نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه زیست شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

2 دانشیار گروه زیست‌شناسی گیاهی و جانوری، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

3 استادیار گروه زیست‌شناسی، دانشکدۀ علوم، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

10.22108/tbj.2019.117393.1090

چکیده

بارکدگذاری DNA یکی از روش‌های رو به گسترش در سیستماتیک مولکولی برای شناسایی گونه‌ها است. ناحیۀ psbA-trnH یکی از متغیرترین نواحی غیر کدشوندۀ ژنوم کلروپلاستی و بارکد DNA استانداردی برای گونه‌های گیاهی است؛ با این حال، وجود واژگونی‌های درون‌گونه‌ای، استفاده از این قطعه را به‌عنوان بارکد DNA مناسب محدود کرده است. در پژوهش حاضر، تأثیر این تغییرات ساختاری بر شناسایی گونه‌های گروه Capparis spinosa شامل C. spinosa، C. parviflora، C. mucronifolia و C. cartilaginea، بررسی شد. هم‌ردیف‌سازی ترادف‌های این قطعه در 25 نمونه، شامل 4 گونه از این گروه و 3 گونۀ دیگر از جنس Capparis انجام شد. نتایج حاصل نشان داد چندشکلی درون‌گونه‌ای در دو ناحیه از قطعۀ psbA-trnH در گروه C. spinosaوجود دارد و حدود 8 درصد از طول این ناحیه را در بر گرفته است. تحلیل داده‌ها نشان داد شناسایی‌نکردن این واژگونی‌ها منجر به تخمین بیش از حد واگرایی درون‌گونه‌ای، کاهش واگرایی بین‌گونه‌ای و ناتوانی توالی psbA-trnH در شناسایی تاکسون‌های خویشاوند می‌شود و استفاده از توالی مکمل معکوس تا حدودی این مشکل را کاهش می‌دهد. براساس نتایج این پژوهش، پیشنهاد می‌شود نمونه‌برداری از دامنۀ جغرافیایی وسیعی ممکن است تنوعات مولکولی درون یک گونه را بهتر نمایان کند و کارآیی یک بارکد DNA را افزایش دهد.
واژه‌های کلیدی: Capparis spinosa، واژگونی‌های درون‌گونه‌ای،psbA-trnH.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Intraspecific Inversion in psbA-trnH Region and its Implication for DNA Barcoding: Case Study of Capparis spinosa L. Group

نویسندگان [English]

  • Maryam Ahmadi 1
  • Hojjatollah Saeidi 2
  • Seyed Mansour Mirtadzadini 3

1 Department of Biology, Faculty of Science, University of Isfahan, Isfahan, Iran

2 Associate Professor, Department of Plant and Animal Biology, University of Isfahan, Isfahan, Iran

3 Assistant Professor, Department of Biology, Faculty of Science, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran

چکیده [English]

DNA barcoding is one of the developing methods in molecular systematics for the identification of species. psbA- trnH is one of the most variable noncoding regions of chloroplast genome and a standard DNA barcode for plant species. However, intraspecific inversions limited the ability of this barcode in the identification of species. The efficiency of these structural changes in the identification of Capparis spinosa genre, including C. spinosa, C. parviflora, C. mucronifolia and C. cartilaginea, was investigated in the present study. Twenty five sequences from 4 species of this complex and 3 other species of the genus Capparis was aligned. The results revealed intraspecific polymorphism in 2 regions of psbA-trnH (8% of whole region) in this group. Analysis of data showed that ignoring these inversions has led to overestimating intraspecific divergence, underestimating interspecific divergence, and disability of psbA-trnH in the identification of closely related taxa. Using reverse complementary sequence may partly overcome this problem. Based on the results of this study, it can be recommended that sampling from a wide geographic range of a species would reveal more intra-specific molecular variation and increase the efficiency of a DNA barcode.
Key words: Capparis Spinosa, Intraspecific Inversion, psbA- trnH Region.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Key words: Capparis Spinosa
  • Intraspecific Inversion
  • psbA- trnH Region

منابع

Saghafi Khadem, F. (2000) Flora of Iran. Capparaceae. Number 30. Research Institute of Forests and Rangelands, Tehran (in Persian).

Boissier, E. (1867) Flora Orientalis sive enumeratio plantarum in Oriente a Graecia et Aegypto ad Indiae fines hucusque observatarum. Vol. 1, H. Georg, Basel, Genèv.

Bieniek, W., Mizianty, M. and Szklarczyk, M. (2015) Sequence variation at the three chloroplast loci (matK, rbcL, trnH-psbA) in the Triticeae tribe (Poaceae): comments on the relationships and utility in DNA barcoding of selected species. Plant Systematics and Evolution 301(4): 1275-1286.

Case, A. (2000) Evolution of combined versus separate sexes in Wurmbea (Colchicaceae). PhD thesis, University of Toronto, Toronto, Canada.

