Document Type : Original Article
Authors
1 Assistant Professor, Research Division of Natural Resources, Isfahan Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, AREEO, Isfahan, Iran
2 PhD, Department of Biotechnology, Research Institute of Forests and Rangelands, Agricultural Research, Education and Extension Organization, AREEO, Tehran, Iran
3 Professor, Research Institute of Forests and Rangelands, Agricultural Research, Education and Extension Organization, AREEO, Tehran, Iran
Abstract
Keywords
Main Subjects
مقدمه
خانوادهBrassicaceae (Cruciferae) یا شب بو، تعدادی از گیاهان گلدار هستند که بهدلیل اهمیت اقتصادی، اکولوژیکی و تکاملی شناخته شدهاند. این خانواده شامل طیف گستردهای از گونهها با عدد کروموزومی مختلف و ویژگیهای کاریوتایپی متفاوت است. شناخت تعداد کروموزومها و ویژگیهای کاریوتایپی گونههای مختلف خانواده Brassicaceae برای روشنشدن تنوع ژنتیکی، تکامل و کاربردهای بالقوه آنها در علوم کشاورزی و بحث حفاظت بسیار با اهمیت است. ایران با شرایط اکولوژیکی متنوع خود میزبان تنوع چشمگیری از گونههای مربوط به خانواده Brassicaceae است. این گونهها با طیف وسیعی از شرایط محیطی سازگار شدهاند. خانواده Brassicaceae در ایران تقریباً دارای 100 جنس و بیش از 359 گونه است که 53 گونه انحصاری کشور است(Mirzadeh Vaghefi and (Mahmoodi, 2022; Assadi, 2017. این تنوع در تعداد گونههای بومی در خانواده Brassicaceae، اهمیت ایران را ازنظر تنوع زیستی برجسته میکند. مطالعات سیتولوژیک متعددی روی گونههای جنسهای مختلف خانواده Brassicaceae انجام شدهاند که ویژگیهای کروموزومی گونههای مختلف این خانواده را روشن میکند؛ ازجمله Sheidai and Sonboli (2011) عدد کروموزومی 2n=2x=14 را برای چهار گونه Sterigmostemum شامل
St. ramosissimum (O.E.Schulz) Rech.f.، St. incanum M.Bieb.، St. sulphureum (Banks & Sol.) Bornm. و St. acanthocarpum (Fisch. & C.A.Mey.) Kuntze گزارش کردند. علاوه بر این، et al. (2016) Martin آنالیز کاریوتایپ برای 12 گونه از جنسMatthiola در ترکیه را انجام و عدد کروموزومی 2n=14 را نشان دادند. همچنین گفتنی است مطالعات سیتولوژی تکمیلی مربوط به گونههای متعلق به خانواده Brassicaceae در ایران انجام شدهاند که به Maassoumi (1980)، Khosravi and Maassoumi (1998)، Ghaffari (2008)، Keshavarzi et al. (2014)، Shariat et al. (2021) Ghaffari (2020) و غیره میتوان اشاره کرد که براساس منابع موجود عدد کروموزومی
2n=12-64 برای جنسهای مختلف این خانواده گزارش شده است. هدف از این مطالعه، دستیابی به عدد کروموزومی و ویژگیهای کاریوتایپی شش گونه از خانواده Brassicaceae در ایران و رسم ایدیوگرام برای آنها است. تنها گونه Sterigmostemum longistylum انحصاری ایران است و عدد کروموزومی برای آن در این مطالعه برای اولینبار گزارش میشود. این مطالعه در قالب طرح ملی تعیین عدد کروموزومی و سطح پلوئیدی گونههای گیاهی فلور ایران انجام شده که هدف از این طرح ملی تعیین عدد کروموزومی گونههای گیاهی مختلف و غنیسازی اطلاعات پایگاه دادههای ایندکس کروموزومی فلور ایران است.
