بررسی تنوع زیستی با روش تعیین زیستگاه ویژه و مقایسه الکتروفورزی پروتئین‌های بذر جمعیت‌های دو گونه بومادران (Achillea L.) در غرب ایران

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه زیست‌شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

چکیده

تنوع درون ‌‌گونه‌ای و بین ‌‌گونه‌ای از ذخایر مهم تنوع زیستی و منشأ مهم گونه‌زایی به شمار می‌روند. بنابراین، تعیین آنها در راستای شناخت تنوع زیستی حایز اهمیت است. این پژوهش، با هدف بررسی وجود تنوع زیستی و مقایسه الکترفورزی پروتئین‌های ذخیره‌ای بذر جمعیت‌هایی از جنس بومادران (Achillea) در استان‌های همدان و کردستان با روش تعیین زیستگاه ویژه (DSS) انجام شد. بدین منظور، با مراجعه به فلورها برای گونه‌های A. tenuifolia و
A. biebersteiniiبه ترتیب 12 و 9 زیستگاه ویژه انتخاب و ترکیب فلورستیک گونه‌های هم‌باش همراه با شرایط بوم‌شناختی مطالعه شد. پروتئین‌های ذخیره‌ای بذر استخراج و با تکنیک الکتروفورز با روش SDS-PAGE بررسی گردید. در بررسی زیستگاه‌های ویژه، در مجموع 120 گونه هم‌باش برای گونه‌های مورد بررسی شناسایی شد. نتایج حاصل از داده‌های تبارشناختی هر دو گونه به طور مجزا، به تشخیص شش گروه متمایز منجر شد که نشان‌دهنده تنوع بالای درون گونه‌ای در این گیاهان است. تحلیل داده‌های بوم‌شناختی و الکتروفورزی پروتئین‌های ذخیره‌ای بذر دو گونه کاملاً منطبق بر نتایج تبارشناختی است و شش گروه پروتئینی کاملاً مشخص برای جمعیت‌های هر دو گونه به دست آمد. وجود نوارهای 4، 5، 8، 12 و 13 که خاص زیستگاه‌های ویژه گونه A. tenuifolia است و نوارهای 14، 15 و 16 که خاص زیستگاه‌های ویژه گونه A. biebersteiniiاست، دو گونه را از نظر پروتئین‌های بذر در دو گروه کاملاً مجزا قرار داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

A study of biodiversity using DSS method and seed storage protein comparison of populations in two species of Achillea L. in the west of Iran

نویسندگان [English]

  • Hajar Salehi
  • Abdolkarim Chehregani Rad
  • Morteza Atri
  • Fariba Mohsenzadeh
Department of Biology, Faculty of Sciences, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran
چکیده [English]

Intarspecific and interspecific variations are the main reserves of biodiversity and both are important sources of speciation. On this basis, identifing and recognizing the intra and interspecific variations is important in order to recognition of biodiversity. This research was done to study biodiversity and electrophoresis comparison of seed storage proteins in the populations of the two species of the genus Achillea in Hamadan and Kurdistan provinces using of the method of determination of special station (DSS). For this purpose, 12 and 9 special stations were selected for the species A. tenuifolia and A. biebresteinii using the data published in the related flora. Seed storage proteins were extracted and then studied using electrophoresis techniques (SDS-PAGE). In survey of all special stations, 120 plant species were distinguished as associated species. The results of the floristic data for the both species determined six distinctive groups that indicated the existence of intraspecific diversity in this species. The result of analysis of ecological data and seed storage proteins for the two species was in accordance with the floristic data and showed six distinctive groups. The existence of the bands of no. 4, 5, 8, 12 and 13 in the special stations of A. tenuifolia and the bands of 14, 15 and 16 in the special stations of A. biebresteinii o separated the populations of the species in two quite different and distinctive groups.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Intraspecific diversity
  • Interspecific diversity
  • Protein profile
  • Asteraceae

مقدمه

تیره Asteraceae بزرگترین خانواده گیاهی (Bremer, 1994) شامل جنس‌ها و گونه‌های بسیاری است که در سراسر جهان پراکندگی دارند (Watanabe, 2002). Anthemideae جزو یکی از هفت تبار بزرگ این تیره با حدود ۱۰۹ جنس و حدود ۱۸۰۰ گونه در سطح جهان است (Tahir et al., 2002). این تبار در ایران، دارای ۱۲ جنس و حدود ۱۳۴ گونه است که از میان آنها Achillea، Anthemis، Artemisia و Tanacetum از مهم‌ترین جنس‌ها هستند (Rechinger, 1986). جنس Achillea یکی از جوان‌ترین جنس‌های تیره Asteraceae از نظر تکاملی است که در سراسر جهان حضور دارد و بیش از ۱۰۰ گونه در این جنس شناسایی شده است (Goli et al., 2008). این جنس، در مناطق مختلف ایران با ۱۹ گونه که ۷ گونه آن انحصاری ایران هستند پراکنش دارد (Mozaffarian, 2007).

