تحقیق با موضوع تاکسونومی، ریخت شناسی، انتخاب طبیعی

دانلود پایان نامه ارشد

ملکولی، مطالعات در سطح گونه ای جذاب تر و بحث انگیز تر شده است. این نشانگرها دید روشنتری در زمینه فرآیندها و الگوهای موجود در سطوح گونه ای و جمعیتی بوجود آورده و باعث شده است که روابط فیلوژنتیکی و گونه زایی با دقت بالاتری مورد مطالعه و بررسی قرار گیرد (Bakker et al., 2005). با این حال، مطالعات در سطح گونه ای با کمبود نشانگرهای ژنتیکی مناسب مواجه است. حتی با نشانگرهای با سرعت تکاملی بالا، اغلب با محدودیت سیگنال فیلوژنتیکی و تحلیل صریح رو به رو هستیم. بررسی ها نشان داده است که توالی هسته ای ITS31 و نواحی غیر کدکننده cp-DNA32، در تاکسون های نزدیک، با ارزش و با دقت کافـی هستند (Shaw et al., 2005, 2007). بـه هر حال، در برخی موارد، تنـوع ناکافی در توالـی های DNA یافت شده است و یا نتایج در نتیجه تکامل هماهنگ33 توالی های ITS مبهم به نظر می رسد (Mereda et al., 2008). در تکامل هماهنگ، هر گاه 2 یا تعداد بیشتری کپی پارالوگ ITS در ژنوم وجود داشته باشد، به دلیل یکسان سازی34، تنها یک کپی از چندین کپی موجود حفظ می شود و بنابراین، اگر در نتیجه هیبریـداسیون یا Introgression چند کپی موجود باشد، شواهد تکامل شبکه ای35 از بین می رود. توالی های غیر کد کننده cpDNA، توارث تک والدی داشته و بنابراین در تحلیل فیلوژنتیکی باعث ایجاد خطا می شود (Mort et al., 2007). جایگزین های دیگر برای توالی های DNA، استفاده از ایزوزیم و تکنیک های Fingerprinting مانند AFLPs است (Amplified fragment length polymorphisms; Bussel et al., 2005; Koopman, 2005) است. اگرچه AFLPs نیز عاری از مشکل نیستند (Bonin et al., 2004; Archibald et al., 2006)، چندین مطالعه، مفید بودن آنها را در بررسی های تنوع در سطوح گونه ای و بین گونه ای، عمدتاً به دلیل خصوصیت چند ژنی36 بودن و پراکندگی در سطح ژنوم، تأیید کرده است (Mereda et al., 2008). اگر چه مطالعات Ballard و همکاران (1999) نشان می دهد که توالـی ITS در بر دارنده اطلاعات مفیدی در بررسی فیلوژنتیکی سرده Viola است؛ به هر حال، جایگزین بهتر این توالی برای مطالعات فیلوژنتیکی، استفاده از ژن های تک کپی یا کم کپی هسته ای37 است. این ژن ها که استفاده از آنها امروزه در حال افزایش است، توارث دو والدی38 داشته و به استثناء چند مورد نادر، تکامل هماهنگ در مورد آن وجود ندارد.

1-13-2 ساختار توالی هسته ای ITS
هر واحد ژن ریبوزومی، از یک توالی کد شونده39 و یک قطعه خارجی غیر کد شونده40 تشکیل شده است. (Raška et al., 2004).
توالی های ریبوزومی هسته ای DNA به عنوان منبع مستقلی از داده های مولکولی، در سطح وسیعی به عنوان ابزاری در مطالعات تکاملی و مقایسه ای گیاهان مورد استفاده قرار می گیرند. به طور کلی ژن DNA ریبوزومی (rDNA)، از یک خانواده ژنی چند کپی41 است که در تمام موجودات زنده به صورت واحدهای رونویسی تکراری پشت سر هم ظاهر می شوند، که تحت عنوان مناطق سازمان دهنده هستک42 (NORs) نامیده می شوند و توسط یک فاصله انداز بین ژنی43 (IGS) از هم جدا می شوند.

