نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

لرگ گیاهی است درختی، با قدمت کهن در شمال ایران، که به تازگی جمعیت‌های کوچکی از آن در غرب ایران، در استان‌های لرستان و ایلام نیز گزارش شد. این تحقیق به منظور بررسی میزان تنوع جمعیتی و تمایز جمعیت‌های غرب از جمعیت‌های هیرکانی و میزان آسیب پذیری آن‌ها براساس نشانگر ISSR انجام پذیرفت. بدین منظور از حدود 10-8 پایه درختی از هر یک از رویشگاه‌های غرب (استان‌های ایلام و لرستان) به همراه چهار رویشگاه در شمال ایران (رضوانشهر، پارک جنگلی نور، سوادکوه و کردکوی) انتخاب، DNA از برگ استخراج و تنوع ژنتیکی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصل از آنالیز واریانس مولکولی، نشان داد که تنوع مربوط به درون جمعیت‌ها 88 درصد و بین جمعیت ها 12 درصد است. میانگین شاخص شانون برای جمعیت‌های مورد مطالعه 157/0 و میانگین هتروزیگوسیتی درون جمعیتی از 064/0 تا 119/0 متغییر است. دندروگرام حاصل از الگوریتم نزدیکترین همسایه، جمعیت‌ها را به دو گروه اصلی طبقه بندی کرد که جمعیت های غربی (لرستان و ایلام) در گروه اصلی اول به همراه جمعیت سوادکوه از شمال ایران قرار گرفتند. آنالیز PCoA نشان داد که جمعیت لرستان با یک فاصله نسبتا زیاد از سایر جمعیت‌ها متمایز است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Genetic Differentiation of Pterocarya fraxinifolia (Lam.) Spach populations In Iran using ISSR markers

چکیده [English]

Pterocarya fraxinifolia is an ancient tree in north of Iran that have been recently reported two small stand of this species in west of Iran, Lorestan and Ilam province. In this study, population diversity and genetic differentiation of west populations and their vulnerability were assessed using ISSR markers. Eight to ten trees were selected from two west population as well as four populations of north of Iran, DNA extracted from leaf and genetic diversity was evaluated. AMOVA result indicated that the value of intra and inter population diversity is 88% and 12%, respectively. Shannon index is 0.157 and mean of heterozygosity is variable 0.064 to 0.119. Based on neighbor joining algorithm, the under study populations were split to two main groups that the west populations (Ilam and Lorestan) as well as Savadkouh were comprised the main group 1. Also, PCoA analysis showed clearly differentiation of Lorestan population from other under study populations.

کلیدواژه‌ها [English]

  • genetic differentiation
  • population diversity
  • Clustering
  • Genetic markers

تنوع ژنتیکی و میزان آسیب پذیری جمعیت­های لرگ (Pterocarya fraxinifolia Lam.) در منطقهرویشی زاگرس با استفاده از نشانگرISSR

فاطمه مستاجران، حامد یوسف زاده* و مسلم اکبری نیا

ایران، نور، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده منابع طبیعی، گروه جنگلداری

تاریخ دریافت: 15/9/94                تاریخ پذیرش: 27/6/96

چکیده

لرگ درختی است با قدمت کهن در شمال ایران، که اخیراً جمعیت­های کوچکی از آن در غرب ایران، در استان­های لرستان و ایلام نیز گزارش شده است. این تحقیق بمنظور بررسی میزان تنوع جمعیتی و تمایز جمعیت­های غرب از جمعیت­های هیرکانی و میزان آسیب پذیری آنها  براساس شاخص­های آماری ژنتیکی انجام پذیرفت. بدین منظور از حدود 10-8 پایه درختی در هر دو رویشگاه غرب بهمراه چهار رویشگاه در شمال ایران نمونه برگ تهیه، DNA استخراج و تنوع ژنتیکی بر اساس نشانگر ISSR مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصل از آنالیز واریانس مولکولی، بیانگر درصد بالایی از تنوع مربوط به درون جمعیت­ها (88%) و درصد پایینی از تنوع مربوط بین جمعیت­ها (12%) است. میانگین شاخص شانون برای جمعیت­های مورد مطالعه 157/0 و میانگین هتروزیگوسیتی درون جمعیتی از 064/0 تا 119/0 متغییر است. دندروگرام حاصل از الگوریتم نزدیکترین همسایه،جمعیت­ها را به دو گروه اصلی طبقه بندی کرد که جمعیت های غربی (لرستان و ایلام) در زیر گروه اول و دوم گروه اصلی اول بهمراه جمعیت سوادکوه از شمال ایران قرار گرفتند. بررسی تمایز ژنتیکی نیز نشان داد که جمعیت لرستان با یک فاصله نسبتا زیاد از سایر جمعیت­ها متمایز است.

واژه­های کلیدی: تمایز ژنتیکی، تنوع جمعیتی، نشانگرهای ژنتیکی، خوشه بندی

* نویسنده مسئول، تلفن: 01226253101، پست الکترونیکی: h.yousefzadeh@modares.ac.ir

مقدمه

 

لرگ درختی به ارتفاع و قطر تا 35 و130 متر و پوستی عمیقا شیاردار می­باشد (7). این گونه سریع الرشد همانند بلوط از قدرت جست­دهی بالایی برخوردار است و در حال حاضر در ترکیه به ­صورت پراکنده یا در گروه­های کوچک (11،10،17،30و37)، در جنوب قفقاز، جنگل­های هیرکانی در ایران، آذربایجان و آناتولی در اطراف رودخانه­ها و مسیل­هارویش دارد (40). البته لرگ به­صورت گسترده در باغ­های اروپا کشت می­شود (47). گونه­های همراه آن بویژه در جنگل هیرکانی توسکای ییلاقی، توسکای قشلاقی، پلت، ممرز، سفیدپلت، ون و گردو می­باشد (1).