تنوع زیستی، گوناگونی زندگی و فرآیندهای آن که شامل گوناگونی موجودات زنده، تفاوت‌های ژنتیکی میان آنها، اجتماعات و اکوسیستم‌هایی که در آن وجود دارند و فرآیندهای تکاملی و بوم‌شناختی است که آنها را فعال، در حال تغییر و سازگار نگه می‌دارند (Keystone Center, 1991). ایجاد تنوع درون و بین ‌گونه‌ای منشأ اصلی و ذخیره‌گاه گونه‌زایی است و به غنای تاکسون‌ها در یک منطقه منجر می‌شود (Atri et al., 2007). تاکنون بررسی‌های گیاه‌شناسان نشان داده است که افراد متعلق به یک گونه گیاهی کاملاً مشابه یکدیگر نیستند. لینه این تنوعات را در رابطه با اثر محیط و عوامل محیطی تفسیر می‌کرد که به دو صورت تنوع ژنتیکی (منشأ ارثی) و فنوتیپی (منشأ غیر ارثی) ظاهر می‌شود (Maassoumi and Assadi, 2004). بنابراین، مطالعه معیارهای بوم‌شناختی در ایجاد تنوع در زیستگاه‌های متفاوت یک منطقه امری ضروری است. با توجه به اینکه هدف پژوهش حاضر بررسی تنوع درون ‌گونه‌ای و بین ‌گونه‌ای است سعی شد از روشی استفاده شود که هم معیار تبارشناختی و هم معیار بوم‌شناختی در مرحله جمع‌آوری داده‌ها مد نظر قرار دهد. بر همین اساس، از روش تعیین زیستگاه ویژه DSS (Determination of Special Station) استفاده شد که الهام گرفته از جامعه‌شناسی گیاهی است (Atri, 2006). Quike (1993) روش الکتروفورز پروتئین‌های بذر و کاربرد آن در سیستماتیک و شناسایی تاکسون‌ها را توضیح داد و نشان داد که این روش می‌تواند ابزاری قدرتمند برای جدا نمودن تاکسون‌ها، ارتباطات بین تاکسون‌های معین و همچنین مشخص نمودن گونه‌ها، جنس‌ها، بخش‌ها و تیره‌ها به کار گرفته شود.

 

مواد و روش‌ها

برای بررسی تنوع زیستی (درون ‌گونه‌ای و بین ‌گونه‌ای) 21 جمعیت از گونه‌های A. biebersteinii و
A. tenuifolia از مناطقی از غرب کشور (استان‌های همدان و کردستان) با روش DSS جمع‌آوری شد که مراحل جمع‌آوری به شرح ذیل است:

1- انتخاب گونه‌های چند زیستگاهی

2- تعیین محل‌های پراکنش گونه‌های بررسی شده با مراجعه به فلورها

3- تعیین زیستگاه‌های عمومی

4- تعیین زیستگاه ویژه که با محوریت فرد گونه مورد بررسی و با روش سطح حداقل یا روش Cain و de Oliveira (۱۹۵۹) تعیین می‌شود. شایان ذکر است که در روش DSS، زیستگاه ویژه عبارت است از سطحی از پوشش گیاهی که بر اساس حضور گونه مورد نظر تعیین می‌شود و از نظر تبارشناختی- بوم‌شناختی یکنواخت است.

5- جمع‌آوری داده‌های فلوربستیک بوم‌شناختی از زیستگاه‌های ویژه که در این مرحله تمامی گونه‌های هم‌باش با فرد گونه مورد بررسی جمع‌آوری و کدگذاری می‌شود. همچنین، داده‌های بوم‌شناختی (از جمله: ارتفاع، درصد شیب، جهت شیب، نوع بستر و ...) نیز ثبت شد.

6- شناسایی نمونه‌های گیاهی

7- کدگذاری و تحلیل داده‌های تبارشناختی- بوم‌شناختی بر اساس ترکیب ‌گونه‌ای (به عنوان نشانگر تبارشناختی) با نرم‌افزار Anaphyto و روش FCA (Factoria Correspondence Analysis) انجام شد. داده‌های بوم‌شناختی نیز با نرم‌افزار MVSP با روش PCA (Principal Components Analysis) تحلیل شد.

8- گروه‌بندی زیستگاه‌های ویژه بر اساس نشانگر تبارشناختی

9- تعیین گونه یا گونه‌های تشخیصی

پس از تعیین و اثبات وجود تنوع درون ‌گونه‌ای و بین ‌گونه‌ای، به تعیین و تشخیص سطح و نوع تنوع با روش‌های مورفومتری، سیتولوژی، گرده‌شناسی، الکتروفورز و ... پرداخته می‌شود. در مطالعه حاضر، برای تعیین سطح تنوع و مقایسه گونه‌های مطالعه شده از الکتروفورز پروتئین‌های بذر روی ژل پلی اکریل ‌آمید در حضور سدیم دودسیل سولفات (SDS-PAGE) استفاده شد (Hames and Rickwood, 1990). برای استخراج پروتئین‌ها از بافر فسفات سدیم (اسیدیته=7) استفاده شد. عصاره پروتئینی استخراج شده به نسبت مساوی با بافر نمونه مخلوط گردید و به مدت سه دقیقه در حمام آب گرم حرارت داده شد. ژل پلی اکریل آمید ۱۲ درصد تهیه و مقدار ۱۰ میکرولیتر از هر نمونه در چاهک‌ها تزریق شد. پس از اتمام الکتروفورز، رنگ‌آمیزی با رنگ کوماسی بلو بریلیانت R250 انجام شد. سپس، موقعیت هر نوار روی ژل به صورت کدهای یک و صفر که نشان‌دهنده وجود و عدم وجود نوار مربوط است مشخص گردید. کدهای به دست آمده با نرم‌افزار NTSYS روش complete lonkage و نرم‌افزار MVSP روش PCA تحلیل شد.

