes (1988)

88-89

-

7+2B

 

9

Ghorai and Sharma  (1981)

88-89

42

-

 

10

Duskert-Henriod (1991)

90-91

42

-

 

11

Kozuharov and Petrova (1991)

92-93

42

-

 

12

Spies and Liebenberg (1997)

96-97

-

21

 

13

Spies and Van Wyk (1999)

98-99

-

7+0-1B

 

14

Goukasian and Nazarova (19980

98-99

42

-

 

15

Albers and Pröbsting (1998)

98-99

42

-

 

16

Devesa et al. (1991)

90-91

-

7

V. myuros var. hirsuta

17

Bailey and Stace (1984)

84-85

42

-

V. myuros fo. megalura

18

Bailey and Stace (1989)

88-89

42

-

 

19

Devesa et al. (1991)

90-91

-

21

V. myuros var. myuros

20

Bailey and Stace (1989)

88-89

42

-

V. myuros fo. myuros

21

Devesa et al. (1991)

90-91

-

7

V. myuros var. sciuroides

22

Valdés and Parra (1997)

96-97

14

-

V. myuros subsp. sciuroides

23

Devesa and Luque (1988)

88-89

-

7

V. myuros var. tenella

24

Devesa et al. (1991)

90-91

-

7

 

25

Goukasian and Nazarova (1998)

98-99

42

-

V. persica

26

Faruqi et al. (1987)

90-91

-

14

V. ciliata

27

Bailey and Stace (1989)

88-89

28

-

V. ciliata subsp. ambigua

28

Bailey and Stace (1989)

88-89

28

-

V. ciliata subsp. ciliata

29

Cotton and Stace (1975)

-

42

-

V. hirtiglumis*

30

Devesa and Romero (1981)

79-81

-

7

V. unilateralis*

31

Stace (1984)

84-85

14

-

 

32

Bailey and Stace (1984)

84-85

14

-

 

33

Bailey and Stace (1989)

88-89

14

-

 

34

* گونه V. hirtiglumisدر ICPN گزارش نشده است.

 

جدول 2- نمونه‌های جمعیّتی جمع‌آوری شده و مطالعه شده از جنسVulpia Gmel. از مناطق مختلف در ایران

شماره جمعیت

نام تاکسون

تعداد کروموزوم

عدد پلوئیدی

تعداد ماهواره

محل جمعآوری نمونه

19

V. myuros

28

28، 42

0

km 20 گچساران به اهواز

25

V. persica

35

35، 42

1

کردستان- km 15 کامیاران

31

V. hirtiglumis

42

35، 42

1

مرکزی- اراک- کمربند جنوبی

39

V. myuros

42

42

0

جاده اسالم به خلخال

45

V. ciliata

28

28، 35

0

مرکزی- اراک- کمربند جنوبی

49

V. hirtiglumis

35

35، 42

0

مرکزی- بزرگراه ساوه

70

V. unilateralis

14

14

0

کردستان- km 20 سنندج از کامیاران

74

V. unilateralis

14

14

0

فارس- سد سیوند- کوه چاه سیاه

 

 

شکل 1- پهنة میتوزی و کاریوتیپ جمعیّت‌های: 70 (a1 و a2 V. unilateralis؛ (2n=14، 74 (b1 و b2 V. unilateralis؛ (2n=14،
19 (c1 و c2 V. myuros؛ (2n=28، 45 (d1 و d2 V. ciliata؛ (2n=28، 25 (e1 و e2 V. persica؛ (2n=35،
49 (f1 و f2 V. hirtiglumis؛ 2n=35)، 31 (g1 و g2 V. hirtiglumis؛ (2n=42، 39 (h1 و h2 V. myuros؛ (2n=42 و
.Scale bar=20μm

 

جدول 3- مشخصات کاریوتیپی تاکسون‌های جنس Vulpia در ایران

شماره

جمعیت

نام تاکسون

میانگین طول کل کوموزومها

2n

S%

TF%

K. F.

(فرمول کاریوتیپی)

میانگین طول بازوی بلند

میانگین طول بازوی کوتاه

19

V. myuros

06/31

28

59%

40%

sm1 + m6

38/18

68/12

25

V. persica

2/37

35

68%

41%

sm2 + m5

9/21

29/15

31

V. hirtiglumis

19/42

42

51%

39%

sm3 + m4

19/25

72/16

39

V. myuros

8/35

42

63%

36%

sm5 + m2

03/23

05/13

45

V. ciliata

01/59

28

50%

41%

sm1 + m6

57/34

08/25

49

V. hirtiglumis

87/42

35

66%

37%

sm3 + m4

6/26

27/16

70

V. unilateralis

55/57

14

59%

43%

m7

73/32

81/24

74

V. unilateralis

70/57

14

64%

45%

m7

55/31

14/26

 


بحث و نتیجه‌گیری

نتایج حاصل از شمارش کروموزوم های 8 جمعیت مورد مطالعه از جنس Vulpia نشان داد که عدد پایة کروموزومی در گونه‌های این جنس در ایران، همانند سایر گونه‌های آن در جهان (پایگاه داده‌ای IPCN) برابر با 7 است. مشاهدة اعداد دیپلوئید برابر با 14، 28، 35 و 42 نشان می‌دهد که نوعی دو رگ‌گیری منجر به ایجاد یک کمپلکس پلی‌پلوئید پیلار
(Polyploid Pillar Complex) بر پایة 7=x در میان تاکسون‌های متعلق به جنس Vulpia در این کشور رخ داده است. با توجه به مخدوش بودن حدود گونه‌ها و واحدهای فروگونه‌ای این جنس در مطالعات ریخت‌شناسی(مشاهدات منتشر نشده) احتمال وقوع دورگ‌گیری بین گونه‌ها تقویت می‌شود.