Costion, C., Ford, A., Cross, H., Crayn, D., Harrington, M. and Lowe, A. (2011) Plant DNA barcodes can accurately estimate species richness in poorly known floras. PLoS One 6(11): e26841.

Cullings, K.W. (1992) Design and testing of a plant-specific PCR primer for ecological and evolutionary studies. Molecular Ecology 1(4):233-240.

Degtjareva, G. V., Logacheva, M. D., Samigullin, T. H., Terentieva, E. I. and Valiejo-Roman, C. M. (2012) Organization of chloroplast psbA-trnH intergenic spacer in dicotyledonous angiosperms of the family Umbelliferae. Biochemistry (Moscow) 77(9): 1056-1064.

Doyle, J. J. and Doyle, J. L. (1987) A rapid procedure for DNA purification from small quantities of fresh leaf tissue. Phytochemical Bulletin 19:11-15.

Fici, S. (2015) A taxonomic revision of the Capparis spinosa group (Capparaceae) from eastern Africa to Oceania. Phytotaxa 203(1):024-036.

Fici, S. (2014) A taxonomic revision of the Capparis spinosa group (Capparaceae) from the Mediterranean to Central Asia. Phytotaxa 174 (1): 001–024.

Graham, S. W., Reeves, P. A., Burns, A. C. and Olmstead, R. G. (2000) Microstructural changes in noncoding chloroplast DNA: interpretation, evolution, and utility of indels and inversions in basal angiosperm phylogenetic inference. International Journal of Plant Sciences 161(S6): S83-S96.

Hebert, P. D. N, Stoeckle, M. Y., Zemlak, T. S. andFrancis, C. M.(2004)Identification of birds through DNA barcodes. PLoS Biology2: e312.

Hedge, I. C. and Lamond J. (1970) Capparidaceae. In: Flora Iranica (Ed. Rechinger, K. H.) 68: 1-9.

Inocencio, C., Rivera, D., Obón, M. C., Alcaraz, F. and Barreña, J. A. (2006) A systematic revision of Capparis section Capparis (Capparaceae). Annals of the Missouri Botanical Garden 1: 122-149.

Jacobs, M. (1965) The genus Capparis (Capparaceae) from the Indus to the Pacific. Blumea 12(3):385-541.

Kelchner, S. A., and Wendel, J. F. (1996). Hairpins create minute inversions in non-coding regions of chloroplast DNA. Current genetics 30(3): 259-262.

Kim K. J., Lee H. L. (2005) Widespread occurrence of small inversions in the chloroplast genomes of land plants. Molecules and Cells 19:104–113.

Kress, W. J. (2017) Plant DNA barcodes: Applications today and in the future. Journal of Systematics and Evolution 55(4):291-307.

Larkin, M. A., Blackshields, G., Brown, N. P., Chenna, R., McGettigan, P. A., McWilliam, H., Valentin, F., Wallace, I. M., Wilm, A., Lopez, R., Thompson, J. D., Gibson, T. J. and Higgins, D. G. (2007) Clustal W and Clustal X version 2.0. Bioinformatics 23:2947-2948.

Ohsako, T., and Ohnishi, O. (2000) Intra‐and interspecific phylogeny of wild Fagopyrum (Polygonaceae) species based on nucleotide sequences of noncoding regions in chloroplast DNA. American Journal of Botany 87(4): 573-582.

Pang, X., Liu, C., Shi, L., Liu, R., Liang, D., Li, H., Cherny, S. S. and Chen, S. (2012) Utility of the trnH–psbA Intergenic Spacer Region and Its Combinations as Plant DNA Barcodes: A Meta- Analysis. PLoS ONE 7(11): e48833.

Štorchová, H., and Olson, M. S. (2007) The architecture of the chloroplast psbA-trnH non-coding region in angiosperms. Plant Systematics and Evolution 268(1-4): 235-256.

Sang, T., Crawford D. J. and Stuessy, T. F. (1997) Chloroplast DNA phylogeny, reticulate evolution, and biogeography of Paeonia (Paeoniaceae). American Journal of Botany 84(8):1120-1136.

Spooner, D. M. (2009) DNA barcoding will frequently fail in complicated groups: an example in wild potatoes. American journal of botany 96(6): 1177-1189.

Tamura, K., Stecher, G., Peterson, D., Filipski, A. and Kumar, S. (2013) MEGA6: molecular evolutionary genetics analysis version 6.0. Molecular biology and evolution 30(12):2725-2729.

Whitlock, B. A., Hale, A. M. and Groff, P. A. (2010) Intraspecific inversions pose a challenge for the trnH-psbA plant DNA barcode. PloS one 5(7): e11533.

Zohary, M. (1960) The species of Capparis in the Mediterranean and the Near Eastern countries. Bulletin of the Research Council of Israel 8D: 49–64.