شناسایی مولکولی و تحلیل تنوع ژنتیکی Ocimum basilicum L. با استفاده از توالی های کلروپلاستی matK و نشانگرهای SNP در سطح کل ژنوم

هدف: ریحان شیرین (Ocimum basilicum L.) یکی از گیاهان معطر و اقتصادی مهم است که برای بهینه سازی برنامه های اصلاح نژادی و حفاظت از ذخایر ژرم پلاسم، نیازمند مطالعات ژنتیکی جامع می باشد. هدف این پژوهش، بررسی تنوع ژنتیکی و ساختار جمعیتی ریحان های کشت شده با استفاده از ترکیب روش بارکدگذاری DNA کلروپلاستی (matK) و نشانگرهای تک نوکلئوتیدی گسترده در سراسر ژنوم (SNP) بود.مواد و روش ها: در این مطالعه، ۳۰ نمونه ژنتیکی (اکسشن) مختلف از O. basilicum مورد بررسی قرار گرفتند (۱۰ اکسشن از هر یک از سه منطقه جغرافیایی متفاوت در بغداد، عراق). ژن matK از تمامی نمونه ها تکثیر و با استفاده از روش تعیین توالی سانگر (Sanger Sequencing) توالی یابی شد. همچنین، نشانگرهای SNP ژنومی با استفاده از روش تعیین ژنوتیپ مبتنی بر توالی یابی (GBS؛ Genotyping-by-Sequencing) تولید شدند. پس از کنترل کیفیت داده ها، تعداد ۶۲۳۴ نشانگر SNP با کیفیت بالا برای تحلیل های بعدی تایید گردید. تنوع ژنتیکی، ساختار جمعیت و میزان تمایز ژنتیکی با استفاده از تحلیل هاپلوتیپی، نرم افزار STRUCTURE، تحلیل مختصات اصلی (PCA)، تحلیل واریانس مولکولی (AMOVA) و شاخص های Fst مورد ارزیابی قرار گرفت.نتایج: توالی یابی ژن matK وجود تنوع ژنتیکی متوسط را در قالب هشت هاپلوتیپ نشان داد (Hd = ۰.۶۸۵ ± ۰.۰۴۵؛ π = ۰.۰۰۷۶ ± ۰.۰۰۱۲). در مقابل، تحلیل SNPها کمبود قابل توجه هتروزیگوت ها را آشکار ساخت (Ho = ۰.۰۹۲ ± ۰.۰۳۸؛ He = ۰.۲۵۱ ± ۰.۰۷۲؛ Fis = ۰.۶۳۴ ± ۰.۰۸۹؛ P < ۰.۰۰۱). خوشه بندی بیزی سه جمعیت ژنتیکی متمایز (K = ۳) را شناسایی کرد. نتایج تحلیل AMOVA نشان داد که ۳/۲۴ درصد از کل تنوع ژنتیکی به تفاوت میان جمعیت ها مربوط می شود (Φst = ۰.۲۴۳؛ P < ۰.۰۰۱). به طور کلی، نشانگرهای SNP نسبت به ژن matK قدرت تفکیک بیشتری داشتند و همبستگی متوسطی میان روابط ژنتیکی حاصل از این دو روش مشاهده شد (Mantel r = ۰.۵۲۳؛ P = ۰.۰۰۲).نتیجه گیری: نتایج این مطالعه نشان می دهد که سه جمعیت ژنتیکی متمایز با جریان ژنی محدود وجود دارند که برای حفظ تنوع ژنتیکی، نیازمند برنامه های حفاظتی مستقل هستند. کمبود چشمگیر هتروزیگوت ها بیانگر آن است که تلاقی بین جمعیت های ژنتیکی متمایز می تواند موجب افزایش هتروزیس (برتری دورگه ای) در برنامه های اصلاح نباتات شود. یافته های این پژوهش بینش های جدیدی درباره ساختار ژنتیکی ریحان کشت شده فراهم می کند؛ از جمله وجود سه خوشه ژنتیکی مشخص، کمبود ساختارمند هتروزیگوت ها و همخوانی نسبی میان ژنوم کلروپلاستی و ژنوم هسته ای. این نتایج می توانند در درک بهتر جریان ژنی، اثرات اهلی سازی، تمایز جمعیت ها و تدوین راهبردهای آینده برای اصلاح و حفاظت ژنتیکی ریحان موثر باشند.

کلیدواژه ها:

بارکدگذاری DNA ، ژنتیک جمعیت ، ژنوتیپ سازی مبتنی بر SNP ژنومیک حفاظتی ، کمبود هتروزیگوت