شکل 1- 13- 2- 1 تصویر شماتیکی از ساختمان مولکولی NOR ها در یوکاریوت ها. IGS = فاصله انداز بین ژنی ، TU = واحد رونویسی، ITS = فاصله انداز رونویسی شونده داخلی، ETS = فاصله انداز رونویسی شونده خارجی، SSU = زیر واحد کوچک (ریبوزوم) ، LSU = زیر واحد بزرگ (ریبوزوم).

در یوکاریوت ها، هر واحد رونویسی از این نواحی NOR ها دارای توالی کد شونده (18S, 5.8S, 28S) است که توسط توالی های فاصله انداز رونویسی شونده داخلی44 (ITS1, ITS2) و خارجی45 (ETS) از هم جدا می شوند. میانکنش های بین انتخاب طبیعی، رانش ژنی46 و مکانیسم های برگشت مولکولی از جمله فاکتورهای محدود کننده برای تکامل توالی های rDNA هستند (Dove, 1982).
در ابتدا توالی های ITS به سبب تنوع در توالی بین اعضای تاکسون هایی با خویشاوندی نزدیک، در جهت نوسازی فیلوژنی، در سطح سرده، گونه یا پایین تر از آن در نظر گرفته شد. این توالی ها سیگنال هایی جهت پردازش رونویسی rRNA دارند (Hillis and Dixon, 1991).
زیرواحد کوچک ژن هایrDNA (16S,18S) به صورت مکرر در جهت بازسازی انشعابات عمیق تاریخ تکاملی استفاده می شده است (Woese & Fox, 1977). توالی های هسته ای 18S به عنوان یک نشانگر47 در سطح وسیع، برای بازسازی سطوح بالاتر تاکسونومیکی گیاهان و جلبک ها استفاده می شود (Chapman et al., 1998). این توالی فرصت مناسبی را جهت تفکیک فیلوژنتیکی تاکسون ها در سطح رده و یا پایین تر از آن را فراهم می کند.

1-13-3 ساختار توالی کلروپلاستی trnL-F
DNA کلروپلاستی امروزه در سطح وسیعی برای مطالعه آنژیواسپرم ها و دیگر گیاهان بکار می رود ( Palmer et al., 1998;) این ژنوم مشابه پلاسمیدهای بزرگ باکتریایی یا کروموزوم های کوچک، یک مولکول حلقوی ازDNA دو رشته ای است، که اندازه ی آن در محدوده 110,000 تا 160,000 جفت باز است. این ژنوم به ندرت در اندازه یا ساختار دچار تغییر می شود و در بیشتر گروه ها دارای ساختار و ترتیب ژنی مشابه است. ژنوم کلروپلاستی اولین ژنوم گیاهی توصیف شده بود. اندازه ی کوچک آن و تعداد معدود عناصر تکرار شونده، آن را تبدیل به یک کاندید اولیه برای مطالعات فیلوژنتیکی می کند. وفور آن در بافت های برگ یا برگ مانند، سبب سهولت در جداسازی آن می شود.
ژنوم کلروپلاستی دارای دو منطقه تکراری معکوس48 است که بقیه ژنوم را به یک ناحیه تک کپی بزرگ49 و یک ناحیه تک کپی کوچک50 تقسیم می کند (شکل شماره 1-13-2-1). اغلب ژن های کلروپلاستی اساساً تک کپی می باشند (palmer, 1985a, 1985b, 1986)، در حالیکه اغلب ژن های هسته ای جزء خانواده های چند ژنی می باشند. معمول ترین و پر کاربردترین نواحی کدکننده توالی یابی شده، عبارتند از matK، ndhF، rbcL و atpB که در توالی نوﮐﻠﺌﻮﺗﻴﺪی به میزان بالایی حفاظت شده اند و در جهت ارزیابی ارتباطات میان دودمان های اصلی گیاهان بسیار سودمندند.
در سطوح تاکسونومیکی پایین تر، بیشتر از توالی هایی از اینترون (اینترون trnL) و نواحی بین ژنی (فاصله گذار trnF)، برای بازسازی فیلوژنی استفاده می کنند. ناحیه بین ژنی trnL و trnF از توالی های غیر کدشونده ژنوم کلروپلاستی محسوب می شود. به علت اندازه نسبتاً کوچک آن(Soltis et al., 1995) ، به راحتی قابل تکثیر و تعیین توالی می باشد (Taberlet et al., 1991). این ناحیه برای بررسی ارتباطات فیلوژنی در سطح تاکسونومی گونه تا سطح تیره پیشنهاد شده است (Soltis et al., 1995). شکل شماره 1-13-2-2 استفاده از ژن های مختلف در سطوح تاکسونومیکی مربوط به آن ژن را نشان می دهد.

