نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
گروه زیست‌شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران
چکیده
کلیدواژه‌ها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
The somatic chromosome numbers and karyotypic analysis of six taxa belonging to Vicia sect. Vicia (Fabaceae) were performed. We found three basic chromosome numbers (x=5, 6 and 7) in this section. All of the taxa were diploid. The chromosome number of
V. lathyroides, V. grandiflora, V. sativa var. cordata and V. sativa var. amphicarpa were presented for the first time in Iran. Karyotype formula was different in the taxa, so that in the taxa V. lathyroides (2n=12), V. sativa var. sativa (2n=12), V. sativa var. angustifolia (2n=12), V. sativa var. cordata (2n=10), V. sativa var. amphicarpa (2n=14), V. grandiflora (2n=14) karyotype the formula were 6st, 2m+4st, 1m+1sm+4st, 5st, 3sm+4st and 5sm+2st respectively. The taxa studied were placed in 3A (V. sativa var. angustifolia and
V. grandiflora), 3B (V. sativa var. amphicarpa) and 4A (V. lathyroides, V. sativa var. sativa and V. sativa var. cordata) classes of Stebbines. Based on A1 and A2 parameters,
V. grandiflora and V. sativa var. cordata had symmetrical and asymmetrical karyotypes respectively.
کلیدواژه‌ها [English]
مقدمه
جنس Vicia L. یکی از جنس‌های مهم طایف‍ة Bronn Fabeae Rchb.=Vicieae از تیره Fabaceae Lindl. با حدود 40 گونه زراعی در دنیاست (Maxted, 1993). این جنس با 150 تا210 گونه در دنیا، اساساً در اروپا، آسیا، شمال آمریکا، آمریکای جنوبی و به سمت بخش حارّه‌ای آفریقا انتشار دارد(Willis, 1973; Kupicha, 1976; Hanelt and Mettin, 1989). احتمالاً منطقه مدیترانه مرکز اصلی تنوع‌یابی این جنس است (Maxted, 1995).
Kupicha (1976) برای اولین بار در مقیاس جهانی این جنس را بر اساس نسبت طول دم‌گل‌آذین به برگ‌های دربرگیرنده، وجود غده در سطح پشتی گوشوارک و تعداد گل در گل‌آذین به دو زیر جنس Vicilla (Schur) Rouy و Vicia تقسیم کرد. او زیر جنس Vicilla را به 17 بخش و 100 گونه و زیر جنس Vicia را به 5 بخش و 32 گونه تقسیم کرد. پاکروان (1379) در فلور ایران، این جنس را به دو زیر جنس Vicia با 6 بخش، 19 گونه و 6 واریته و زیر جنس Vicilla را به 8 بخش، 20 گونه و 2 زیر گونه تقسیم نمود که بخش Vicia از زیر جنس Vicia با دهانه صاف کاسه از سایر بخش‌های جنس Vicia مشخص می‌شود که واجد هفت تاکسون در ایران است. کمپلکس V. sativa L. شامل تاکسون‌هایی از بخش Vicia است که از نظر مورفولوژی، کاریولوژی و اکولوژی متنوع هستند (Hanelt and Mettin, 1989).
کمپلکس V. sativa دائماً در حال تکامل و گونه‌زایی هستند و اکثر هم‌بوم و از نظر ظاهری به سختی قابل تشخیص هستند (Hanelt and Mettin, ؛1989). به طوری که این کمپلکس به عقیده Plitmann (1967) و Ball (1968) به ترتیب شامل یک گونه با5 و 6 زیر گونه است. در حالی‌که Hanelt و Mettin (1989) این زیر گونه‌ها را در سطح گونه پذیرفتند. به‌رغم وجود داده‌های فراوان بر روی جنس Vicia هنوز توافق بر سر عدد پایه کروموزومی وجود ندارد؛ اگرچه آن را از این بابت به سه گروه با 7، 6، 5x= گروهبندی می‌کنند .(Seal and Rees, 1982) Hanelt و Mettin (1989) اظهار داشتند که 7=x محتمل‌ترین عدد پایه کروموزومی در جنس است و 14n=2 را به عنوان ابتدایی‌ترین عدد کروموزومی در جنس Vicia پذیرفتند و اظهار داشتند که 12و10n=2 از طریق جابه‌جایی رابرتسونی بین دو کروموزوم ایجاد می‌شود. گونه‌های مختلف Vicia تنوع قابل ملاحظه‌ای از نظر اندازه ماهواره و مکان فرورفتگی اولیه و ثانویه دارند. مقایسه ریخت‌شناسی کروموزوم‌ها نشان می‌دهد که تغییرات و تبادلات کروموزومی از قبیل حذف، وارونگی و اتصال رابرتسونی باعث تنوع شده است (حسام‌زاده حجازی و رسولی، 1385؛ Raina and Ogihara, 1995; Rahiminejad et al., 2000).