جالب توجه است که اخیراً جمعیت­های کوچکی از لرگ در غرب ایران، در استان­های لرستان (با مساحتی معادل 5/1 هکتار) و ایلام نیز گزارش شده است (9،3و37). اما تاکنون دلایل علمی مبنی بر طبیعی یا دست­کاشت بودن دو توده لرگ استان­های لرستان و ایلام بیان نشده است. Akhani و Salimian (9) خالص بودن پایه­های لرگ استان لرستان را نتیجه دست­کاشت بودن این توده ندانسته و این موضوع را با احتمال زیاد به انتشار از طریق ریشه­جوش مرتبط می­دانند. همچنین با توجه به اینکه لرگ ارزش تولید چوب قابل ملاحظه­ای ندارد، انتقال این گونه از جمعیت­هایی خارج از منطقه (به عنوان مثال جمعیت­های خزری) به روستایی دور افتاده در لرستان را منطقی نمی­دانند. در واقع هیچ جایی از ایران این گونه کشت نشده است. هر چند این دو محقق معتقدند پایه­های فعلی لرگ در زاگرس مرکزی می­تواند به عنوان یک جمعیت باقی مانده در نظر گرفته شود، که قادر به زنده­­مانی در شرایط اقلیمی مناسب توسط تکثیر رویشی از طریق ریشه جوش می­باشد، اما قضاوت نهایی را منوط به مطالعات بیشتر در منطقه می­دانند. این در حالی است که مردم محلی بر این باورند، پایه­های لرگ منطقه شول­آباد لرستان توسط فردی انگلیسی زبان در ادوار گذشته به آن منطقه وارد شده است.

نظر به اینکه رویشگاه­های موجود این گونه در سطح جنگل­های زاگرس به شکل فعلی نادر و کمیاب است، شایسته است این رویشگاه­ها به عنوان ذخایر ژنتیکی کشور تحت حمایت و حفاظت قرار گیرند (3). حفاظت اصولی و حتی برنامه­های احیاء و توسعه، زمانی با موفقیت همراه خواهد بود که از پشتوانه شناخت کافی از جمعیت­های موجود و مخاطرات آنها، نیازهای اکولوژیک و تنوع ژنتیکی گونه­ها برخوردار باشد. از آنجا که بقاء طولانی مدت چنین جمعیت­هایی وابسته به حفظ و نگهداری تنوع ژنتیکی درون و بین جمعیتی بمنظور سازگاری با تغییرات محیطی است (16،20و14)، بنابراین استفاده از ابزارهایی که بتواند با دقت مناسبی میزان و سطح تنوع ژنتیکی را برآورد نماید اولین گام در راستای حفاظت اصولی از این جمعیت­هاست.

جهت بررسی تنوع ژنتیکی جمعیت­های مختلف یک گونه نشانگرهای متعددی مورد استفاده قرار می گیرد (28،4و25) که یکی از این نشانگرها، نشانگر بین ریزماهواره­ای (ISSR) است. این نشانگر تاکنون برای بررسی تنوع ژنتیکی بسیاری از گونه­های گیاهی مورد استفاده قرار گرفته است (19،29،5و32). برای مثال قندهاری و همکاران (6) بمنظور بررسی تنوع ژنتیکی درون و بین جمعیتی سه جمعیت طبیعی شمشاد در شمال کشور از 10 نشانگر ISSR استفاده نمودند. نتایج نشان دهنده تنوع ژنتیکی مطلوبی (%1/34) در بین جمعیت­ها می­باشد. همچنین سهم تنوع ژنتیکی درون جمعیتی در تنوع ژنتیکی کل بیشتر از تنوع ژنتیکی بین جمعیتی برآورد گردید. در مطالعه­ای دیگر، Christopoulos و همکاران (15) با استفاده از 7 نشانگر ISSR به بررسی تنوع ژنتیکی گردو (Juglans regia) منتخب از جمعیت­های بومی یونان در مقایسه با ارقام کشت شده بین المللی پرداختند. ضریب تشابه از 13/0 تا 93/0 (با میانگین 48/0) نشان دهنده درجه بالایی از تنوع می­باشد. همچنین نتایج آنالیز واریانس مولکولی بیانگر تنوع ژنتیکی بالایی در میان جمعیت­ گردوی یونانی (89%) نسبت به تنوع در میان مناطق می­باشد.

در این راستا تاکنون هیچ مطالعه­ای مبنی بر مطالعه تنوع ژنتیکی لرگ با این نشانگر و نیز سایر نشانگرهای مولکولی گزارش نشده است. بنابراین تحقیق حاضر در نظر دارد تا با بررسی تنوع ژنتیکی جمعیت­های لرگ غرب ایران و مقایسه آن با جمعیت­های طبیعی آن در شمال ایران (جنگل هیرکانی) 1- میزان تنوع درون جمعیتی و تمایز جمعیت­های غرب را از جمعیت­های هیرکانی مشخص نماید؛ و 2- میزان آسیب پذیری جمعیت های غرب را براساس شاخص­های آماری ژنتیکی مورد بررسی قرار دهد.