 

نتایج

نتایج بررسی‌های تبارشناختی

با مراجعه به زیستگاه‌های عمومی در استان‌های کردستان و همدان ۲۱ زیستگاه ویژه، برای گونه‌های
A. tenuifolia (۱۲ زیستگاه ویژه) و A. biebersteinii (۹ زیستگاه ویژه) تعیین شد (جدول ۱) و در مجموع، تعداد ۱۲۰ گونه گیاهی به عنوان گونه‌های هم‌باش از ۲۱ زیستگاه ویژه به عنوان ترکیب رُستنی‌ها شناسایی شد که فهرست کامل این گونه‌ها به صورت حضور (1) و عدم حضور (0) در هر یک از زیستگاه‌های ویژه در جدول ویژه‌ای وارد شد.

 

نتایج حاصل از تنوع درون گونه‌ای در
A. tenuifolia.

تحلیل زیستگاه‌های ویژه A. tenuifolia با نرم‌افزار Anaphyto با روش FCA بر اساس ترکیب رُستنی‌ها (به عنوان نشانگر تبارشناختی) به گروه‌بندی زیستگاه‌ها در شش گروه متمایز منجر شد (شکل 1). گروه I شامل زیستگاه‌های 1، 2، 4، 5 و 7، گروه II شامل زیستگاه 3، گروه III شامل زیستگاه 6، گروه IV شامل زیستگاه 8، گروه V شامل زیستگاه 9 و گروه VI شامل زیستگاه‌های 10، 11 و 12 است.

عوامل بوم‌شناختی نظیر: ارتفاع، جهت شیب، نوع بستر و ...) در هر زیستگاه ویژه بررسی و با نرم‌افزار MVSP با روش PCA تحلیل گردید (شکل 2، جدول ۲) که زیستگاه‌های ویژه این گونه را در شش گروه متمایز قرار داد.


 

 

   

شکل ۱- گروه‌بندی زیستگاه‌های ویژه گونه A. tenuifolia بر اساس ترکیب رُستنی‌ها با روش FCA

شکل ۲- گروه‌بندی زیستگاه‌های ویژه A. tenuifolia بر اساس عوامل بوم‌شناختی با روش PCA

 

جدول ۱- مشخصات مناطق جمع‌آوری گونه‌های A. tenuifolia (۱۲۱) و بقیه A. biebersteinii

کد زیستگاه ویژه

محل جمع‌آوری

تاریخ جمع‌آوری

شماره هرباریومی

1

همدان، اسدآباد، دو راهی جاده خاکی راهدارخانه

20/03/1389

28535

2

همدان، 40 کیلومتری اسدآباد، روستای تاج‌آباد

20/03/1389

28534

3

همدان، کبودرآهنگ، منطقه سوباشی

19/03/1389

28537

4

همدان، روستای مرویل، دامنه کوه ملوک

18/03/1389

28539

5

همدان، جاده اراک، روستای مرویل، کوه ملوک

18/03/1389

28536

6

همدان، کبودر آهنگ، قلی‌آباد

19/03/1389

28541

7

همدان، جاده اراک، روستای مرویل، داخل باغ

18/03/1389

28538

8

همدان، رزن، کوه‌های بقاطی

19/03/1389

28540

9

سنندج، گردنه مروارید

18/03/1389

28544

10

سنندج، کامیاران، بایسپرنه

18/03/1389

28543

11

سنندج، نران، نسار گوره

18/03/1389

28542

12

سنندج، نران، نسار گوره

18/03/1389

28545

13

همدان، گنج‌نامه، کنارجاده، حاشیه باغ

22/03/1389

28552

14

همدان، گنج‌نامه، سمت راست آبشار

22/03/1389

28551

15

همدان، روستای حیدره

21/03/1389

28550

16

همدان، گنج‌نامه، اردوگاه کیوارستان

22/03/1389

28549

17

همدان، دره مرادبیک، داخل باغ

21/03/1389

28548

18

همدان، کوه الوند، تخت نادر

22/03/1389

28547

19

همدان، کوه الوند، تپه میشان

22/03/1389

28546

20

سنندج، کامیاران، گردنه مروارید

18/03/1389

28553

21

سنندج، دهگلان-قروه، کاظم‌آباد

18/03/1389

28554

 

 

جدول ۲- داده‌های بوم‌شناختی بررسی شده زیستگاه‌های ویژه گونه A. tenuifolia

کد زیستگاه ویژه

ارتفاع (متر)

جهت شیب

درصد شیب

نوع بستر

1

2180

شمال‌شرقی

45

سنگریزه

2

2100

شرقی

50

شنی

3

2295

جنوب‌شرقی

20

سنگریزه

4

2225

شرقی

55

شنی

5

2245

شمال‌شرقی

45

سنگریزه

6

2345

جنوب‌غربی

20

واریزه‌ای

7

2148

شمال‌شرقی

50

سنگریزه

8

2380

جنوبی

20

واریزه‌ای

9

1801

شمالی

30

سنگلاخ

10

1732

شمال‌غربی

80

خاک‌درشت

11

1690

جنوب‌غربی

90

سنگی

12

1672

جنوب‌غربی

90

سنگی

 