مواد و روشها
انتخاب گونهها براساس فهرست بذری است که بانک ژن مؤسسه تحقیقات جنگلها و مراتع کشور بهمنظور انجام طرح تعیین عدد کروموزومی و سطح پلوئیدی گونههای گیاهی فلور ایران ارائه کرده است. از بین آنها گونههای مربوط به خانواده Brassicaceae انتخاب شدند و براساس تعداد جمعیت در دسترس، مطالعه صورت گرفت. گونههای مطالعهشده Odontarrhena lanigera (=Alyssum lanigerum)، Aubrieta parviflora، Matthiola flavida، Matthiola tomentosa (= Matthiol ovatifolia)، Sisymbrium erysimoides وSterigmostemum longistylum هستند.
بهمنظور مطالعات سیتولوژی در این گونهها از مرحله میتوز در سلولهای مریستم نوک ریشه استفاده شد. در این پژوهش، بذرها در دمای 4 درجه سانتیگراد درون پتریدیش جوانه زدند. سپس نوک ریشه ابتدا به مدت 2 ساعت در دمای اتاق و سپس 14 ساعت در دمای 4 درجه سانتیگراد درون محلول 01/0 درصد کلشیسین بهعنوان پیشتیمار قرار گرفت. پس از شستشوی نمونهها، نوک ریشه با استفاده از مخلوطی از اسید استیک و اتانول، تثبیت و سپس در اتانول
70 درصد نگهداری شد. سپس نمونهها با HCl 1 N به مدت 10 دقیقه در دمای 60 درجه سانتیگراد، هیدرولیز و پس از شستشو در استواورسئین 2 درصد به مدت 3 ساعت رنگآمیزی شدند. پس از رنگآمیزی، ریشهها در اسید استیک
45 درصد له شدند و تصویر بهترین صفحات متافازی با استفاده از میکروسکوپ (Olympus BX40) با عدسی 100 تهیه شد. برای اندازهگیری کروموزومها از نرمافزار Digimizer.5.4.9 استفاده شد. بهمنظور تجزیه و تحلیل کاریوتایپ، کروموزومها براساس طول، طبقهبندی و جفت کروموزومها براساس طبقهبندی Levan (1964) مرتب شدند.
برای دستهبندی کاریوتایپ از روش دو طرفه Stebbins (1971) استفاده شده است. ایدیوگرامها برای همه گونهها رسم شدند و پارامترهای عدم تقارن کاریوتایپ، ازجمله درصد شکل کلی یا TF% (Huziwara, 1962)، نسبت بازوها (AR)، درصد شاخص عدم تقارن کاریوتایپ (As K%) (Arano, 1963) و شاخص تقارن کاریوتیپ (Syi) (Greilhuber and Speta, 1976) ارزیابی شدند.
نتایج و بحث
در این پژوهش برای اولینبار، عدد کروموزومی دو گونه Matthiola flavida و Sterigmostemum longistylum تعیین شد و عدد کروموزومی چهار گونه دیگر (Odontarrhena lanigera = Alyssum lanigerum، Aubrieta parviflora، Matthiola tomentosa = M. ovatifolia و Sisymbrium erysimoides) قبلاً گزارش شده است که نتایج گزارششده در مطالعات قبلی در این مطالعه نیز تأیید شدهاند (Küpfer, 1980; Aryavand, 1975; Khatoon and Ali, 1993; Cartier, 1983; Maassoumi, 1980; DíazLifante et al., 1992; Jonsell, 1976)|. فاکتورهای کاریوتایپی مطالعهشده دربارة تمام گونهها در جدول 1 ارائه شدهاند و جزئیات مربوط به هریک از گونهها نیز در ادامه به تفصیل بحث شده است.
Odontarrhena lanigera (DC.) Španiel, Al-Shehbaz, D.A.German & Marhold (=Alyssum lanigerum DC.): 2n=16
این گونه در افغانستان، عراق و ایران پراکنش دارد (POWO, 2023). نمونه مطالعهشده از این گونه متعلق به استان زنجان، ماهنشان، ارتفاع 2180 متر است. مختصات جغرافیایی نقطه جمعآوری N: 36°, 48ˊ, 01”; E: 47°, 26ˊ, 17” و کد بانک ژن بذر مربوط به آن 47009 است.