این تحقیق با هدف مطالعه و بررسی سیتوژنتیک گونه‌های بخش Vicia از جنس Vicia موجود در ایران به منظور تهیه کاریوتیپ، تعیین عدد کروموزومی و سطوح پلوئیدی و مطالعه شکل و اندازه کروموزوم‌ها صورت گرفت.
مواد و روش‌ها
به منظور بررسی کروموزومی تاکسون‌های مختلف بخش Vicia از جنس Vicia در ایران، 6 تاکسون
V. sativa var. sativa، V. sativa var. amphicarpa، V. grandiflora، V. lathyroides،
V. sativa var. angustifoliaو V. sativa var. cordataمورد مطالعه سیتوژنتیک قرار گرفت (جدول 1). به منظور بررسی سیتوژنتیکی تاکسون‌های این بخش و تهیه سلول‌های متافازی، ابتدا بذرها در دمای اتاق در تاریکی کشت گردید. پس از جوانه‌زنی و رشد ریشه‌چه به طول 1-2 سانتی‌متر، قسمت انتهایی ریشه جدا گردید و مراحل مختلف شامل پیش تیمار (5/0درصد محلول اشباع شده آلفا برمو نفتالین در اتانول)، تثبیت (محلول لویتسکی حاوی دو محلول کرومیوم تری اکسید و فرمالدئید 40 درصد به نسبت 1: 1)، هیدرولیز (در دمای 60 درجه سانتیگراد به مدت 10 تا 15 دقیقه با استفاده از محلول 1 نرمال هیدروکسید سدیم) و رنگ‌آمیزی نمونه‌ها (با استفاده از رنگ هماتوکسیلین4 درصد) انجام شد. سپس اسلایدها به روش اسکواش تهیه شد و به دنبال آن، تصاویر کروموزومی با استفاده از سیستم آنالیز تصویری تهیه گردید.
پس از تهیه سلول‌های متافازی مناسب و کاریوتیپ برای هر تاکسون (5 کاریوتیپ)، با استفاده از نرم‌افزار (Micro measure 3.3) Reeves و Tears (2000)، طول بازوی کوتاه (SA) و بلند (LA)، طول کل کروموزوم (TL)، نسبت بازوها (Arm ratio: LA/SA) محاسبه گردید. در این بررسی برای تعیین وضعیت تکاملی و مطالعه تقارن کاریوتیپی تاکسون‌های مورد مطالعه از جدول دو طرفه Stebbins استفاده شد (Stebbins, 1971). شاخص اختلاف درصد طول نسبی بزرگ‌ترین و کوچک‌ترین کروموزوم (DRL)، شاخص‌های عدم تقارن درون کروموزومی (A1) و بین کروموزومی (A2) (Romero-Zarco, 1986) و درصد شکل کلی (TF%) (Huziwara, 1962) نیز محاسبه گردید. به منظور دسته‌بندی و تعیین محل سانترومر کروموزوم‌ها از روشLevan و همکاران (1964) استفاده گردید. به منظور گروهبندی تاکسون‌ها، تجزیه خوشه‌ای به روش Ward بر اساس صفات کاریوتیپ AR)، DRL، CI، SA، LA و (TCL و شاخص‌های عدم تقارن درون کروموزومی (A1) و عدم تقارن بین کروموزومی (A2) با استفاده از نرم‌افزارهای Excel و SPSS نسخه 18 انجام شد.
