فیلوژنی و زمان واگرایی ژنتیکی ارقام موز (موسیقی موز) از جزیره جاوا توسط ژنهای Maturase K (MAT K) تخمین زده می شود

شناسایی ژنوم ارقام موز برای ارائه هویت معتبر از الحاق موزها که به عنوان داده های اساسی در مدیریت حفاظت از موز درجا و سابق درجا و همچنین برای پرورش بیشتر ارقام موز استفاده می شود ، لازم است.

نتایج

اندازه MAT K تقویت شده با PCR از 844 تا 860 جفت باز بود و تنوع بالایی را نشان داد. تنوع هاپلوتیپ 0. 9048 با نه هاپلوتیپ بود. نقشه توزیع هاپلوتیپ الگوهای نسب ارقام موز را از جاوا نشان داد. بازسازی روابط ژنتیکی با استفاده از حداکثر احتمال ، حداکثر الگوریتم های استنتاج بیزی ، توپولوژی درختی و طبقه بندی هایی را تولید می کند که مطابق با گروه های ژنومی آنها گروه بندی می شوند ، به سه کلاد اصلی ، یعنی AA/AAA ، AAB و ABB. بر اساس محدودیت های سنی و داده های فسیلی که قبلاً مشتق شده بود ، ما تخمین می زنیم (Musaceae) که زمان واگرایی ژنتیکی همه نمونه ها در طول ائوسن (95 ٪ HPD: 51. 9 MYA) ، گروه Musa Acuminata (AA ، AAA ، AAB) با گروه Musa Balbisiana رخ داده است.(BB و ABB) در طول الیگوسن (95 ٪ HPD: 26 MYA) رخ داده است ، و جدایی بر روی هر ارقام موز در میوسن میانه به پلیوسن (95 ٪ HPD: 16. 5-2. 5 MYA) رخ داده است.

نتیجه گیری

از این مطالعه ، نتیجه می گیریم که تمام ارقام مورد مطالعه با توجه به گروه های ژنومی آن با تنوع بالا از نزدیک مرتبط هستند. تنوع ژنتیکی در بین این ارقام نه هاپلوتیپ ایجاد می کند. توسعه تنوع که منجر به شکل گیری ارقام مختلف موز می شود ، پیشنهاد شده است که مدتها پیش به همراه مهاجرت و اهلی انسان رخ داده است.

زمینه

ارقام موز (Musa Spp. ، Family Musaceae) کالاهای باغبانی هستند که چهارمین محصول مهم میوه در کشورهای در حال توسعه هستند (Perrier et al. 2011 ؛ Kharadi et al. 2014). تصور می شود ارقام موز در هندو مالزی به ویژه آسیای جنوب شرقی سرچشمه گرفته است ، که سپس در کلیه کشورهای گرمسیری و نیمه گرمسیری گسترش یافته است (De Langhe و همکاران 2009 ؛ Häkkinen 2013 ؛ Sulistiyaningsih و همکاران 2014). بنابراین ، آسیای جنوب شرقی منشأ اصلی موز در نظر گرفته شده است (والمایر و همکاران 2000 ؛ پریر و همکاران 2011) از آنجا که ارقام موز به طور گسترده در جنوب شرقی آسیا ، از جمله اندونزی توزیع می شود (وزارت کشاورزی 2016). در اندونزی ، بیش از 200 رقم به خوبی در جزایر اصلی از جمله Sulawesi ، Sumatra ، Java و Madura به طور گسترده ای کشت شده اند (BPS-Statistic Indonesia 2019). برخی از مناطق که به تولید موز در اندونزی کمک کرده اند شامل جاوا شرقی (29. 08 ٪) ، جاوا غربی (16. 76 ٪) و لامپونگ (16. 61 ٪) هستند (BPS-Statistic Indonesia 2019).

دو نوع موز در سال 1953 و 1959 توسط Lieaus مشخص شده است ، یعنی چنار (Musa Paradisiaca Li.) و موز دسر (Musa Sapientum Li.) (Valmayor et al. 2000). با این حال ، استفاده از هر دو نام طبقه بندی در جنوب شرقی آسیا به عنوان منشأ مرکزی موز باعث سردرگمی شد (والمایر و همکاران 2000 ؛ سینگ و همکاران 2001). یکی دیگر از مشکلات مقابله با تاکسونیست ها و باغبانان در جنوب شرقی آسیا ، حضور بسیاری از نام های ارقام موز و ارقام مترادف در زبان ها ، گویش ها و مناطق مختلف است (والماور و همکاران 2000 ؛ Wahyudi و همکاران 2020). بنابراین ، طرح طبقه بندی جدید ارائه شده توسط Simmonds و Shepherd (1955) که توسط یک اجماع در سال 1999 تصویب شده است ممکن است یک پیشرفت از این مشکل باشد (والمایر و همکاران 2000). طرح جدید طبقه بندی موزها یا سیستم سه لایه از نام گونه ها تشکیل شده است ، به دنبال آن ترکیبات نامه ای که حاکی از گروه های پلوئیدی و ژنوم است که توسط اجدادی آنها کمک کرده و به دنبال نام ارقام محلی (Simmonds and Shepherd 1955 ؛ Valmayor et al. 2000))بشر