برای تعیین نوع و سطح تنوع درون گونه‌ای از مطالعات الکتروفورزی استفاده شد. بدین منظور، پروتئین‌های بذر 12 جمعیت گونه A.tenuifoila بررسی و در مجموع، 13 نوار شناسایی شد (شکل ۳ و جدول ۳). در دندروگرام‌های حاصل از تحلیل داده‌های الکتروفورزی با دو روش UPGMA و Complete نشان داد که زیستگاه‌های ویژه این گونه در شش گروه قرار گرفته‌اند (شکل ۴). گروه I شامل زیستگاه‌های 1، 2، 4، 5 و 7، گروه II شامل زیستگاه 3، گروه III شامل زیستگاه 6، گروه IV شامل زیستگاه 8، گروه V شامل زیستگاه 9 و گروه VI شامل زیستگاه 10، 11 و 12 است. هر گروه دارای نوارهای خاص خود است که از گروه دیگر متمایز شده است. بنابراین، در بررسی الکتروفورزی گونه
A. tenuifolia می‌توان شش گروه پروتئینی معرفی کرد. کمترین تعداد نوار در زیستگاه‌های 3، 10، 11 و 12 و بیشترین تعداد آن در زیستگاه‌های 6، 8 و 9 مشاهده گردید. نوارهای 3، 6، 7 و 8 در تمام زیستگاه‌ها مشترک هستند که مربوط به پروتئین‌های ویژه گونه A. tenuifolia هستند. نوارهای 1، 2، 4، 5، 7، 9، 10، 11، 12 و 13 در بین جمعیت‌ها تنوع را نشان می‌دهد.

جدول ۳- داده‌های الکتروفورزی SDS-PAGE در جمعیت‌های بررسی شده A. tenuifolia

شماره زیستگاه

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

شماره نوار

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

2

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

3

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

4

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

5

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

6

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

7

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

8

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

9

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

0

0

10

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

0

0

11

1

1

0

1

1

0

1

1

1

0

0

0

12

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

13

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

 

شکل ۳- الگوی الکتروفورزی نوارهای پروتئینی بذر جمعیت‌های گونه A. tenuifolia. اعداد هر ستون نشان‌دهنده کد زیستگاه ویژه است؛ M، نشانگر.


 

 

 

 

شکل ۴- دندروگرام حاصل از تحلیل داده‌های الکتروفورزی زیستگاه‌های ویژه گونه A. tenuifolia با روش UPGMA (A) و Complete (B).

 

نتایج حاصل از تنوع درون گونه‌ای در
A. biebersteinii.

برای تشخیص وجود تنوع درون گونه‌ای گیاه
A. biebersteinii با نرم‌افزار Anaphyto و روش FCA داده‌های فلوریستیکی به عنوان نشانگر فلوریستیک تحلیل شد و زیستگاه‌های ویژه این گونه گیاهی در شش گروه قرار گرفتند (شکل 5). گروه IB شامل زیستگاه 18، گروه IIB شامل زیستگاه 19، گروه IIIB شامل زیستگاه‌های 13،15، 14 و 16، گروه IVB شامل زیستگاه 17، گروه VB شامل زیستگاه 20 و گروه VIB شامل زیستگاه 21 هستند. جدول ۴ داده‌های بوم‌شناختی بررسی شده زیستگاه‌های ویژه گونه A. biebersteinii را نشان می‌دهد. تحلیل داده‌های بوم‌شناختی مطالعه شده زیستگاه‌های ویژه گونه گیاهی A.biebersteinii با روش PCA در شکل ۶ نشان داده شده است. با توجه به این شکل مشخص می‌شود که گروه‌بندی حاصل از تحلیل داده‌های بوم‌شناختی مطابق با گروه‌بندی حاصل از تحلیل داده‌های فلوریستیک است. الگوی نوارهای پروتئینی حاصل از مطالعات الکتروفورزی 9 جمعیت از گونهA. biebersteinii در شکل 7 ارائه شده است.

همچنین، نتایج حاصل به صورت کدهای صفر و یک در جدول ۵ و نمودار خوشه‌ای حاصل از تحلیل داده‌ها با روش UPGMA و Complete در شکل 8 نمایش داده شده است. زیستگاه‌های این گونه دارای 11 نوار پروتئینی است که کمترین تعداد نوار مربوط به زیستگاه 18 و بیشترین تعداد در جمعیت‌های 13، 14، 15 و 16 مشاهده شد. نوارهای شماره 7 و 14 در تمام زیستگاه‌های ویژه حضور دارند که به عنوان نوارهای اختصاصی این گونه معرفی می‌شوند. بنابراین، وجود شش گروه پروتئینی برای این گونه گیاهی مشخص شد.