تجزیه و تحلیل کروموزومی این گونه انجام شد و عدد کروموزومی 2n=2x=16 و عدد پایه کروموزومی x=8 برای آن به دست آمد که این یافته نشاندهندة نتایج تحقیق قبلی (Aryavand, 1983) است که مربوط به جمعیت چهارمحال و بختیاری، زرد کوه است. این گونه دارای هفت جفت کروموزوم متاسانتریک و یک جفت کروموزوم ساب متاسانتریک (7m+1sm) است و ازنظر تقارن در کلاس 2B قرار میگیرد. علاوه بر این، کروموزومهای این گونه بین کروموزومهای گونههای مطالعهشده کوتاهترین طول را داشتند و نتایج بهدستآمده بالاترین درصد TF (44/0) و مقدار Syi٪ (77/0) را نشان دادند که حاکی از وجود کاریوتایپ متقارن در این گونه است؛ درحالیکه کمترین مقادیر S٪ (44 درصد) و Ask٪ (55/0) به دست آمد و وجود کاریوتایپ متقارن در این گونه را تأیید کرد (شکل A 1، جدول 1).
Aubrieta parviflora Boiss.: 2n=16
این گونه در کشورهای ایران، ترکیه و عراق رویش دارد (POWO, 2023; Assadi, 2017). نمونه مطالعهشده از این گونه متعلق به استان لرستان، پل دختر، ارتفاع 710 متر است. مختصات جغرافیایی نقطه جمعآوریN:33°, 15ˊ, 49”; E: 47°, 45ˊ, 48” و کد بانک ژن بذر مربوط به آن 47448 است.
عدد کروموزومی این گونه در تحقیق حاضر 2n=2x=16 و عدد پایه کروموزومی x=8 به دست آمد که با گزارشهای قبلی دربارة عدد کروموزومی توسط Küpfer (1980) مربوط به جمعیت کرمانشاه و چهارمحال و بختیاری وAryavand (1975) مربوط به جمعیت اصفهان (همایونشهر) مطابقت دارد. کاریوتایپ این گونه شامل شش جفت کروموزوم متاسانتریک و دو جفت کروموزوم ساب متاسانتریک (6m+2sm) بود (شکل 1B، جدول 1). کروموزومهای این گونه در کلاس 1A قرار میگیرند. همچنین، وجود درصد بالای TF و Syi در این گونه نشاندهندة کاریوتایپ متقارن در آن است. علاوه بر این، مقدار نسبتاً پایین شاخص عدم تقارن کاریوتایپ (Ask%) و میزان بالای شاخص تقارن (S%)، تقارن کاریوتایپ این گونه را تأیید میکند.
Matthiola flavida Boiss.: 2n=12
این گونه در کشورهای ایران، افغانستان و پاکستان پراکنش دارد (POWO, 2023; Assadi, 2017). نمونه مطالعهشده از این گونه متعلق به استان فارس، مرودشت، ارتفاع 1750 متر است. مختصات جغرافیایی نقطه جمعآوریN: 32°, 03ˊ, 13”; E: 52°, 39ˊ, 15” و کد بانک ژن بذر مربوط به آن 46916 است.
عدد کروموزومی نمونههای این گونه بهصورت 2n=2x=12 و عدد پایه کروموزومی x=6 مشخص شد؛ بنابراین، در این گونه 4 جفت کروموزوم متاسانتریک، 1 جفت کروموزوم ساب متاسانتریک و 1 جفت کروموزوم ساب تلوسانتریک وجود دارد (شکل 1C، جدول 1). نکته مهم این است که این اولین شمارش کروموزومی گزارششده برای گونه
Matthiola flavida است که یافته ارزشمندی دربارة سیتولوژی این گونه ارائه میدهد. کروموزومها تقریباً بزرگ هستند و ازنظر تقارن در کلاس 2A قرار میگیرند. وجود درصد کمتر TF در این گونه نشاندهندة کاریوتایپ نامتقارن در آن است.