بر اساس نتایج حاصل از این تحقیق، سطح پلوئیدی فرد x5 در برخی از جمعیت‌ها به صورت مخلوط با سطوح پلوئیدی زوج دیده شد. در جمعیت شمارة 45 تشخیص داده شده با عنوان V. ciliata عدد پلوئیدی 28 و 35 مشاهده شد. در منابع (Bailey and Stace, 1989) عدد دیپلوئید گزارش شده در این گونه برابر با 28 است (جدول 1). شمارش میتوز 35 در این گونه نشان‌دهندة وقوع دو رگ‌گیری احتمالی بین این تتراپلوئید و یک گونه هگزاپلوئید است. از آنجا که در این گونه تا به حال عدد پلوئیدی 42 دیده نشده است بنابراین، به احتمال زیاد می‌توان نتیجه گرفت که این گونه بر اثر برخورد میان دانه‌های گردة گونه
V. hirtiglumis - که شبیه‌ترین گونه به V. ciliata است- و محل رویش جمعیت شمارة 31 از گونه
V. hirtiglumis با جمعیت 45 از گونه V. ciliata - که عدد پنتاپلوئید در آن دیده شد، بسیار نزدیک است- (جدول 1) ایجاد شده است. همچنین، عدد کروموزومی 35 در V. persica می‌تواند از وقوع دورگ‌گیری بین سیتوتیپ هگزاپلوئید این گونه و گونة تتراپلوئید نزدیک آن (V. myuros) ناشی شده باشد. در مجموع مشاهده عدد کروموزومی 35 در تعدادی از گونه‌ها بیان‌کنندة وقوع بالای دورگ‌گیری بین گونه‌های تتراپلوئید و هگزاپلوئید است.

موقعیت سانترومر در کروموزوم‌های بررسی شده (جدول 3) نشان می‌دهد که نوع کروموزوم‌ها متا‌سانتریک (m) تا ساب‌متاسانتریک (sm) است. این مشاهدات با گزارش Stace و Cotton (1975) هماهنگی دارد. بر اساس جدول 3 مقدار TF% در میان جمعیّت‌ها از حداقل 36% تا حداکثر 45% متغییر است. مقادیر TF% به 50% نزدیک، و در نتیجه، نوع کروموزوم‌ها متاسانتریک (m) تا ساب‌متاسانتریک (sm) است. همچنین، با توّجه به مقادیر به دست آمده از S% که حداقل آن برابر با 50% و حداکثر آن 68% بود، می‌توان نتیجه گرفت که کاریوتیپ در این تاکسون بر اساس این معیار، تقریباً نامتقارن است. از نظر طول کروموزوم در این جنس تنوع وجود دارد، امّا با توجه به پایین بودن تعداد پهنه‌های کروموزومی مطالعه شده نمی‌توان به طور قطعی اظهار نظر کرد.

Agayev, Y. M. (1996) Advanced squash method for investigation of plant chromosomes. Institute of Genetics and Selection. Baku.

Bailey, J. P. and Stace, C. A. (1989) IOPB chromosome data 1. InternationalOrganization of Plant Biosystematics Newsletter 13: 15-21.

Bor, N. L. (1970) Vulpia Gmel. In: Flora Iranica (ed. Rechinger, K. H.) 70: 88-91. Akademische Druck- u. Verlagsantalt Graz-Austria. Wiena.

Faruqi, S. A., Quraish, H. B. and Inamuddin, M. (1987) Studies in Libyan grasses X. Chromosome number and some interesting features. Annali di Botanica 45:75-102.

Gmelin, C. C. (1805) Vulpia myuros. In: Flora Badensis Alsatica (ed. Gmelin, C. C.) 1: 8-9, Carlsruhae.

Goldblatt, P. and Johnson, D. E. (1979) Retrieved from http://www.tropicos.org/Project/IPCN On: December 2010.

Huziwara, Y. (1962) Karyotype analysis is some genera of Compositae VIII. Further studies on the chromosomes of Aster. American Journal of Botany 49:116-119.

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

Sharma, A. K. and Sharma, A. (1990) Plant chromosomes. Harwood Academic Publishers, Australia.

Stace, C. A. (1980) Vulpia Gmel. In: Flora Europaea (eds. Tutin, T. G. Heywood, V. H., Burges, N. A. Moore, D. M., Valentine, D. H., Walters, S. M. and Webb, D. A.) 5: 203-204. Cambridge University Press, Cambridge.

Stace, C. A. (1989) Plant taxonomy and biosystematics. 2nd Ed. Edward Arnold, London.

Stace, C. A. and Cotton, R. (1975) Taxonomy of the genus Vulpia (Gramineae). I Chromosome numbers and geographical distribution of the old world species. Genetica 46: 235-255.