 

شکل ۵- گروه‌بندی زیستگاه‌های ویژه گونه A. biebersteinii بر اساس ترکیب رُستنی‌ها با روش FCA


جدول ۴- داده‌های بوم‌شناختی بررسی شده حاکم بر زیستگاه‌های ویژه گونه A. biebersteinii

کد

زیستگاه

ویژه

ارتفاع (متر)

جهت شیب

شیب (درصد)

نوع بستر

13

2100

شرقی

55

خاک مرطوب

14

2248

شرقی

50

خاک مرطوب

15

2114

شرقی

55

خاک مرطوب

16

2200

شرقی

50

خاک مرطوب

17

2089

شرقی

20

خاک معمولی

18

2552

شرقی

70

برون‌زدگی سنگی

19

2367

غربی

65

برون‌زدگی سنگی

20

1814

شمال‌غربی

40

خاک مرطوب

21

1500

شرقی

40

خاک نرم

 

شکل ۶- نتایج حاصل از تحلیل داده‌های بوم‌شناختی زیستگاه‌های ویژه A. biebersteiniiبا روش PCA

 

شکل ۷- الگوی نوارهای پروتئینی عصاره بذر زیستگاه‌های ویژه گونه A. biebersteinii

جدول ۵- داده‌های الکتروفورزی SDS-PAGE در جمعیت‌های بررسی شده A. biebersteinii

شماره زیستگاه

13

14

15

16

17

18

19

20

21

شماره نوار

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

2

1

1

1

1

1

0

1

1

1

3

1

1

1

1

1

0

1

0

0

6

1

1

1

1

1

1

1

1

0

7

1

1

1

1

1

1

1

1

1

9

1

1

1

1

1

1

0

1

1

10

1

1

1

1

1

0

0

0

0

11

1

1

1

1

0

0

0

0

0

14

1

1

1

1

1

1

1

1

1

15

1

1

1

1

1

1

1

0

1

16

0

0

0

0

0

0

0

1

0

 

 

شکل ۸- داده‌های الکتروفورزی حاصل از تحلیل داده‌های الکتروفورزی زیستگاه‌های ویژه گونه A. biebersteinii با روش UPGMA (A) و روش Complete (B). نخستین شاخه‌بندی در هر دو تحلیل در سطح فاصله 5/0 مشاهده شد.


 

 

نتایج حاصل از تنوع بین‌‌ گونه‌ای در A. tenuifoliaو A. biebersteinii

تحلیل و بررسی 21 زیستگاه ویژه شامل 12 زیستگاه ویژه برای A. tenuifolia و 9 زیستگاه ویژه برای A. biebersteinii بر اساس ترکیب رُستنی‌ها به عنوان نشانگر فلوریستیک با روش FCA، به گروه‌بندی این زیستگاه‌ها به دو گروه اصلی مجزا منجر شد. همان طور که مشاهده می‌شود زیستگاه‌های این دو گونه از نظر ترکیب فلوریستیک از یکدیگر جدا شده‌اند (شکل ۹).

 

شکل ۹- گروه‌بندی زیستگاه‌های ویژه گونه‌های A. tenuifolia و A. biebersteinii بر اساس ترکیب رُستنی‌ها با روش FCA

 

مقایسه عوامل بوم‌شناختی زیستگاه‌های ویژه این دو گونه نشان داد که از نظر ارتفاع، هر دو گونه در ارتفاعات مختلفی رشد می‌کنند و گونه
A. biebersteinii در محدوده ارتفاع بیشتری نسبت به گونه A. tenuifolia دیده می‌شود. A. tenuifolia تقریباً در تمامی جهات شیب رویش دارد، در حالی که گونه A. biebersteinii در جهت‌های شرقی، غربی و شمال‌غرب می‌روید. از نظر بستر نیز دو گونه از یکدیگر متمایز می‌شوند، گونه A. biebersteinii بیشتر در خاک‌های معمولی و مرطوب و به ندرت سنگی حضور دارد، اما گونه A. tenuifolia در بسترهای سنگی، سنگلاخی و شنی رویش دارد و از این نظر کاملاً با هم متفاوتند.

برای بررسی تنوع بین گونه‌ای دو گونه
A. tenuifolia و A. biebersteinii نوارهای پروتئینی زیستگاه‌های ویژه هر دو گونه به طور همزمان با نرم‌افزار NTSYS روش Complete و نرم‌افزار MVSP روش UPGMA تحلیل شدند. نوارهای پروتئینی هر دو گونه در جدول ۶ مشاهده می‌شود. نوار شماره 7 در تمام زیستگاه‌های بررسی شده دو گونه، مشترک است که نشان‌دهنده پروتئین یکسان در دو گونه و احتمالاً پروتئین اختصاصی جنس Achillea است. دندروگرام حاصل از تحلیل داده‌های الکتروفورزی در شکل ۱۰ نشان داده شده است. که در آن، گروه I و II به ترتیب نشان‌دهنده زیستگاه‌های ویژه گونه A. tenuifolia و
A. biebersteinii است. بررسی نتایج حاصل از مطالعات الکتروفورزی پروتئین‌های بذر نیز وجود تنوع بین گونه‌ای را نشان می‌دهد. وجود نوارهای 4، 5، 8، 12 و 13 که خاص زیستگاه‌های ویژه گونه
A. tenuifolia است و نوارهای 14، 15 و 16 که خاص زیستگاه‌های ویژه گونه A. biebersteinii است، این دو گونه را از نظر پروتئین‌های بذر در دو گروه مجزا قرار داده است. گروه I شامل زیستگاه‌های ویژه
A. tenuifolia و گروه II شامل زیستگاه‌های ویژه
A. biebersteinii.


 

 

جدول ۶- داده‌های الکتروفورزی SDS-PAGE در جمعیت‌های گونه‌های A. tenuifolia و A. biebersteinii

   کد زیستگاه

 

شماره نوار

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

2

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

3

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

0

0

4

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

5

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

6

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

7

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

8

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

9

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

1

0

1

1

10

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

0

0

0

0

11

1

1

0

1

1

0

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

0

0

12

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

13

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

14

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

15

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

0

1

16

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

 

 

شکل ۱۰- دندروگرام حاصل از تحلیل داده‌های الکتروفورزی پروتئین‌های بذر دو گونه A. tenuifolia و A. bieberestinii با روش UPGMA (A) و روش Complete (B).