 مواد و روشها

نمونه برداری: برای انجام این تحقیق دو رویشگاه این گونه واقع در منطقه رویشی زاگرس (لرستان، روستای شول­آباد و ایلام، شهرستان بدره) انتخاب و در هر یک از مناطق ذکر شده، 8 تا 10 پایه بالغ نمونه­برداری شد. همچنین جهت مقایسه میزان تمایز جمعیت­های غربی از لرگ­های شمال ایران، چهار رویشگاه (رضوانشهر، پارک جنگلی نور، سوادکوه و کردکوی) در جنگل هیرکانی نیز مورد نمونه­برداری قرار گرفت (شکل 1).


 

شکل1- موقعیت جغرافیایی مناطق مورد مطالعه در این تحقیق

 


استخراج DNA و تکثیر نواحی ISSR: بمنظور استخراج کل DNA ژنومی از بافت برگ نمونه­ها از روش اصلاح شده  Murray و Thompson (36) استفاده شد. جهت تکثیر نواحی مورد نظر با استفاده از 4 پرایمر بین ریزماهواره­ای (جدول 1) مواد لازم بمنظور انجام واکنش PCR در شرایط کاملا استریل و زیر هود با یکدیگر مخلوط شدند. این مواد برای حجم 18 میکرولیتر شامل 6 میکرولیتر مسترمیکس، 1 میکرولیتر پرایمر، 4 میکرولیتر DNA استخراجی و 7 میکرولیتر آب دوبار تقطیر می­باشد. واکنش PCR شامل 5 دقیقه در دمای 94 درجه سانتی­گراد بمنظور واسرشت اولیه، 30 چرخه با دمای 94 درجه سانتی­گراد 30 ثانیه، 54 درجه سانتی­گراد 45 ثانیه و 72 درجه سانتی­گراد 2 دقیقه و در نهایت به مدت 5 دقیقه در دمای 72 درجه سانتی­گراد است. بمنظور مشاهده الگوی نواری، محصول بر روی ژل اکریل آمید بارگذاری شد. پس از الکتروفورز رنگ­آمیزی ژل به روش نیترات نقره انجام پذیرفت (13).

تجزیه و تحلیل: بمنظور تجزیه و تحلیل نتایج، نوارهای چند شکل به دست آمده براساس وجود و عدم وجود نوارها به ترتیب با یک و صفر نشان داده شدند. پارامترهای مختلف ژنتیکی از قبیل درصد جایگاه چند شکلی، تنوع ژنتیکی کل، تنوع داخل هر جمعیت، سهم تنوع داخل و برون جمعیتی و شاخص تشابه Nei (38) با نرم افزار GenAlEx محاسبه شد. همچنین جهت نمایش تصویری فاصله ژنتیکی بین جمعیت ها از روش
Principal Coordinates Analysis (PCoA) استفاده شد. بمنظور برآورد جریان ژنی (mN) از نرم افزار 32 POPGENE و خوشه بندی پایه­های درختی به روش نزدیکترین همسایه (Neighbour joining)  با نرم افزار MEGA 6 انجام شد.

نتایج

تنوع ژنتیکی: در این مطالعه با استفاده از 4 پرایمر 456 آلل مشخص در محدوده 700-100 مشاهده شد. این تعداد آلل مربوط به 40 نمونه متعلق به 6 جمعیت می­باشد. درصد جایگاه پلی­مورفیک (Pp)، تعداد الل موثر (Ne)، تنوع ژنتیکی براساس شاخص Nei (h) و شاخص شانون (I) در جدول2 نشان داده شده است. میانگین شاخص شانون برای جمعیت­های مورد مطالعه 157/0 می­باشد که محدوده 198/0 (جمعیت کردکوی) تا 008/0 (سوادکوه) را شامل می­شود. میانگین هتروزیگوسیتی درون جمعیتی از 064/0 تا 119/0 متغییر می­باشد. جمعیت کردکوی بیشترین هتروزیگوسیتی را در میان جمعیت­ها داراست. همچنین جمعیت سوادکوه با میانگین هتروزیگوسیتی 064/0 کمترین هتروزیگوسیتی را دارد.

 

 

جدول 1- توالی پرایمرهای ISSR مورد استفاده در این تحقیق

منبع

جهت توالی اولیگونوکلئوتیدی پرایمرها('3→'5)

نام پرایمرها

King  و Ferris (31)

GAGAGAGAGAGAGAGAYC

8YC(GA)

King  و Ferris (31)

ACACACACACACACACYA

8YA(AC)

King  و Ferris (31)

GAGAGAGAGAGAGAGAT

(AG)8AT

Schrader و Graves (41)

ACACACACACACACACG

(AC)8 G

 

جدول2- تنوع ژنتیکی بین جمعیت­های لرگ

کد جمعیت

مقادیر

تعداد الل­های متفاوت (Na)

تعدادالل­های موثر (Ne)

شاخص شانون )I(

هتروزیگوسیتی مورد انتظار(He)

درصدجایگاه پلی مورفیک (%P)

جمعیت ایلام

 

جمعیت لرستان

میانگین

SM

702/0

045/0

101/1

008/0

125/0

009/0

073/0

005/0

09/35%

میانگین

855/0

150/1

168/0

102/0

76/42%

 

SM

046/0

011/0

010/0

007/0

 

