کلمات کلیدی: آفتابگردان، تنوع ژنتیکی، چندشکلی، نشانگر، ISSR
1-1-اهمیت و ضرورت انجام تحقیق
روغن یکی از ضروریترین مواد غذایی برای تغذیه انسان بوده که کمیت و کیفیت آن تاثیر چشمگیری بر سلامت انسان دارد (ناصری, 1375). دانههای روغنی دومین منبع غذایی مردم جهان را تشکیل میدهند (باراک[1]، 2006). این محصولات علاوه بر دارا بودن ذخایر اسیدهایچرب حاوی پروتئین نیز میباشند. استفاده از پروتئینهای گیاهی به جای گوشت و نیز معرفی دانههای روغنی جدید مانند سویا و کلزا به بازارهای جهانی سبب اهمیت روز افزون این محصولات شده است. همگام با رشد جمعیت و بهبود سطح زندگی به خصوص در کشورهای در حال توسعه، تقاضا برای روغنها و نیز پروتئینهای گیاهی که از محصولات فرعی دانههای روغنی میباشد، افزایش یافته است و از این رو یکی از مهمترین مسائل مورد بحث در کشاورزی و صنعت کشورها به شمار میرود (کاکای[2] و همکاران، 2009). همچنین افزایش مصرف کنجاله دانههای روغنی در تغذیه دام و طیور نیز نیاز به تولید دانههای روغنی را در جهان افزایش داده است (سیداحمدی و کریمی, 1382). اهمیت روغنهای نباتی نیز به دلیل افزایش جمعیت و بالا رفتن میزان مصرف، روز به روز بیشتر میشود. از این رو لزوم برنامهریزی بلند مدت و منسجم با هدف نیل به خود کفایی در تولید روغن خوراکی غیر قابل انکار خواهد بود (شیرانیان و دهشیری[3]، 2003 ).
مصرف روغن در ایران طی سالهای اخیر به دلیل رشد جمعیت و مصرف سرانه، افزایش یافته است، به طوری که با در نظر گرفتن مصرف سرانه 14 کیلوگرم، سالانه حدود 750 هزار تن روغن مورد نیاز میباشد. این در حالی است که کمتر از 10% از این روغن، در داخل کشور تولید میگردد (سپهر و همکاران، 1382)
در حال حاضر بیش از 85% روغن خوراکی مورد نیاز کشور از خارج وارد میشود که این به نوبه خود سبب وابستگی شدید به واردات روغن و در نتیجه خروج ارز از کشور میشود با توجه به اهمیت روغن در جیره غذایی انسان، ضرورت کشت دانههای روغنی و نزدیک شدن به خود کفایی در زمینه تولید روغن مورد نیاز کشور بسیار پراهمیت میباشد (عطاییکچویی و همکاران، 1388).
آفتابگردان یکی از مهمترین گیاهان روغنی به شمار میآید که بعد از پنبه و سویا بیشترین سهم تولید داخلی را به خود اختصاص داده است (خطیبی و همکاران، 1392) روغن آن به دلیل داشتن اسیدهای چرب غیراشباع فراوان و همچنین فقدان كلسترول از كیفیت بالایی برخوردار است (نظامی و همکاران، 2008). و سطح زیر کشت آن در سالهای اخیر در کشور کاهش یافته است (صفاری، 1381) و درحال حاضر بیش از80000 هکتار میباشد (رحیمی و همکاران، 1382). این محصول با داشتن حدود 40-50% روغن با کیفیت مطلوب، میتواند به عنوان یک گیاه زراعی مطمئن در دامنه وسیعی از شرایط محیطی، عملکرد قابل توجهی داشته باشد (کریمزادهاصل، 1382)
آفتابگردان عمدتا به عنوان یک منبع تامین کننده روغن در جهان مطرح است. و عملکرد آن در خاکهای نسبتا فقیر رضایتبخش بوده و به همین دلیل در محدوده وسیعی از زمینهای کشاورزی کشت میشود. به گرما و سرما مقاوم است در مواردی که درجه حرارت از 10 درجه سانتیگراد کمتر نشود، رشد نمو آن رضایتبخش خواهد بود این درجه حرارت کمتر را بدون صدمه میتواند تحمل کند این سازگاری مطلوب باعث گردیده که کشت آن در شرایط اقلیمی متفاوت امکانپذیر گردد (کوچکی و همکاران، 1367).