بحث

تنوع زیستی که حاصل تنوع عوامل بوم‌شناختی زیستگاه‌های مختلف است، نشان‌دهنده توان زیستی هر منطقه است. تنوع درون گونه‌ای و بین گونه‌ای که به تنوع زیستی منجر می‌شود، منشأ مهم گونه‌زایی است. بر این اساس، تشخیص و تعیین تنوع درون گونه‌ای و بین گونه‌ای در راستای شناخت تنوع زیستی دارای اهمیت است (Atri et al., 2007). بررسی‌ها نشان می‌دهد گونه‌هایی که می‌توانند در زیستگاه‌های مختلف با شرایط بوم‌شناختی و فلوریستیک متفاوت حضور داشته باشند، پراکنش وسیعی دارند. بنابراین، حضور این گونه‌ها در چنین شرایطی نشان‌دهنده خوپذیری یا تطابق بالای این گیاهان نسبت به شرایط متفاوت بوم‌شناختی است (Fakhre Tabatabaei, 2005). در بررسی گونه‌های گیاهی باید در نظر داشت که هیچ گونه گیاهی در هیچ زیستگاهی به طور تصادفی بقا نمی‌یابد. با توجه به این که هر زیستگاهی دارای ترکیبی از عوامل بوم‌شناختی ویژه خود است، در اثر عوامل بوم‌شناختی خاص حاکم بر آن، ترکیب گونه‌ای ویژه‌ای را می‌پذیرد. بنابراین، نقش و اهمیت عوامل بوم‌شناختی بر ترکیب رُستنی‌ها و روابط دو جانبه آنها در یک زیستگاه مشخص می‌شود. بر این اساس، تنوع عوامل بوم‌شناختی و تأثیر پدیده‌هایی چون برهم‌کنش و جایگزینی عوامل بوم‌شناختی، باعث به وجود آمدن شرایط بوم‌شناختی مختلف و در نتیجه ایجاد زیستگاه‌های متفاوت در یک منطقه می‌شود. پس برای بررسی و پی بردن به وجود تنوع در زیستگاه‌های متفاوت یک منطقه لازم است، به طور همزمان معیارهای بوم‌شناختی فلوریستیک به کار برده شود (Atri, 2006).

در این بررسی، برای تعیین تنوع درون و بین ‌گونه‌ای در A. tenuifolia و A. biebersteinii از روش DSS مبتنی بر نشانگر فلوریستیک استفاده شد. سپس، تحلیل داده‌های بوم‌شناختی انجام شد. نتایج حاصل با گروه‌بندی‌های حاصل از تحلیل داده‌های فلوریستیک مقایسه گردید. در نهایت، بررسی الگوی الکتروفورزی پروتئین‌های ذخیره بذر، وجود تنوع در سطح نوارهای پروتئینی هر یک از گروه‌های تعیین شده را مشخص نمود. هر سه نشانگر استفاده شده وجود تنوع را در جمعیت‌های مورد مطالعه نشان دادند. به بیان دقیق‌تر، گروه‌های جمعیتی معرفی شده با نشانگر فلوریستیکی توسط نشانگرهای بوم‌شناختی و الگوی نوارهای پروتئین‌های ذخیره‌ای بذر نیز تأیید گردید. این تأیید به معنای آن است که گروه‌بندی فلوریستیکی در مواردی به تنهایی می‌تواند به عنوان روشی کم هزینه و کارآمد برای بررسی وجود تنوع جمعیت‌ها (تنوع درون گونه‌ای) استفاده شود. بنابراین، درستی و میزان دقت روش DSS برای تعیین وجود تنوع و نیز تشخیص نوع و سطح تنوع آشکار می‌گردد. در واقع، این امر منتج از دو مرحله: جمع‌آوری داده‌ها و تحلیل آنها با استفاده از نشانگر فلوریستیک (ترکیب رُستنی‌های زیستگاه‌های ویژه) است.

بر اساس نتایج به دست آمده، گروه‌بندی زیستگاه‌های ویژه A. tenuifolia و A. biebersteinii بر اساس عوامل بوم‌شناختی با روش PCA با گروه‌بندی زیستگاه‌های ویژه این گیاهان بر اساس ترکیب تبارشناختی کاملاً منطبق است. همچنین، مقایسه عوامل بوم‌شناختی و تبارشناختی دو گونه بررسی شده مؤید وجود تنوع بین‌‌ گونه‌ای در جمعیت‌های دو گونه است و کاملاً از هم مجزا هستند. نتایج مشابهی توسط محققان پیشین که تنوع درون گونه‌ای Artemisia incana L. (Chehregani Rad et al., 2011) را از نظر تبارشناختی بوم‌شناختی و الکتروفورز پروتئین‌های بذر با روش DSS مطالعه و مقایسه کرده‌اند، به دست آمده است که با نتایج این پژوهش همخوانی دارد. بنابراین، مطالعه گروه‌های گیاهی می‌تواند نتایج مفیدی برای شناخت محیط به دست دهد (Asri, 2007) و داده‌های فلوریستیکی که معمولاً از نمونه‌های انتخابی منطقه مورد بررسی جمع‌آوری می‌شوند، ابزاری پایه برای آگاهی یافتن از تنوع زیستی منطقه مورد مطالعه هستند (Chiarucci and Bonini, 2005).