جمعیت رضوانشهر

میانگین

752/0

140/1

155/0

095/0

50/37%

 

SM

045/0

011/0

010/0

007/0

 

جمعیت کردکوی

میانگین

018/1

169/1

198/0

119/0

88/50%

 

SM

047/0

010/0

010/0

006/0

 

جمعیت پارک جنگلی نور

میانگین

018/1

151/1

183/0

108/0

88/50%

 

SM

047/0

010/0

009/0

006/0

 

جمعیت سوادکوه

میانگین

675/0

087/1

112/0

064/0

77/33%

 

SM

044/0

008/0

008/0

005/0

 

کل

میانگین

837/0

133/1

157/0

094/0

81/41%

 

SM

019/0

004/0

004/0

002/0

13/3%

- SM: انحراف معیار از میانگین

 


تمایز ژنتیکی: نتایج حاصل از آنالیز واریانس مولکولی بیانگر درصد بالایی از تنوع درون جمعیت­هاست. به نحوی که 88%،  تنوع درون جمعیتی و 12% تنوع بین جمعیتی مشاهده می­شود (جدول3). همچنین نتایج، تنوع پایینی بین سه منطقه هیرکانی، استان لرستان و استان ایلام نشان می‍دهد. مقدار جریان ژنی اندازه­گیری شده برابر با 27/3 می­باشد. بمنظور نشان دادن روابط ژنتیکی در میان جمعیت­ها از دندروگرام حاصل از الگوریتم نزدیکترین همسایهبراساس شباهت ژنتیکیNeiاستفاده شد که جمعیت­ها را به دو گروه اصلی طبقه بندی کرد. گروه اول خود به چهار زیر گروه و گروه دوم نیز خود به سه زیر گروه تقسیم شد (شکل2). جمعیت های غربی (لرستان و ایلام) در زیر گروه اول و دوم گروه اول بهمراه جمعیت سوادکوه از شمال ایران قرار گرفتند.

بر اساس شاخص شباهت ژنتیکیNei جمعیت­های غرب ایران کمترین فاصله ژنتیکی را با جمعیت سوادکوه از شمال ایران نشان دادند. بیشترین فاصله ژنتیکی نیز بین جمعیت­های لرستان و گیلان مشاهده شد (جدول4).

 

 

جدول3-  نتایج آنالیز واریانس مولکولی، درصد تنوع درون و برون جمعیتی

منبع تغییرات

درجه آزادی

مجموع مربعات

میانگین مربعات

واریانس

درصد فراوانی

آماره

مقدار

P(rand >= data)

بین مناطق

2

183/148

091/74

235/0

%1

PhiRT

006/0

370/0

بین جمعیت­ها

3

573/208

524/69

961/4

%12

PhiPR

117/0

010/0

درون جمعیت­ها

34

619/1269

342/37

342/37

%88

PhiPT

122/0

010/0

کل

39

375/1626

 

537/42

%100

 

 

 

 

شکل2- خوشه بندی پایه­های درختی مورد مطالعه به تفکیک هر جمعیت براساس روش نزدیکترین همسایه (Ni: N، بیانگر جمعیت؛ i، شماره درخت)

 

جدول4- فاصله ژنتیکی جمعیت­های مطالعه شده بر اساس شاخص  Nei

 

رضوانشهر

ایلام

کردکوی

لرستان

پارک جنگلی

سوادکوه

جمعیت رضوانشهر

   *****

980/0

979/0

974/0

977/0

983/0

جمعیت ایلام

020/0

   *****

983/0

983/0

983/0

990/0

جمعیت کردکوی

021/0

017/0

   *****

979/0

981/0

984/0

جمعیت لرستان

026/0

017/0

021/0

   *****

976/0

983/0

جمعیت پارک جنگلی نور

024/0

017/0

019/0

025/0

   *****

984/0

جمعیت سوادکوه

              017/0

011/0

016/0

018/0

016/0

   *****

- اعداد بالای قطر ماتریس مربوط به شباهت ژنتیکی و اعداد زیر قطر مربوط به فاصله ژنتیکی می­باشد

 

جهت آشکار سازی بهتر میزان تنوع و تمایز جمعیت­های مورد مطالعه از یکدیگر از تجزیه به مولفه­های اصلی (PCA) استفاده شد. همانطور که در شکل3 نشان داده شد جمعیت لرستان با یک فاصله نسبتا زیاد از سایر جمعیت ها متمایز است. همچنین فاصله پایه­های درختی جمعیت کردکوی از یکدیگر حاکی از تنوع بالای درون جمعیتی این رویشگاه است.

 

 

 

شکل3- پراکنش پایه های درختی جمعیت های مورد مطالعه بر اساس آنالیز تجزیه به مولفه­های اصلی

 


بحث

حفاظت و مدیریت ذخایر ژنتیکی یکی از اهداف اصلی کلان هر کشوری محسوب می شود. در واقع حفظ ژرم پلاسم گیاهی امری ضروری برای تضمین تامین مواد غذایی هر جامعه بشری است بنابراین ارزیابی سطح، توزیع تنوع و تمایز ژنتیکی برای مدیریت و توسعه­ی مؤثر راهبرد حفاظت گونه­های در معرض خطر حیاتی است (45).