1-2-پرسش تحقیق
آیا امکان بررسی تنوع ژنتیکی تودههای بومی آفتابگردان استان خراسان شمالی با استفاده از نشانگر مولکولی ISSR وجود دارد؟
آیا در بین تودههای مورد بررسی تنوع ژنتیکی وجود دارد؟
1-3-اهداف تحقیق
ارزیابی امکان استفاده از نشانگر مولکولی ISSR در بررسی تنوع ژنتیکی آفتابگردان
بررسی تنوع ژنتیکی توده[4]های آفتابگردان مورد بررسی با استفاده از نشانگر مولکولی ISSR
تعیین میزان فاصله ژنتیکی بین تودههای مورد بررسی و استفاده از اطلاعات به دست آمده در مراکز تحقیقاتی
1-4-فرضیهها
تنوع ژنتیکی بین تودههای بومی آفتابگردان استان خراسان شمالی وجود دارد.
برای تشخیص تنوع ژنتیکی آفتابگردان، میتوان از نشانگرهای مولکولی استفاده کرد.
روش ISSR روش مناسبی برای بررسی تنوع ژنتیکی است.
1-5-هنر و دانش اصلاح نباتات
هنر اصلاح نبات به مهارت اصلاح کننده در مشاهده و تشخیص خصوصیات اقتصادی، محیطی، تغذیهای یا ارثی وابسته است. قبل از اینکه اصلاح کنندگان، آگاهی و دانش کنونی را کسب نمایند، به طور عمده به مهارت و داوری خود در انتخاب گیاهان جدیدی که به طریق بذر یا رویشی تکثیر میشد تکیه داشتند. بنابراین انتخاب، قدیمیترین شکل اصلاح نبات بود (اسلیپر و پولمن[5]، 1387).
اگرچه، گیاهان زراعی در ابتدا به واسطه نتایج جستجوی غیرهدفمند انسان (برای منابع مناسب غذا) رو به تکامل نهادند اما امروزه این امر بیشتر از طریق برنامههای اصلاحی مدبرانه حاصل میشود. در حالیکه تغییرات در فعالیتهای زراعی و مکانیزاسیون کشاورزی، تاثیر چشمگیری بر بهرهوری زراعی داشته اند، بهبود عملکرد اغلب گیاهان به سبب بهبود ژنتیکی آنها بوده است. علیرغم پیشرفتهای حاصله، بهبود بیشتر عملکرد و کیفیت محصولات، به سبب رشد جمعیت، افزایش قیمت نهادههایی چون آب، کود و انرژی و ملاحظات مربوط به اثرات کودها و سموم شیمیایی بر زیست بوم و تغییر سریع صلایق مصرف کنندگان، مورد درخواست مستمر قرار دارد (دارویس و سولار[6]، 1983). با پیشرفت دانش ژنتیک و سایر علوم گیاهی وابسته، اصلاح نباتات به علم تبدیل گردید. اصلاح نباتات بر پایهی تشخیص ژن به عنوان واحد وراثت، روشهای تغییر و تحول ژنی و نقش رفتار ژنتیکی، که امکان برآورد دقیق نتایج حاصل از تغییر و تحول ژنی را میدهد بنیان نهاده شد. ژنها با آثارشان بر روی ظهور قابل مشاهدهی صفات گیاهی نظیر پاکوتاهی یا پابلندی یا رنگ سفید یا صورتی گل شناسایی میشدند. از طریق دگرگردهافشانی مهار شده ترکیبات ژنی ویژهای از صفات مطلوب مختلف به داخل یک رقم گیاهی ادغام میگردید.اخیرا دانش ژنتیک مولکولی برای پیشرفت اصلاح نبات، به سطح بالاتری از تکنیک تجربی ارائه گردیده است. ژنتیک مولکولی در توصیف ساختار شیمیایی اسید دیاکسیریبونوکلئیک (DNA)، مادهای که سازندهی ژن است، مشارکت دارد (اسلیپر و پولمن, 1387).