شکل 1-13-3-1 تصویر شماتیک ژن کلروپلاستی (Small et al, 1998)

شکل 1-13-3-2 استفاده از ژن های مختلف هسته، کلروپلاست و میتوکندری در سطوح تقریبی تاکسونومیکی به منظور بررسی روابط فیلوژنی نهاندانگان. مستطیل خاکستری، منطقه تاکسونومیکی را نشان می دهد که تاکنون به خوبی توسط توالی های ژنی هسته ای پوشیده نشده است. علامت سوال، اشاره به ژن هایی دارد که به ندرت استفاده شده اند؛ خط فاصله ها (- – – -) تعیین کننده ی محدودیت های کاربردی در سطوح تاکسونومیکی بالاتر یا پایین تر می باشد.

1-13-4 تاریخچه فیلوژنی سرده Viola
در سده گذشته، مطالعات تاکسونومیکی زیادی بر روی کمپلکس های گونه ای، عمدتاً بر اساس ویژگی های ریخت شناسی (Becker, 1925) و شمارش کروموزومی صورت گرفته است (Clausen, 1927, 1929). آنالیزهای فیلوژنتیکی ملکولی اخیر بر اساس توالی هسته ای ITS (Ballard, 1996; Ballard et al., 1999) ترکیب و روابط گروه های عمده را مشخص نموده است. در مطالعه فیلوژنتیکی جامع توسط Ballard و همکاران (1999) بر اساس توالی ITS، بخشه Rubellium از شیلی در پایین ترین قسمت درخت و بخشه Leptidium از Mesoamerican-South American و بخشه Chilenium و در بالای آن بخشه Andinium از آمریکای جنوبی قرار گرفته اند. بخشه Andinium کلاد خواهری با بقیه بخشه های سرده تشکیل داده است. گروه های نیمکره شمالی که بقیه سرده را شامل می شوند، دو کلاد تشکیل می دهند: یکی با بخشه Chamaemelanium به صورت پارافیلتیک و پایه ای با عمده بخشه Nomimium، و دیگری با Pansies از بخشه Melanium که به صورت خواهری با سایر گونه های بخشه Nomimium و بخشه Nosphinium از هاوایی قرار گرفته است (شکل 1-13-3-1). این مطالعه در مجموع، بخش عمده تقسیمات زیر سرده ای صورت گرفته توسط محققین پیشین بر اساس ریخت شناسی و شمارش کروموزومی را تأیید می کند. همچنین، این مطالعه روابط بین سطوح پایین تر گروه های زیر سرده ای که قبلاً مورد شک بودند را مشخص کرده و فرضیه منشأ سرده از آند و آمریکای جنوبی را تأیید می کند.

شکل 1-13-3-1 درخت Strict consensus از 8 درخت با بیشترین پارسیمونی با استفاده از توالی ITS: اعداد بالای شاخه ها ضریب decay و اعداد پایین درصد حمایت Bootstrap هر شاخه را نشان می دهد. دایره توپر نشانگر حداقل 50% حمایت Jackknife است. ستون نام های سمت راست (Infrasect) بیانگر زیربخشه های شناسایی شده توسط Becker یا Clausen (در پرانتز) می باشد. ستون دیگر، سه حرف اول بخشه را نشان می دهد (Ballard et al., 1999).