تخریب گسترده و تکه تکه شدن رویشگاه­ها در چند دهه گذشته در کشور سبب شده است که بخش اعظمی از منابع طبیعی کشور که در بردارنده بخش مهمی از ذخایر ژنتیکی گیاهی بوده است، دچار تخریب و نابودی گردد. نگاهی کوتاه به کتاب اطلاعات قرمز ایران (26) خطر نزدیک شدن به خط قرمز انقراض برخی گونه­های گیاهی را هشدار می­دهد. لذا حفاظت اصولی از چنین غنای گیاهی، باید در رأس برنامه دستگاه­های ذیربط قرار گیرد. اما حفاظت اصولی و حتی برنامه­های احیا و توسعه، زمانی با موفقیت همراه خواهد بود که از پشتوانه شناخت کافی از جمعیت­های موجود و مخاطرات آنها، نیازهای اکولوژیک و تنوع ژنتیکی گونه­ها برخوردار باشد.

لرگ یکی از گونه­های درختی با قدمت تاریخی در جنگلهای شمال ایران است که اخیرا دو لکه کوچک از آن در ناحیه رویشی زاگرس گزارش شده است (3و9). اگرچه برخی معتقدند که این دو جمعیت در زاگرس دست­کاشت هستند ولیکن در تحقیقی توسط  Akhani  وSalimian  (9) بیان شد که جمعیت لرستان دارای منشاء طبیعی است. به نظر می­رسد تغییرات اقلیمی در طول زمان سبب شده باشد تنها این دو جمعیت در طول مسیر مهاجرت از قفقاز به اروپا (ترکیه) باقی مانده باشند و جمعیت­های بینابینی در طول زمان حذف شده باشند. حذف جمعیت­های بینابینی و کاهش جریان ژنی و اندازه کوچک جمعیت موثر، سبب کاهش تنوع ژنتیکی در سطح جمعیت­های یک گونه می­گردد (34و24). تبادل ژنتیکی دو جمعیت غربی به دلیل فاصله زیاد از جمعیت­های شمالی و نیز از یکدیگر، سالیان زیادی است که قطع شده است و این سبب می­شود این دو جمعیت به سمت خالص شدن پیش روند و این مسئله آسیب پذیری بسیار بالای این دو جمعیت را نسبت به تنش­های زیستی و غیر زیستی گوشزد می نماید. البته در دو دهه گذشته در ارتباط با اثر تکه تکه شدن زیستگاه به تکه­های کوچکتر بر تنوع ژنتیکی گزارشات متناقضی وجود دارد (49). بسیاری از مطالعات بیانگر تاثیر به­سزای تکه تکه شدن رویشگاه بر تنوع ژنتیکی و همچنین کاهش تنوع ژنتیکی جمعیت­های کوچکتر می­باشند (24،34،18و8). با این وجود، هم راستا با نتایج به دست آمده از تحقیق حاضر، بسیاری از گزارشات اخیر حاکی از عدم ارتباط معنی­دار بین هتروزیگوسیتی مورد انتظار (He) و اندازه جمعیت است (23،39،21،44و33).  

نتایج آنالیز واریانس مولکولی تنوع بالای درون جمعیتی (%88) نسبت به تنوع بین جمعیتی (%12) را نشان می­دهد که مطابق با تحقیقات انجام شده بر روی گونه هم خانواده لرگ (گردو) می­باشد (35،15،46و27). در این راستا Ji و همکاران (27) تنوع بالای درون جمعیتی را به سیستم تولید مثل گردو مرتبط دانسته­اند. همچنین بیان داشتند گونه گردو دارای گل­های تک جنس بوده و درختان تک پایه دارد. گردو باد گرده افشان بوده و در گونه­های باد گرده افشان نسبت به حشره گرده افشان­ها، پراکنش گرده حتی به وسیله بادهای کوچک­ آسان­تر صورت می­گیرد. دگر باروری در برخی از پایه­های گردو (در برخی از پایه­ها خود باروری دیده می­شود) سبب افزایش جریان ژنی و افزایش نوترکیبی می­گردد.

البته در تحقیق حاضر، تنوع بالای درون جمعیتی در جمعیت کردکوی و تنوع پایین برای منطقه سوادکوه را می­توان به نوع نمونه­برداری (فاصله زیاد پایه­های درختی در طول یک گرادایان ارتفاعی برای جمعیت کردکوی و نزدیک بودن پایه­ها در جمعیت سوادکوه) مرتبط دانست. بر خلاف آنچه انتظار می­رفت تنوع بالایی در میان جمعیت­های کوچک ایلام و لرستان مشاهده شد. در مطالعات اخیر چندین دلیل برای حفظ تنوع ژنتیکی در خرد زیستگاه­ها مورد بحث قرار گرفته است که از این بین می­توان به موارد زیر اشاره کرد: (1) ناکافی بودن زمان سپری شده از شروع تکه تکه شدن زیستگاه بمنظور کاهش قابل توجه تنوع ژنتیکی به وسیله فرآیندهایی (مانند رانش ژنتیکی و درون آمیزی) که منجر به فرسایش ژنتیکی در جمعیت­های منزوی و کوچک می­شود. (2) آشکار شدن اثر انزوای جمعیت و تکه تکه شدن زیستگاه ممکن است سال­ها به طول بینجامد. زیرا دوره نسبتا طولانی زندگی درختان سبب می­شود که پاسخ آن­ها به تغییر شرایط زیستگاه، آرام­تر باشد (18).