1-6-چرا گیاهان اصلاح میشوند؟
هدف اصلاح نبات تغییر وراثت گیاهی به روشهایی است که عملکرد گیاهی را بهبود بخشد. بهبود عملکرد گیاهی از راههای بسیاری مورد عمل قرار میگیرد. معمولا اهداف اصلی بهنژادی افزایش عملکرد و کیفیت است اگرچه محصول برداشتی دانه، علوفه، الیاف، میوه، غده، گل و یا سایر اندامهای گیاهی باشد، منشا اصلی غذای مردم جهان میباشند. عملکرد بالاتر محصولات گیاهی تاثیر مهمی در تامین غذای فراوان و سودمندتر شدن کشاورزی و کاهش هزینهی محصولات غذایی برای مصرف کننده بر عهده دارند. بهنژادی برای بهبود کیفیت در غذاهای گیاهی، موجب مغذیتر شدن محصول و افزایش سهولت در تهیه غذا یا کاهش حضور ترکیبات سمی میگردد. افزایش سلامت گیاه بر اثر بهنژادی، که منجر به مقاومت در برابر بیماری و آفت میشود، عملکرد و کیفیت محصول را در محیطی با عملیات زراعی مطلوب افزایش میدهد و مصرف سموم شیمیایی را کاهش میدهد (اسلیپر و پولمن, 1387).
1-7-تنوع ژنتیکی[7]
1-7-1-تنوع ژنتیکی و اهمیت مطالعه آن
تنوع، مبنای همه گزینشهاست. انتخاب ژنوتیپی نیز نیازمند تنوع میباشد. با بالا رفتن تنوع ژنتیکی در یک جامعه حدود انتخاب چه در انتخاب طبیعی و چه بطور مصنوعی وسیعتر میشود. با توجه به رابطه مثبت دربین کمیت تنوع ژنتیکی و مقدار وقوع تغییرات تکاملی در آن رابطه مشابهی نیز در بین کارایی بهبود ژنتیکی اصلاح یک جامعه و تنوع ژنتیکی برای صفت مورد علاقه موجود است (عبدمیشانی و شاهنجاتبوشهری، 1376).
جایگزینی ارقام محلی توسط ارقام جدید و خالص (و تولید وسیع یک رقم برتر) تنوع ژنتیکی را در برنامههای زراعی کاهش داده است. خطری که وجود دارد این است که برای برنامههای اصلاحی آینده ممکن است با روند توسعه صنعتی و کشاورزی فشرده در مناطق تنوع ژنتیکی، منابع ژنتیکی ارزشمند از دست بروند (رنجبر، 1386).
تنوع بین گیاهان یک گونه خاص بر دو نوع است، تنوع بر اثر محیط که گیاه به مقادیر مختلف تنش محیطی واکنش میدهد و با مقایسه گیاهان دو جمعیتی که از لحاظ ژنتیکی یکنواخت هستند، میتوان آنرا مشاهده نمود. تاثیر محیط روی یک گیاه، به نتاج آن منتقل نمیشود و بنابر این نژادهای انتخاب شده واکنش یکسانی به تنشهای محیطی خواهند داشت. دسته دوم تنوع ارثی است، این نوع تنوع، به تنوع موجود در یک جمعیت مخلوط ژنتیکی، که از عوامل ارثی ناشی شده و به نتاج انتقال مییابد، اطلاق میگردد. از آنجا که این نوع تنوع، ناشی از عوامل ارثی است و قابلیت انتقال به نتاج را دارد، لذا در اصلاح نباتات و برنامههای اصلاحی حائز اهمیت است. منشاء تنوع ارثی در گیاهان
نوترکیبیهای ژنتیکی، تغییرات در کروموزومها و جهش[8]ها میباشد (محسنیفرد، 1386).
تنوع موجود در یک ژرمپلاسم میتواند، منجر به ارقام بهتر و همچنین استفاده از این تنوع در جهت بهبود خصوصیات رقم زراعی گردد (ارزانی، 1380). طراحی و اجرای یک برنامه اصلاح نباتات برای اصلاح یک صفت کمی، تا حد زیادی به میزان تنوع ژنتیکی ژرمپلاسم بستگی دارد. مطالعه پلیمورفیسم در میان ژرمپلاسم، فرصت گزینش والدین مناسب جهت تلاقی را فراهم میآورد. انتظار میرود این والدین در تلاقی با هم نتاج برتری تولید کرده و میانگین صفات را در جمعیت بالا ببرند. همچنین بررسی تنوع ژنتیکی و تعیین فاصله ژنتیکی نسبی موجود بین افراد یا جمعیتها در برنامههای اصلاحی اهمیت ویژهای دارد، زیرا سازماندهی ژرمپلاسم و گزینش، بطور موثری انجام میشود. در آغاز یک برنامه اصلاحی، آگاهی از روابط خویشاوندی و فیلوژنی در میان ژنوتیپها تکمیل کننده اطلاعات فنوتیپی، در پیشبرد اصلاحی جمعیتها است. همچنین اطلاع از شباهتهای ژنتیکی در بین ژنوتیپها موجب میشود انتخاب والدین در یک تلاقی، بطور موثرتری انجام پذیرد (نلی[9] و همکاران، 1999).