بررسی و تحلیل الگوی الکتروفورزی پروتئین‌های بذر نیز به تعیین گروه‌هایی منجر شد که نشان‌دهنده تنوع ژنتیکی در جمعیت‌های مختلف دو گونه است و با گروه‌بندی مبتنی بر نشانگر تبارشناختی بوم‌شناختی مطابقت دارد. به ترتیب 13 و 11 نوار برای گروه‌های تفکیک شده در گونه‌های A. tenuifolia و
A. biebersteinii به دست آمد که بیشتر نوارها به ترتیب در محدوده وزنی 38-83 و 47-83 کیلو دالتون قرار دارند. لذا، می‌توان گفت که وزن مولکولی بیشتر پروتئین‌های ذخیره‌ای موجود در جنس Achillea در حدود 38-83 کیلو دالتون است. نوار شماره 13 در زیستگاه ویژه 6 در گونه A.tenuifolia دارای بیشترین وزن مولکولی (205 کیلو دالتون) در بین جمعیت‌های مطالعه شده است. بنابراین، تفاوت در تعداد نوارها و وزن مولکولی گروه‌های تفکیک شده را می‌توان به متفاوت بودن شرایط بوم‌شناختی و تبارشناختی زیستگاه‌ها دانست. در این پژوهش، نوارهای انحصاری برای تفکیک جمعیت‌های مختلف گونه A. tenuifolia و جمعیت‌های A. biebersteinii و همچنین تفکیک بین‌‌ گونه‌ای دو گونه مورد بررسی شناسایی شدند. بنابراین، می‌توان بیان کرد که افراد هر گروه، الگوی پروتئینی مشابهی دارند، اما الگوی نوارهای پروتئینی مربوط به گروه‌های مختلف تبارشناختی-اکولوژیک از یکدیگر متفاوت است، به طوری که شش گروه تفکیک شده مربوط به دو گونه٬ هر کدام شش باند پروتئینی بارز ارائه دادند.

پروتئین‌ها به عنوان محصولات مستقیم ژن‌ها، نشانگرهای مناسبی برای ارزیابی تنوع ژنتیکی محسوب می‌شوند (Mirzaei Nadoushan et al., 2002). در مورد گیاهان چوبی و غیر چوبی، مطالعه الکتروفورز پروتئین‌های ذخیره‌ای بذر بیشتر برای تفکیک گونه‌ها، ارقام و کولتیوارها صورت گرفته است (Espahbodi et al., 2007). در پژوهش حاضر، روش الکتروفورز قادر به جداسازی کامل جمعیت‌ها از یکدیگر بود و نتایج ارزنده‌ای نیز در زمینه وزن مولکولی پروتئین‌های ذخیره‌ای بذر گونه‌های مورد بررسی به دست آمد که نشان می‌دهد این روش می‌تواند ابزاری مفید و قدرتمند برای تفکیک و جدایی تاکسون‌ها در سطح گونه و پایین‌تر از آن باشد. این نتایج از آن جهت با اهمیت است که در زمینه الکتروفورز پروتئین‌های بذر گونه‌های مورد بررسی، تاکنون گزارشی منتشر نشده است. اگر چه پژوهش‌های متعدد نشان داده است که مطالعه نیم‌رُخ نوارهای پروتئین‌های ذخیره‌ای بذر روشی مناسب برای شناسایی تنوع و اختلافات بین تاکسون‌های گیاهی است. Crawford (1990) از بررسی جمعیت‌های سه گونه از جنس Solanum
S. americanumS. nigrum و (S. villosum به این نتیجه رسید که جمعیت‌های هر گونه با وجود شباهت زیاد ریخت‌شناسی، از نظر نوارهای پروتئینی تفاوت داشته، ضریب تشابه پایینی را نشان دادند و چنین نتیجه‌گیری شد که الگوی نوارهای پروتئینی در جدایی جمعیت‌های یک گونه می‌تواند با ارزش باشد. همچنین، تنوع درون گونه‌ای از نظر پروتئین‌های ذخیره‌ای بذر در گونه Chenopodium fremontii نیز مطالعه شده است و این نتیجه به دست آمده است که تنوع درون‌گونه‌ای پیش از مقایسه بین گونه‌ها بررسی شود. Quike (1993) نشان داد که مطالعه الگوی نیم‌رخ پروتئینی می‌تواند ابزاری قدرتمند برای جدا نمودن تاکسون‌ها در سطوح پایین‌تر از گونه باشد. Vural و همکاران (2009) از پروتئین‌های ذخیره‌ای بذر با روش الکتروفورز و مطالعات ریخت‌شناسی برای مشخص کردن سطح رده‌بندی Veronica pusilla و
V. erciyasdagiدر سطح گونه یا واریته استفاده کردند و V. erciyasdagiرا به عنوان گونه‌ای مستقل معرفی کردند، در صورتی که پیش از آن، هر دو به عنوان واریته‌های V. pusillaدر نظر گرفته شده بودند.