بر اساس مقادیر شباهت ژنتیکی گزارش شده برای جمعیت­های هم­گونه (9/0 – 8/0) و هم­جنس (85/0 – 35/0) (42) می­توان بیان نمود که جمعیت­های مورد بررسی از نظر شباهت ژنتیکی در محدوده جمعیت­های هم­گونه قرار می­گیرند. شرایط رویشگاهی در دو منطقه هیرکانی و زاگرس از یکدیگر بسیار متمایز است. برای مثال لرگ در لرستان در ارتفاع 1730 متر از سطح دریا با بارندگی و درجه حرارت کاملا متفاوت از رویشگاههای لرگ در شمال ایران زیست می­کند و قابل انتظار است که این تمایز محیطی سبب ایجاد تمایز ژنتیکی نیز گردد. البته نتایج آنالیز PCoA تمایز بالای جمعیت لرستان را از سایر جمعیت­ها تایید می­نماید. به طور کلی، میزان تمایز ژنتیکی بین جمعیت­های لرگ ایران نشان از تمایز ژنتیکی متوسط (13/0Gst =) در میان این جمعیت­ها است. به بیان محققین اگر میزان Gst بین محدوده ی 05/0-0 باشد نشان­دهنده­ی تمایز ژنتیکی کم و اگر بین 15/0-05/0 باشد نمایانگر تمایز ژنتیکی متوسط و در نهایت اگر بین 25/0-15/0 باشد نشان­دهنده­ی تمایز ژنتیکی بسیار بالاست (22،48و12).

از دیگر نتایج بارز این تحقیق وجود تنوع درون جمعیتی بالا در جمعیت غرب به­ویژه جمعیت بسیار کوچک ایلام (حدود 23 درخت) است. انتظار می­رود که جمعیت­های کوچک به دلیل درون آمیزی و جریان ژنی محدود، تنوع ژنتیکی پایین­تری نیز داشته باشند. اما در مواقعی به دلیل افزایش فراوانی آلل­های نادر در جمعیت­های کوچک، مقدار هتروزیگوسیتی نیز افزایش یافته و در نهایت رابطه بین He و اندازه جمعیت ضعیف گردد (43). به همین دلیل است که در چنین مواقعی اکتفا کردن تنها به آماره He(هتروزیگوسیتی) کافی نبوده و باید سایر مولفه­های جمعیت از جمله تراکم پایه­ها، اندازه جمعیت موثر، چگونگی تکثیر در رویشگاه و غیره را نیز مورد توجه قرار داد. بالا بودن تنوع در جمعیت­های کوچک و منزوی در رابطه با توس­های ایران نیز گزارش شده است. حسین­زاده کلاگر و همکاران (2) بالا بودن تنوع ژنتیکی توس­های ایران را با وجود تخریب رویشگاه­های این گونه و شرایط سخت رویشگاهی آن تعجب آور دانستند. 

نتیجه گیری نهایی

براساس گزارش IUCN  بیش از یک پنجم گونه­های گیاهی جهان در خطر انقراض هستند. منابع طبیعی کشور ما نیز که در بر دارنده بخش مهمی از ذخایر ژنتیکی گیاهی بوده است از این قضیه مستثنی نبوده و در دو دهه گذشته بخش اعظمی از این منابع دچار تخریب و نابودی گردیده است. قدمت سه میلیون ساله جنس Pterocarya حاکی از نقش مهم این جنس در جنگل­های پهن برگ ناحیه معتدله شمالی می­باشد. درخت لرگ در گذشته به ویژه تا حدود 700 سال پیش از فراوانی قابل توجهی برخوردار بوده است و در طول زمان عوامل طبیعی (خصوصا بی نظمی اقلیمی سده­های میانی) و انسانی سبب کاهش فراوانی آن شده است.

در این تحقیق برخلاف آنچه انتظار می­رفت دو جمعیت ایلام و لرستان با وجود اندازه کوچک، تنوع درون جمعیتی بالایی را نشان دادند که این امر می­تواند دلایل متعددی داشته باشد. از جمله این دلایل می­توان به سیستم تولید مثل این درخت اشاره کرد. همچنین زمان کوتاه سپری شده از تکه تکه شدن زیستگاه و طولانی بودن دوره زندگی درختان جنگلی که سبب پاسخ آرام آن­ها به تغییرات محیطی می­شود ممکن است دلایل این تنوع بالای درون جمعیتی این دو توده باشد. در هر حال وجود چنین تنوع بالایی در این دو جمعیت کوچک بسیار حائز اهمیت است. به خصوص که وجود رویشگاه­های موجود این گونه در سطح جنگل­های زاگرس به شکل فعلی نادر و کمیاب بوده و شایسته است این رویشگاه­ها به عنوان ذخایر ژنتیکی کشور تحت حمایت و حفاظت قرار گیرند.

1. ابراهیمی، ع.، ثاقب طالبی، خ.، گرجی بحری، ی.، 1383. بررسی نیاز رویشگاهی لرگ در جنگل تحقیقاتی «واز» مازندران. فصلنامه علمی- پژوهشی تحقیقات جنگل و صنوبر ایران. 12: 508-481.

2. حسین زاده کلاگر، ا.، فلاح، ف.، یوسف زاده، ح.، 1394. تنوع و تمایز ژنتیکی جمعیت های توس (Betula pendula) ایران، با استفاده از چند شکلی DNAی سه  ناحیه (CD، DT و K1K2) ژنوم کلروپلاستی. مجله زیست شناسی ایران. در دست چاپ.