1-7-2-فرسایش ژنتیکی[10]
از بین رفتن منابع ژنتیکی یا ذخایر توارثی را فرسایش ژنتیکی گویند (فارسی و باقری, 1383). امروزه ذخایر توارثی گیاهی مهمترین، پرارزشترین و حیاتیترین ذخایر منابع طبیعی بشر محسوب میگردند و ارزش مادی و معنوی آنها به هیچ عنوان با سایر ذخایر و منابع طبیعی قابل مقایسه نمیباشد (وجدانی, 1372). در حدود سال 1950 این نظریه قوت گرفت که منابع ژنتیکی طبیعی به سرعت در حال تخریب میباشند و یا به اصطلاح فرسایش ژنتیکی اتفاق میافتد. در حقیقت، فرسایش ژنتیکی در طول دهها سال بر اثر سرعت زیاد در تخریب منابع ژنتیکی تداوم یافته است و اگر با همان سرعت پیش میرفت تا سال 2000 مخازن ژرمپلاسم طبیعی همه نابود شده بودند (اسمال[11]و همکاران، 1995). بنابراین گیاهان با تمام ارزشهای مادی که برای بشر دارند متاسفانه به دلیل سیستمهای دفاعی ضعیف خود تحت تاثیر عوامل فرساینده منابع ژنتیکی متعددی قرار گرفته و به سرعت به زوال و نابودی کشیده میشوند.
از مهمترین عوامل فرساینده منابع ژنتیکی میتوان به سوانح طبیعی مانند سیل، آتشسوزی، چرای بیرویه حیوانات، بهرهبرداری بیرویه بشر از درختان جنگلی، توسعه شهرنشینی و صنعت، توسعه شبکه راههای مختلف و امکانات حمل و نقل، توسعه کشاورزی مدرن و جایگزینی ارقام اصلاح شده به جای ارقام بومی، اثرات سوء استفاده از نهادههای کشاورزی مثل سم و کود و بالاخره اثرات سوء استفاده از ماشینآلات سنگین بر روی بافت خاک و پوشش گیاهی اشاره نمود (وجدانی, 1372).
1-7-3-حفاظت از ذخایر توارثی
ایجاد ارقام برتر از نظر زراعی که به افزایش تولید گندم کمک کردهاند، بدون استفاده از تنوع ژنتیکی امکانپذیر نبوده است. آنچه مسلم است این میباشد که موفقیت آینده متخصصان اصلاح نباتات به حفظ ذخایر ژنتیکی امروز بستگی دارد تا بتوانند از آن در برنامههای آتی اصلاحی خود استفاده کنند. اصلاح نباتات در صورتی شانس موفقیت در برنامههای اصلاحی خود را دارد که امکان انتخاب مواد مناسب و تنوع وجود داشته باشد. از طرفی دیگر عوامل فرساینده ژنتیکی مختلفی باعث حذف و نابودی این ثروت خدادادی و پر ارزش شدهاند، بنابراین سرمایهگذاری برای ایجاد کلکسیونهای گیاهی و بانکهای ژن به منظور حفظ و نگاهداری دائمی ذخایر توارثی گیاهی ضروری است. هدف کلی بانکهای ژن حفظ و نگهداری دائمی ذخایر توارثی گیاهی و فراهم آوردن امکانات بهرهبرداری هر چه بیشتر و مفیدتر آنها و جمع آوری اطلاعات مربوط به بانکهای ژن برای استفاده اصلاح کنندگان نباتات در جهت پیشبرد اهداف تحقیقات کشاورزی میباشد و وظایف آنها را میتوان به صورت زیر خلاصه نمود:
مطالعات و بررسیهای اولیه مشتمل بر تنوع ژنتیکی و پراکنش جغرافیایی گونهها
جمع آوری نمونههای بذری و گیاهی از ارقام بومی و خویشاوندان وحشی گیاهان
حفاظت و نگاهداری ذخایر توارثی گیاهی
احیا و ارزیابی منابع ژنتیکی گیاهان جمعآوری شده
ثبت کامپیوتری اطلاعات موجود (فضلآبادی, 1384).