 

جمع‌بندی

نتایج پژوهش حاضر نشان می‌دهد جمعیت‌های مختلف یک گونه در شرایط بوم‌شناختی متفاوت بر اساس سرشت بوم‌شناختی خود دارای پاسخ‌های متفاوت ژنوتیپیک هستند، به طوری که افراد گونه‌های
A. tenuifolia و A. biebersteinii در مناطق بررسی شده با شرایط بوم‌شناختی متفاوت نشان‌دهنده دو گروه پروتئینی مختلف هستند که از نظر نوارهای پروتئینی با یکدیگر اختلاف دارند. وجود تفاوت و تنوع در نوارهای پروتئینی جمعیت‌های مشخص شده در گونه‌های مورد مطالعه مبین وجود تنوع درون گونه‌ای در مناطق مورد بررسی است. همچنین، نتایج حاصل از این سه نوع نشانگر (نشانگرهای فلوریستیکی، بوم‌شناختی و الگوی پروتئینی بذر) نشان می‌دهد که هر سه نوع نشانگر توانایی تعیین تنوع درون گونه‌ای در جمعیت‌های مورد بررسی را دارا بوده، می‌توان با توجه به زمان، هزینه، ضرورت‌های پیش روی و امکانات موجود یکی از این سه نوع نشانگر را برای نیل به هدف تحقیقی مناسب انتخاب کرد و از آن جا که روش DSS، با صرف وقت و هزینه کمتر، دسترسی به نتایج متعدد را فراهم می‌سازد، می‌تواند به روشی کارآمد برای بررسی آسان‌تر، سریع‌تر، دقیق‌تر و مطمئن‌تر تعیین تنوع درون گونه‌ای و در مجموع سیستماتیک گیاهی به کار رود.

 

سپاسگزاری

پژوهش حاضر با حمایت مالی معاونت پژوهش و فناوری دانشگاه بوعلی سینا انجام شده است.

Asri, Y. (2007) Ecology of plant vegetation. Payam Noor University Press, Tehran, Iran (In Persian).

Atri, M. (2006) Study on interspecific variation using DSS method. 1st national congress of plant systematic, Tehran, Iran (in Persian).

Atri, M., Asgari Nematian, M. and Shahgolzari, M. (2007) Determination and discrimination of intraspecific diversity of Astragalus gossypinus by eco-phytosociological method from west of Iran. Pakistan Journal of Biological Sceince 10: 1947-1955.

Bremer, K. (1994) Asteraceae, cladistics and classification. Timber Press, Portland.

Cain, S. A. O. and de Oliveira Castro, G. M. (1959) Manual of vegetation analysis. Harper and Brothers, NewYork.

Chehregani Rad, A., Atri, M. and Yousefi, S. (2011) Study of intraspecific diversity of Artemisia incana (L.) Druce in East Azerbaijan. Journal of Cell and Tissue 2: 245-256 (in Persian).

Chiarucci, A. and Bonini, I. (2005) Quantitive floristics as a tool for the assessment of plant diversity in Tuscan forests. Forest ecology and management 212: 160-170.

Crawford, D. J. (1990) Plant molecular systematic and molecular approaches. John Wiley & Sons. New York.

Espahbodi, K., Mirzaii, H. and Dehghan Shooraki, Y. (2007) Investigation of genetic variation of wild service (Sorbus torminalis (L.) Crantz), using morphological analysis of fruits and leaves. Pajouhesh and Sazandegi 72: 44-57 (in Persian).

Fakhre Tabatabaei, S. M. (2005) Study on populations of Triticum boeoticum Boiss in Iran. PhD Thesis. University of Tehran, Tehran, Iran (in Persian).

Goli, S. A. H., Rahimmalek, M. and Sayed Tabatabaei, B. E. (2008) Characteristics and fatty acid profile of yarrow (Achillea tenuifolia) seed oil. International Journal of Agriculture and Biology 10: 355-357.

Hames, B. D. and Rickwood, D. (1990) Gel electrophoresis of proteins: A practical approach. 3rd edition. Oxford University Press, New York.

Maassoumi, A. and Assadi, M. (2004) Papilionaceae: The genus Astragalus I. Research Institute of Rangelands and Forests, Tehran (in Persian).

Mirzaei Nadoushan, H., Shariat, A. and Asadi Corom, F. (2002) Evaluation of genetic variation in different population of Haloxylon spp. using electrophoresis. Iranian Journal of Rangeland Forests Plant Breeding and Genetic Research 7: 99-117 (in Persian).

Mozaffarian, V. (2007) A dictionary of Iranian plant names. Farhang Moaser Publishers, Tehran, Iran.

Quike, D. L. J. (1993) Principles and techniques of contemporary taxonomy. Blackie Academic Professional, London.

Rechinger, K. h. (1986) Artemisia. in: Flora Iranica, Compositae (Eds. Rechinger, K. H. and Hedge, I. C.) 158-214. Akademische Druck and Verlasantalt, Graz.

Tahir, M. H. N., Sadaghat, H. A. and Bashir, S. (2002) Correlation and path coefficient analysis of morphological traits in sunflower. International Journal of Agriculture and Biology 4: 341-344.

Vural, C., Servet, O. and Mikail, A. (2009) New combination in Veronica (Scrophulariaceae) based on morphological characters and the seed storage protein polymorphism. Journal of Systematic and Evolution 47: 168-172.

Watanabe, W. (2002) Index to chromosome numbers in Asteraceae. Retrieved from http://www.asteraceae.cla.kobeu ac.jp/index.html. On: 20 September 2011.