3. سهرابی، س.ی.، ثاقب طالبی، خ.، خادمی، ک.، 1387. بررسی خصوصیات رویشگاهی و جنگل­شناسی توده لرگ در استان لرستان، فصلنامه علمی- پژوهشی تحقیقات جنگل و صنوبر ایران. 16: 353-343.

4. صالحی شانجانی، پ.، جوانی و ندرامین، ج.، 1386. مطالعه تمایز ژنتیکی در بین نسلهای جمعیتهای راش (Fagus orientalis lipsky) جنگلهای خزری. مجله زیست شناسی ایران. 20: 60-50.

5. فاضلی، ف.، چقامیرزا، ک.، 1390. بررسی تنوع ژنتیکی توده­های نخود زراعی بومی ایران با استفاده از نشانگر ملکولی ISSR. ژنتک نوین. 6: 104-97.

6. قندهاری، و.، احمدی­خواه، ا. ا.، پیام نور، و.، 1392. بررسی تنوع ژنتیکی جمعیت­های شمشاد در شمال ایران با نشانگرهای ISSR. دو فصلنامة علمی-پژوهشی تحقیقات ژنتیک و اصلاح گیاهان مرتعی و جنگلی ایران. 21: 12-1.

7. مظفریان، و.الف.، 1389. درختان و درختچه­های ایران. انتشارات فرهنگ معاصر.

 

8. Aguilar, R., Quesada, M., Ashworth, L., Herrerias-Diego, Y., & Lobo, J., 2008. Genetic consequences of habitat fragmentation in plant populations: susceptible signals in plant traits and methodological approaches. Molecular Ecology. 14: 1811–1820.

9. Akhani, H., & Salimian, M., 2003. An extant disjunct stand of Pterocarya fraxinifolia (Juglandaceae) in the central zagros mountains, W Iran. Willdenowia. 33: 113-120.

10. Ansin, R., Kutbay, H.G., & Ok, T., 1998. A relict species of Pterocarya fraxinifolia (Lam.) Spach in Turkey. Orm. Muh. Derg. 35: 12-14.

11. Avsar, M.D., & Ok, T., 2004. A new distribution of caucasuan wingnut (Pterocarya fraxinifolia (Poiret Spach)) in the Kahramanmaras region, Turkey. Journal of Environmental Biology. 25: 45-50.

12. Balloux, F., & Lugon-Moulin, N., 2002. The estimation of population differentiation with microsatellite markers. Molecular Ecology. 11: 155-165.

13. Bassam, B. J., Caetano-Anolles, G., & Greesshoff, P.M., 1991. Fast and sensitive silver staining of DNA in polyacrylamide gels. Analytical Biochemistry. 19: 680-683.

14. Chen, F.J., Wang, A., Chen, K.M., Wan, D.S., & Liu, J.Q., 2009. Genetic diversity and population structure of the endangered and medically important Rheumtanguticum (Polygonaceae) revealed by SSR markers. Biochemical Systematics and Ecology. 37: 613–621.

15. Christopoulosa, M.V., Dimos, R., Eleni, T., & Penelope, J.B., 2010. Germplasm diversity and genetic relationships among walnut (Juglans regia L.) cultivars and greek local selections revealed by inter-simple sequence repeat (ISSR) markers. Scientia Horticulturae. 125: 584-592.

16. Cote, C.T., 2003. Genetic variation in rare and common plants. Annual Review of Ecology and Systematics. 34: 213–237.

17. Davis, P.H., 1982. Flora of Turkey and the east Aegean Island. Vol. 7. Edinburgh University Press. Edinburgh. 947 p.

18. Ellstrand, N.C., & Elam, D.R., 1993. Population genetic consequences of small population size: implications for plant conservation. Annual Review of Ecology and Systematics. 24: 217–242.

19. Fernández, M.E., Figueiras, A.M., & Benito, C., 2002. The use of ISSR and RAPD markers for detecting DNA polymorphism, genotype identification and genetic diversity among barley cultivars with known origin. Theoretical and Applied Genetics. 104:845–851.

20. Gitzendanner, M.A., & Soltis, P.S., 2000. Patterns of genetic variations in rare and widespread plant congeners. American Journal of Botany. 87: 783–792.

21. Gustaffson, S., 2000. Patterns of genetic variation in Gymnadenia conopsea, the fragrant orchid. Molecular Ecology. 9: 1863–1872.

22. Hartl, D. L., & Clark, A. G., 1997.  Principles of population genetics (Vol. 116). Sunderland: Sinauer associates.

23. Honnay, O., Adriaens, D., Coart, E., Jacquemyn, H., & Roldan-Ruiz, I., 2007. Genetic diversity within and between remnant populations of the endangered calcareous grassland plant Globularia bisnagarica L. Conservation Genetics. 8: 293–303.

24. Honnay, O., & Jacquemyn, H., 2007. Susceptibility of common and rare plant species to the genetic consequences of habitat fragmentation. Conservation Biology. 21: 823–831.

25. Hosseinzadeh colagar, A., Yusefi, M., Zarei, M., & Yousefzadeh, H., 2013.  Assessment of genetic diversity of Tilia rubra Dc. by RAPD analysis in the Hyrcanian forests, north of Iran. Polish Journal of Ecology. 61: 341–348.