Matthiola tomentosa Bél. (=Matthiola ovatifolia (Boiss.) Boiss.): 2n=12
گونه M. ovatifolia در ایران و ترکیه پراکندگی دارد (POWO, 2023). نمونه مطالعهشده از این گونه متعلق به استان فارس، آباده، ارتفاع 2000 متر است. مختصات جغرافیایی نقطه جمعآوری N: 31°, 00ˊ, 30”; E: 52°, 51ˊ, 55” و کد بانک ژن بذر مربوط به آن 45941 است.
این گونه، دیپلوئید (x=6) و دارای عدد کروموزومی 2n=2x=12 است. کاریوتایپ این گونه شامل کروموزومهای متاسانتریک و ساب تلوسانتریک با فرمول کاریوتایپی 4m+2st است و کروموزومهای آن در کلاس 2A قرار میگیرند (شکل1 D، جدول 1). این شمارش با یافتههای قبلی Cartier (1983) در ایران، تهران، سرخه حصار، Maassoumi (1980) و Ghaffari (2008) در جمعیتهای متعلق به تهران مطابقت دارد. جالب توجه است که این گونه کمترین
TF% (34/0) و Syi% (51/0) را دارد و بنابراین دارای کاریوتایپ نامتقارن است. همچنین، بالاترین S% (55 درصد) و Ask% (65/0) را دارد که نشاندهندة کاریوتایپ نامتقارن در این گونه است (جدول 1).
Sisymbrium erysimoides Desf.: 2n=14
این گونه در مناطق متعددی ازجمله قسمتهای مدیترانهای اروپا، ایران، عراق، پاکستان، فلسطین، سوریه، شبه جزیره عربستان و شمال آفریقا پراکنش دارد (POWO, 2023; Assadi, 2017). نمونه مطالعهشده از این گونه متعلق به استان بوشهر، ارتفاع 820 متر است. مختصات جغرافیایی نقطه جمعآوری N: 29°, 06ˊ, 25”; E: 51°, 36ˊ, 07” و کد بانک ژن بذر مربوط به آن 46711 است.
این گونه، دیپلوئید (x=7) با عدد کروموزومی 2n=2x=14 تعیین شد. در این نمونه، شش جفت کروموزوم متاسانتریک (m) و یک جفت باقیمانده ساب متاسانتریک (sm) بود و بنابراین فرمول کاریوتایپی آن بهصورت (6m+1sm) است (شکل 1E). همچنین، این گونه ازنظر تقارن در کلاس 2B قرار میگیرد (جدول 1). این نتایج با یافتههای قبلی گزارششده توسط DíazLifante et al (1992) در فلسطین اشغالی و Jonsell (1976) در اتیوپی مطابقت دارد. نتایج حاصل از این مطالعه درصد بالای TF و Syi را نشان میدهد که نشاندهندة کاریوتایپ متقارن در این گونه است. علاوه بر این، مقدار کم شاخص عدم تقارن کاریوتایپ (Ask%) و میزان بالای شاخص تقارن (S%)، وجود کاریوتایپ متقارن در این گونه را تأیید میکند.
Sterigmostemum longistylum (Boiss.) Kuntze.: 2n=14
گونهS. longistylum انحصاری ایران محسوب میشود و در استانهای اصفهان، یزد، فارس، کرمان و هرمزگان پراکنده است(POWO, 2023; Assad, 2017). نمونه مطالعهشده از این گونه متعلق به استان کرمان، بردسیر، ارتفاع 1843 متر است. مختصات جغرافیایی نقطه جمعآوری N: 29°, 28ˊ, 61”; E: 57°, 60ˊ, 42” و کد بانک ژن بذر مربوط به آن 45518 است.