شمارش کروموزومی (Ballard, 1996)، هنگامی که با فیلوژنی ITS مقایسه می شود، الگوی روشن و قابل تفسیری از تغییرات سیتوژنتیکی در سرده Viola نشان می دهد (شکل 1-13-3-2). همه گروه های نزدیک به پایه درخت فیلوژنی، عدد کروموزومی پایه x=6 دارند، عددی که در تیـره Violaceae رایج است و احتمالاً در سرده Viola حالت ابتدایی است (اگرچه برخی سرده ها عدد کروموزومی پایه x=4 دارند). در مقایسه با اعضای بخشه Chamaemelanium که دارای عدد کروموزومی x=6 و گروه های تتراپلوئید یا آنیوتتراپلوئید مشتق شده از ترکیب گروه های مختلف این بخشه است، گروه های Adnate, Diffusae و Stolonosae عدد کروموزومی x=12 یا مشتق آنیوپلوئیدی از آن دارند. بخشه Melanium شامل x=5-17 با سری های پلی پلوئیدی بر اساس این اعداد می شود. این بخشه از نظر ریخت شناسی بین گروه های با عدد کروموزومی x=6 و پلی پلوئید ها یا مشتقات آن از یک طرف و گروه های با عدد کروموزومی x=10 و پلی پلوئید ها یا مشتقات آن از طرف دیگر قرار دارد و باعث شده است که موقعیت فیلوژنتیکی آن بر اساس توالی ITS منحرف کننده باشد. از طرف دیگر، با مقایسه نتایج اعداد کروموزومی در زمینه فیلوژنی ITS، می توان موقعیت فیلوژنتیکی گروه های تعیین توالی نشده را پیش بینی کرد. به عنوان مثال، بخشه Tridens به گروه های آمریکای جنوبی در پایه درخت فیلوژنتیکی خواهد پیوست و ممکن است با توجه به ویژگی های ریخت شناسی، در بخشه Rubelium یا Leptidium قرار گیرد. سایر پیش بینی ها در شکل 1-13-3-2 نشان داده شده است (Ballard et al., 1999).
با توجه به موقعیت فیلوژنتیکی نامعلوم و تاریخچه سیتولوژیکی ذکر شده از بخشه Melanium، Yockteng و همکاران ((2003 با استفاده از 2 نشانگر ملکولی توالی ITS و ISSR این بخشه را مورد مطالعه قرار دادند. در این مطالعه، درخت مطلق مرکزی بر اساس توالی ITS، پلی تومی حل نشده برای این بخشه نشان داد، اگر چه منشأ مونوفیلتیک آن را با حمایت Bootstrap 100% تأیید کرد (شکل 1-13-3-3). گونـه هـای دو بخشـه Delphiniopsis و Xylinium دور از بخشـه Melanium قرار گرفتنـد. V. cazorlensis از بخشه Delphiniopsis در همه آنالیز ها کلاد خواهری با بخشه Melanium، و بخشه Xylinium گروه خواهری با کلاد متشکل از بخشه های Melanium، Delphiniopsis و Viola تشکیل داد.
بر اساس نشانگر ISSR، گروه های بخشه Melanium، به میزان زیادی از نظر عدد کروموزومی متنوع بوده و هیچ الگوی تکاملی روشنی از درخت فیلوژنتیکی بدست نیامد (شکل 1-13-3-4).

شکل 1-13-3-2 مطابقت فیلوژنی ITS سرده Viola با اعداد کروموزومی پایه و پیش بینی موقعیت گروه هایی که تا به حال تعیین توالی

پایان نامه
Previous Entries تحقیق با موضوع مورفولوژی، ایالات متحده، تغییرات ساختاری Next Entries تحقیق با موضوع مورفومتری، نمونه برداری، سطح معنی داری