26. Jalili, A., & Jamzad, Z. 2000. Red data book of Iran. Iranian Research Institute of Forest and Rangland. 748p.

27. Ji, A., Wang, Y., Wu, G., Wu, W., Yang, H., & Wang, Q., 2014. Genetic diversity and population structure of north China mountain walnut revealed by ISSR. American Journal of Plant Sciences. 5: 3194-3202.

28. Jia, X. D., Wang, T., Zhai, M., Li, Y.R., & Guo, Zh. R., 2011. Genetic diversity and identification of Chinese-Grown Pecan using ISSR and SSR markers. Molecules. 16: 10078-10092.

29. Joshi, S.P., Gupta, V.S., Aggarwal, R.K., Ranjekar, P.K., & Brar, D.S., 2000. Genetic diversity and phylogenetic relationship as revealed by inter simple sequence repeat (ISSR) polymorphism in the genus Oryza. Theoretical and Applied Genetics. 100:1311–1320.

30. Kayacik, H., 1981. The systematic of trees. Vol. 2: Angiiospermae. I.U. Orman Fak. Yayin. Kurtulmus Matbaasi. Istanbul. 337p.

31. King, R. A., & Ferris, C., 2000. Chloroplast DNA and nuclear DNA variation in the sympatric alder species Alnus cordata (Lois.) Duby and A. glutinosa (L.) Gaertn. Biological Journal of the Linnean Society. 70: 147– 160.

32. Kitamura, K., Matsui, T., Kobayashi, M., Saitou, H., Namikawa, K., & Tsuda, Y., 2015. Decline in gene diversity and strong genetic drift in the northward-expanding marginal populations of Fagus crenata. Tree Genetics & Genomes. 11: 36.

33. Kuss, P., Pluess, A. R., Ægisdóttir, H. H., & Stöcklin, J., 2008. Spatial isolation and genetic differentiation in naturally fragmented plant populations of the Swiss Alps. Journal of Plant Ecology. 1: 149–159.

34. Leimu, R., Mutikainen, P., Koricheva, J., & Fischer, M., 2006. How general are positive relationships between plant population size, fitness and genetic variation? Journal of Ecology. 94: 942–952.

35. Li, C., Luo, S. P., Zeng, B., Li, J., & Li, G., 2011. Analysis of genetic diversity of germplasm resources of walnut (Juglans regia L.) revealed by ISSR in Xinjiang of China. Scientia Agricultura Sinica. 44: 1871-1879.

36. Murray, M.G., & Thompson, W. F., 1980. Rapid isolation of high molecular weight plant DNA. Nucleic Acids Research. 8: 4321-4325.

37. Nabavi, S.M., Ebrahimzadeh, M.A., & Nabavi, S.F., 2008. Antioxidant and free radical scavenging activity of methanolic extract of Pterocarya fraxinifolia (Lam.) spach leaves and bark Persian. Iranian Journal of Medicinal and Aromatic Plants. 24: 374-384.

38. Nei, M., 1987. Genetic distance and molecular phylogeny. N. Ryman and F. Utter (Eds.), Population Genetics & Fishery Management. University of Washington.193-215p.

39. Pluess, A.R., & Stöcklin, J., 2004. Genetic diversity and fitness in Scabiosa columbaria in the Swiss Jura in relation to population size. Conserv. Genet. 5, 145–156.

40. Rix, M., 2007. Pterocarya macroptera var. insignis, Juglandaceae. Curtis's Botanical Magazine. 24: 180-185.

41. Schrader, J.A., & Graves, W.R., 2004. Systematics of Alnus maritime (seaside alder) resolved by ISSR polymorphisms and morphological characters.  Journal of the American Society for Horticultural Science. 129: 231-236.

42. Thorpe, J. P., 1982. The molecular clock hypothesis: biochemical evolution, genetic differentiation and systematic. Annual Review of Ecology and Systematics, 13: 139-168.

43. Van Treuren, R., Bijlsma, R., Van Delden, W., & Ouborg, N. J., 1991. The significance of genetic erosion in the process of extinction. I. Genetic differentiation in Salvia pratensis and Scabiosa columbaria in relation to population size. Heredity. 66: 181-189.

44. Waldmann, P., & Andersson, S., 1998. Comparison of quantitative genetic variation and allozyme diversity within and between populations of Scabiosa canescens and S. columbaria. Heredity. 81: 79–86.

45. Wang, Y., Qin, Y., Du, Z., & Yan G., 2012. Genetic diversity and differentiation of the endangered tree Elaeagnus Mollis Diels (Elaeagnus L.) as revealed by simple sequence repeat (SSR) markers. Biochemical Systematics and Ecology. 40: 25-33.

46. Wang, H., 2010. Genetic diversity of germplasm resources on walnut in Tibet region. Thesis, Chinese Academy of Forestry Sciences, Peking. 77-78. (in Chinese).

47. Wijnands, D.O., 1989. Pterocarya in: the European Flora 3, Walters, S.M., Alexander, J.C.M., Brady, A., Brickell, D.O., Cullen, J., Green, P.F., Matthews, V.A., Robson, N.K.B., yeo, P.F., & Knees (Eds.) S.J., Cambridge. 20 p.49.

48. Wright, S., 1978. Evolution and the genetics of populations. Variability within and among natural populations. Vol. 4. University of Chicago press, Chicago. IL, USA.

49. Young, A.G., Boyle, T., & Brown, T., 1996. The population genetic consequences of habitat fragmentation in plants. Trends in Ecology and Evolution. 11: 413–418.