نتایج
تصاویر متافاز میتوزی تاکسون‌های مورد مطالعه به همراه کاریوتیپ و ایدیوگرام آنها در شکل 1 و نتایج حاصل از تجزیه کاریوتیپی در جدول 1 آمده است. بر اساس جدول 1، تاکسون‌های مورد مطالعه دارای عدد پایه کروموزومی متفاوت 7، 6، 5=x بود و از لحاظ سطح پلوئیدی تنوعی نشان ندادند و همگی دیپلوئید 14، 12، 10=n2 بودند. بر اساس نتایج این تحقیق در تاکسون‌های V. sativa var. amphicarpa،
V. lathyroidesو V. sativa var. sativa کروموزوم‌های ماهواره‌دار دیده شد (شکل 1).
عدد کروموزومی چهار تاکسون V. sativa،
V. lathyroides, var. amphicarpa، V. sativa var. cordata و V. grandiflora برای اولین بار از ایران گزارش می‌شود. عدد کروموزومی در تاکسون‌های
V. sativa var. angustifolia، V. grandiflora و
V. sativa var. cordata با گزارش‌های قبلی سایر محققان تطابق دارد (حسام‌زاده حجازی و رسولی، 1385؛ Yamamoto, 1973; Goldblatt and Johanson, 1979; Rahiminejad et al., 2000).
در V. lathyroides دو گزارش عدد کروموزومی 10 و 12، در V. sativa var. amphicarpa دو گزارش عدد کروموزومی 12 و 14 و در V. sativa var. sativa سه گزارش عدد کروموزومی 10، 12 و 14 وجود دارد که در این مطالعه عدد کروموزومی برای این تاکسون‌ها به ترتیب 12، 14 و 12 گزارش می‌گردد (جدول 1). (Goldblatt and Johanson, 1979; Hanelt and Mettin, 1989; Maxted et al., 1991; Rahiminejad et al., 2000). طول بازوی بلند کروموزوم از 06/3 در V. sativa var. amphicarpa تا 09/4 در V. lathyroides و طول بازوی کوتاه از 64/0 در V. sativa var. cordata تا 12/1 در V. sativa var. angustifolia تنوع دارد. 67% از کروموزوم‌ها ساب‌تلوسانتریک (st)، 29% ساب‌متاسانتریک (sm) و 02/0% متاسانتریک (m) هستند. بیشترین طول کل کروموزوم‌های هاپلوئید (TCL) 18/25 میکرومتر در
V. grandiflora و پایین‌ترین آن 45/19 میکرومتر در V. sativa var. cordata مشاهده شد. درصد فرم کلی (TF%) از 39/16 در V. sativa var. cordata تا 47/27 در V. sativa var. angustifolia تفاوت داشت. تاکسون‌های مختلف این بخش در کلاس‌های A3، A4 و B3 جدول استبینز قرار گرفتند. تاکسون‌های
V. sativa var. angustifoliaو V. grandifloraدر کلاس A3 استبینز گروهبندی شدند و در میان این دو تاکسون، V. sativa var. angustifolia بیشترین مقدار شاخص A1 (64/0) را نشان داد. تاکسون‌های
V. sativa var. cordata، V. sativa var. sativaو
V. lathyroidesدر کلاس A4 استبینز قرار گرفتند و در این میان، V. sativa var. cordata بیشترین مقدار A1 را نشان داد. تاکسون‌ها فرمول کاریوتیپی متفاوتی نشان دادند که دلیل آن را می‌توان تنوع ژنوتیپی دانست (جدول 1).
شکل 1- سلول‌های متافازی، کاریوتیپ و ایدیوگرام تاکسون‌های مورد بررسی (مقیاس 10 میکرومتر)؛ ماهواره با رنگ سیاه در ایدیوگرام مشخص شده است.