این گونه، دیپلوئید (x=7) و دارای عدد کروموزومی 2n=2x=14 است. فرمول کاریوتایپی آن 3m + 4sm است و
3 جفت کروموزوم متاسانتریک و 4 جفت کروموزوم ساب متاسانتریک دارد. علاوه بر این، ازنظر تقارن در کلاس 2B قرار میگیرد (شکل 1F، جدول 1). این اولین گزارش از تعداد کروموزوم و جزئیات کاریوتایپ برای این گونه است. وجود درصد پایین TF در این گونه وجود یک کاریوتایپ نامتقارن را نشان میدهد. همچنین، مقدار بالای شاخص
عدمتقارن کاریوتایپ یا Ask% و میزان پایین شاخص تقارن یا S% حاکی از همین موضوع است.
جدول 1- عدد کروموزومی و پارامترهای کاریوتایپی مربوط به شش گونه متعلق به گونههای مختلف خانواده Brassicaceae. CL: طول کروموزوم به میکرون، q: بازوی بلند به میکرون، p: بازوی کوتاه به میکرون، TF%: درصد شکل کلی کروموزوم، S%: شاخص تقارن، AsK%: شاخص عدم تقارن کاریوتایپ Arano، Syi%: شاخص تقارن کاریوتایپ، SC: کلاس تقارن Stebbins و KF: فرمول کاریوتایپی
(m: متاسانتریک، sm: ساب متاسانتریک، st: ساب تلوسانتریک).
Table 1- Chromosome number and karyotypic parameters related to six species belonging to different species of the Brassicaceae family. CL: Chromosome length in microns, q: long arm in microns, p: short arm in microns, TF%: percentage of total chromosome form, S%: Symmetry index, AsK%: Arano's Asymmetry Index of Karyotype, Syi%: Karyotype Symmetry Index, SC: Stebbins' Symmetry Class, and KF: Karyotype Formula (m: metacentric, sm: submetacentric, st: subtelocentric).
|
نام گونه |
عدد کروموزومی |
CL |
p |
q |
TF% |
S% |
Ask% |
Syi% |
SC |
KF |
|
Odontarrhena lanigera |
2n=2x=16 |
28/1 |
56/0 |
72/0 |
44/0 |
44/0 |
55/0 |
77/0 |
2B |
7m+1sm |
|
Aubrieta parviflora |
2n=2x=16 |
05/2 |
88/0 |
3/1 |
40/0 |
53/0 |
59/0 |
67/0 |
1A |
6m+2sm |
|
Matthiola flavida |
2n=2x=12 |
95/6 |
68/2 |
34/4 |
38/0 |
5/0 |
61/0 |
61/0 |
2A |
4m+1sm+1st |
|
Matthiola tomentosa |
2n=2x=12 |
41/5 |
85/1 |
56/3 |
34/0 |
55/0 |
65/0 |
51/0 |
2A |
4m+2st |
|
Sisymbrium erysimoides. |
2n=2x=14 |
88/1 |
81/0 |
07/1 |
42/0 |
49/0 |
57/0 |
75/0 |
2B |
6m+1sm |
|
Sterigmostemum longistylum |
2n=2x=14 |
84/2 |
03/1 |
81/1 |
36/0 |
44/0 |
63/0 |
56/0 |
2B |
3m+4sm |
شکل 1- کروموزومهای متافازی و ایدیوگرام آنها. A: Odontarrhena lanigera (2n=2x=16)، B: Aubrieta parviflora (2n=2x=16)،
C: Matthiola flavida (2n=2x=12)، D: Matthiola tomentosa (2n=2x=12)، E: Sisymbrium erysimoides (2n=2x=14)،
F: Sterigmostemum longistylum (2n=2x=14). مقیاس: 10 µm.
Figure 1- Metaphase chromosomes and their ideograms. A: Odontarrhena lanigera (2n=2x=16), B: Aubrieta parviflora (2n=2x=16), C: Matthiola flavida (2n=2x=12), D: Matthiola tomentosa (2n=2x=12), E: Sisymbrium erysimoides (2n=2x=14), F: Sterigmostemum longistylum (2n=2x=14). Scale: 10 µm.
سپاسگزاری
نویسندگان از بخش تحقیقات منابع طبیعی مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان اصفهان و همچنین مؤسسه تحقیقات جنگلها و مراتع ایران برای حمایت از این مطالعه تشکر میکنند.