1-7-4-هتروزیس[12]
یک فرد هتروزیگوت که از تلاقی دو والد نامشابه به دست میآید، هیبریدی است که معمولا رشد زیاد و هیکل قوی دارد. این رشد عالی تحت عنوان هتروزیس بیان می شود. بنابراین هتروزیس پدیدهای است که هیبرید دو والد نامشابه حداقل نسبت به میانگین والدین، جثه و بنیه بهتری نشان میدهد. هتروزیس پدیدهای است معمول در گونههای دگربارور، و در بعضی از گیاهان خودبارور هم گزارش شده است. کلمه هتروزیس یک کلمه یونانی است که از دو کلمه Heteros به معنی اختلاف و Osis به معنی حالت گرفته شده است. هتروزیس دقیقا عکس پدیدهی پسروی یا انحطاط ناشی از خویشآمیزی است که غالبا در گیاهان دگر بارور مشاهده میشود (فارسی و باقری, 1383).
در زمان انتخاب روش اصلاحی سطح و میزان هتروزیس موجود برای یک صفت بایستی مد نظر قرار گیرد. هتروزیس ابتدا به صورت موفقیتآمیز در ذرت استفاده شد، اما اکنون در بسیاری از گیاهان دگربارور و خودبارور از پدیده هتروزیس و تولید بذر هیبرید استفاده میشود. در تهیه هیبریدهای برتر هرچه دو لاین والدینی از نظر ژنتیکی از هم دورتر باشند، میزان هتروزیس درF1 بیشتر است، بنابراین میتوان لاینهای مورد بررسی را به گروههای نامشابه مورد اعتمادی تقسیم کرد و در نتیجه از تعداد تلاقیهایی که باید انجام و بررسی شوند به طور چشمگیری کاسته میشود (نبیپور و همکاران، 1386). همچنین با توجه به اینکه آفتابگردان دورگ عملکرد بیشتری از لاینهای اینبرد دارد، لزوم تعیین تنوع ژنتیکی در این گیاه از اهمیت ویژهای برخوردار است و استفاده از روشهای جدید ارزیابی ژنتیکی به منظور انتخاب والدین دورگ و تعیین میزان قرابت ارقام ضروری میباشد (غفاریپور و همکاران، 1384).
اصلاح نباتات، بعنوان فرآیند مورد استفاده در طی قرنها، به میزان زیادی به گزینش صفات مطلوب بستگی دارد. این گزینشها اغلب شامل چرخههای متعدد اصلاحی به منظور انتقال خصوصیات مطلوب زراعی و کیفی از والدین متفاوت به یک ژنوتیپ منفرد میباشند. پیشرفتهای جدید در بیوتکنولوژی منجربه توسعه ابزارهای بدیعی که نوید بخش اصلاح نباتات سریعتر و دقیقتر میباشند شده است. در این میان، مارکرهای مولکولی نوید بخشترین ابزارها هستند. مارکرهای مولکولی قطعاتی از DNA گیاه هستند که اصلاحگران برای تشخیص حضور و یا عدم حضور آللهای مورد علاقه در گیاهان مورد آزمایش بکار میبرند و بنابراین از آنها بعنوان ابزارهای گزینش بهره میبرند. گزینش گیاهان مطلوب برپایه مارکرهای متصله را در اصطلاح گزینش به کمک مارکر مینامند. با استفاده از مارکرهای مولکولی، اصلاحگران میتوانند روشهای گزینش بر پایه فنوتیپ که شامل گیاهان در حال رشد تا گیاهان بالغ است را کوتاهتر ساخته و خصوصیات فیزیکی آنها را به منظور آگاهی از ساختار بنیادین ژنتیکی آنها مورد بررسی دقیق قرار دهند) انشری[13] و همکاران، 2004).
1-8-نشانگرهای مولکولی[14]
مفهوم نشانگر ژنتیکی[15] موضوع جدیدی نمیباشد .در قرن نوزدهم، گرگور مندل نشانگرهای ژنتیکی مبتنی بر فنوتیپ را در ازمایشهای خود به کار برد. پس از آن نشانگر ژنتیکی مبتنی بر فنوتیپ برای مگس سرکه[16] منجر به پیدایش نظریه پیوستگی ژنی شد. این مفهوم زمانی تحقق مییابد که مکانهای ژنتیکی نزدیک به هم، همزمان و با هم به ارث برده میشوند (موندینی[17] و همکاران، 2009).
فرم در حال بارگذاری ...