جدول 1- مشخصات کاریوتیپی تاکسون‌های بخش Vicia، Pl. le.: سطح پلوئیدی، TCL: طول کل کروموزوم‌های هاپلوئید، LA: طول بازوی بلند، SA: طول بازوی کوتاه، MCL=VRC: میانگین طول کروموزوم، AR: نسبت بازوهای کروموزومی، ST: کلاس تقارن استبینز،
DRL: اختلاف دامنه طول نسبی بزرگ‌ترین و کوچک‌ترین کروموزوم، :TF% درصد فرم کلی، CI: شاخص سانترومری، A1: شاخص عدم تقارن درون کروموزومی رومرو زارکو، A2: شاخص عدم تقارن بین کروموزومی رومرو زارکو، K.F.: فرمول کاریوتیپی (m: متاسانتریک،
sm: ساب‌متاسانتریک، st: ساب‌تلوسانتریک)، *: اولین گزارش کروموزومی از ایران
|
Taxon |
Locality |
2n |
Pl. le. |
TCL |
LA |
SA |
MCL |
AR |
ST |
DRL |
TF |
CI |
A1 |
A2 |
K.F. |
|
V. lathyroides* 7620 |
سنندج |
12 |
2x |
57/24 |
72/2 |
93/0 |
09/4 |
93/3 |
4A |
74/9 |
2/20 |
25/0 |
74/0 |
06/0 |
6st |
|
V. sativa var. sativa 7628 |
ماهیدشت |
12 |
2x |
56/22 |
96/2 |
12/1 |
76/3 |
99/2 |
4A |
15/9 |
76/24 |
27/0 |
65/0 |
01/0 |
2sm+4st |
|
V. sativa var. angustifolia 7626 |
نوشهر |
12 |
2x |
49/24 |
25/3 |
64/0 |
08/4 |
08/3 |
3A |
45/14 |
47/27 |
16/0 |
64/0 |
01/0 |
1m+1sm+1st |
|
V. sativa var. cordata* 7627 |
دشت ناز |
10 |
2x |
45/19 |
31/2 |
67/0 |
89/3 |
13/5 |
4A |
85/4 |
39/16 |
22/0 |
80/0 |
03/0 |
5st |
|
V. sativa var. amphicarpa* 7625 |
خرم آباد |
14 |
2x |
47/21 |
65/2 |
95/0 |
06/3 |
53/3 |
3B |
82/10 |
93/21 |
26/0 |
69/0 |
03/0 |
3sm+4st |
|
V. grandiflora* 7613 |
گرگان، افراتخته |
14 |
2x |
18/25 |
56/4 |
74/2 |
59/3 |
92/2 |
3A |
92/4 |
49/26 |
37/0 |
62/0 |
007/0 |
5sm+2st |
بحث
برخی شواهد سیتولوژیک پیشنهاد می‌کند که سری‌های دیسپلوئیدی تاکسون‌ها از 14=n2
(V. incisa، V. pilosaو V. amphicarpa) به 12=n2
(V. macrocarpa، V. segetalis، V. angustifolia و V. sativa) یا 10 =n2 (V. cordata) نباید همان‌طور که تصور می‌شود در جهت کاهش تعداد کروموزوم فرض شود (Hanelt and Mettin, 1989). تاکسون‌های با 12=n2 متنوع‌ترین تاکسون‌ها در این سری هستند که کاریوتیپ‌های با 10=n2 و همچنین 14=n2 را موجب می‌شوند (Ladizinsky, 1978). در این تحقیق نیز کاریوتیپ‌های با 12=n2 متنوع‌ترین تاکسون‌ها هستند و ارتباطی بین عدد دیپلوئید و بخش مربوطه دیده نشد.
برای گروهبندی تاکسون‌های مورد مطالعه بر اساس شش شاخص کاریوتیپی، تجزیه کلاستر به روش Ward انجام شد (شکل 2) و تاکسون‌ها در سه گروه قرار گرفتند: در گروه اول چهار تاکسون V. sativa var. sativa، V. sativa var. amphicarpa، V. sativa var. angustifolia و V. lathyroides قرار می‌گیرد و از لحاظ شش شاخص کاریوتیپی به هم شبیه‌تر هستند. در گروه دوم تاکسون V. sativa var. cordata قرار می‌گیرد که دارای کمترین مقادیر TF%، DRL، TCL، SA و DRL بیشترین مقدار A1 و AR است. در گروه سوم، تاکسون V. grandiflora قرار می‌گیرد که در فاصله دورتری از بقیه گونه‌هاست و دارای بیشترین TCL و پایین‌ترین AR، A2 و A1 است و می‌توان نتیجه گرفت که V. grandiflora متقارن‌ترین کاریوتیپ از نظر عدم تقارن درون و بین کروموزومی است.
شکل 2- دندروگرام حاصل از تحلیل خوشه‌ای به روش Ward بر اساس شش شاخص کاریوتیپی AR، DRL، CI، SA، LA و TCL
برای گروهبندی تاکسون‌های مورد مطالعه بر اساس دو شاخص A1 و A2، نیز تحلیل خوشه‌ای به روش Ward انجام شد (شکل 3) و تاکسون‌ها در دو گروه قرار گرفتند: از نظرA1 و A2 سه تاکسون V. sativa var. angustifolia، V. grandiflora و V. sativa var. sativa به هم نزدیک‌اند و V. amphicarpa در فاصله دورتری از آنهاست. V. lathyroides و V. sativa var. amphicarpa بر اساس دو شاخص A1 و A2 به هم نزدیک‌اند و V. sativa var. cordata در فاصله دورتری از بقیه گونه‌ها قرار دارد و این تاکسون نامتقارن‌ترین کاریوتیپ از نظر عدم تقارن درون کروموزومی و پایین‌ترین %TF (39/16) و بالاترین A1 (80/0) را داراست (جدول 1). بر اساس دندروگرام حاصل از تحلیل خوشه‌ای، ژنوتیپ‌هایی که در دورترین دسته‌ها قرار دارند، واجد بیشترین ناهمگنی ابعاد و ساختار کروموزومی هستند (شکل 3).
شکل 3- دندروگرام حاصل از تحلیل خوشه‌ای به روش Ward بر اساس شاخص‌های A1, A2
روند تغییرات دو شاخص TF% و A1 (به عنوان شاخص‌های عدم تقارن درون کروموزومی) در تاکسون‌های مورد مطالعه رابطه منطقی را در بین برخی از تاکسون‌ها نشان نمی‌دهد و با توجه به عدم هماهنگی کامل این دو شاخص در تاکسون‌های بخش Vicia، نمی‌توان با اندازه‌گیری یکی از این دو شاخص نسبت به میزان تقارن کروموزوم‌ها اطلاع یافت (شکل 4).
روند تغییرات دو شاخص DRL و A2 (به عنوان شاخص‌های عدم تقارن بین کروموزومی) در تاکسون‌های مورد بررسی (شکل 5)، مقایسه گردید. همان گونه که ملاحظه می‌شود، رابطه مثبتی بین دو شاخص فوق وجود دارد، اما با توجه به عدم هماهنگی در شاخص A2 در بین برخی از تاکسون‌ها، نمی‌توان با اندازه‌گیری یکی از این دو شاخص به جای دیگری برای تغییرات بین کروموزومی استفاده کرد.
پراکنش تاکسون‌های بخش Vicia بر اساس شاخص‌های A1 و A2 همراه با انواع مختلف تقارن‌های پیشنهادی توسط Stebbins (1971) در شکل 6 نشان داده شده است، اما با توجه به نمودار موجود نمی‌توان کلاس‌های A3، A4 و B3 را در گروه‌های مستقل قرار داد و روند تغییرات تمایز ژنوتیپ‌ها بر اساس شاخص‌های A1 و A2 مشابه نتایج حاصل از جدول استبینز نیست.
|
شکل 4- مقایسه روند تغییرات دو شاخص A1 و TF% |
شکل 5- مقایسه روند تغییرات دو شاخص A2 و DRL |
شکل 6- نمودار پراکنش تاکسون‌ها با استفاده از دو شاخص تغییرات درون و بین کروموزومی از نظر تکاملی بر اساس روش Stebbins (1971)
)