این سیستم سه لایه از این واقعیت اتخاذ شد که ارقام موز در جنوب شرقی آسیا از هیبریداسیون بین دو اجداد Musa Acuminata Colla (مشارکت کنندگان یک ژنوم ، X = 11) و Musa Balbisiana Colla (مشارکت کنندگان ژنوم B ، x = 11 سرچشمه گرفته است.) (سینگ و همکاران 2001 ؛ د لانگه و همکاران 2009 ؛ لی و همکاران 2010 ، 2013 ؛ هاکینن 2013). هیبریداسیون و به دنبال احیا کروموزوم از تنوع موز با سطح پلوئیدی مختلف و ترکیبات ژنومی مانند AAA (Ambon ، Berlin ، MAS) ، AAB (Pisang Raja) و ABB (Kapok ، Ebung) (Sumardi and Wulandari 2010 ؛ Hapsari et al. 2015). تعیین گروههای ژنومی ارقام موز بر اساس شخصیت های مورفولوژیکی ارزیابی شد (هاپاری و همکاران 2015). با این حال ، رویکردهای مورفولوژیکی گاهی اوقات نادرست هستند زیرا بسیار ذهنی بود. این فرایند وقت گیر است و می تواند تحت تأثیر عوامل محیطی باشد (Probojati و همکاران 2019).

آخرین رویکرد برای شناسایی ترکیب ژنوم و گروه بندی ارقام موز توسط نشانگر مولکولی است. رویکرد مولکولی مبتنی بر توالی DNA ثابت شده است که در مقایسه با تکنیک های مورفولوژیکی و تجزیه و تحلیل مبتنی بر PCR مانند PCR-RFLP ، DNA پلی مورفیسم تقویت شده تصادفی (RAPD) ، پلی مورفیسم طول قطعه تقویت شده (AFLP) از سطح بالاتری از دقت و کارآیی برخوردار است. و تکرار توالی ساده (ISSR) یا میکرو ماهواره ای (Poerba and Ahmad 2010 ؛ De Jesus et al. 2013 ؛ Lamare and Rao 2015 ؛ Sundari et al. 2017 ؛ Poerba et al. 2019 ؛ Probojati et al. 2019 ؛ Wahyudi et al. 2020). اگرچه تکنیک مبتنی بر PCR می تواند ارقام موز ژنوم را طبقه بندی کند ، اما بیشتر اهدا کنندگان مادری و والدین ارقام هنوز نامشخص هستند (لی و همکاران 2013). بنابراین ، شناسایی ژنوم رقم موز بر اساس توالی DNA از ژنوم کلروپلاست مانند RBCL ، Intron Tk ، Tl-F و Mat K (Maturase K) (Liu et al. 2010 ؛ Bieniek et al. 2015 ؛ Wahyudi et al. 2013 ؛Janssens et al. 2016 ؛ Nikmah et al. 2016 ؛ Udensi et al. 2017) ممکن است این مشکل را برطرف کند. DNA کلروپلاست از لحاظ ساختاری پایدار ، غیر اصلاح کننده است و از مادر به ارث می رسد (Costion et al. 2011 ؛ Yuan et al. 2015 ؛ Shekhar et al. 2019).

ژن Mat K به دلیل اثربخشی ، میزان جهش آهسته در گیاهان و سطح دقت بیشتری نسبت به سایر ژن ها به طور گسترده ای برای شناسایی استفاده می شود. علاوه بر این ، بارکد زندگی کنسرسیوم (CBOL) همچنین ژن Mat K را به عنوان نشانگر شناسایی گیاهان عمومی توصیه کرده است (گروه کاری گیاه CBOL و همکاران 2009). ژن MAT K حتی موفق به بازسازی درختان فیلوژنتیک و زمان واگرایی ژنتیکی تخمین زده شد (لیو و همکاران 2009 ؛ اودنسی و همکاران 2017). تا به امروز ، هیچ گزارشی در مورد رابطه ژنتیکی و زمان تخمینی واگرایی ژنتیکی ارقام موز در جاوا بر اساس توالی ژن MAT K یافت نشده است.

این مطالعه حاضر با هدف تجزیه و تحلیل تنوع ژنتیکی ، رابطه و زمان واگرایی در بین ارقام موز محلی از جزیره جاوا بر اساس توالی ژن Maturase K (MAT K) انجام شده است. پیش بینی می شود نتایج این مطالعه نه تنها کشاورزی INI بلکه در فعالیت های حفاظت و تولید موز نیز مفید باشد. علاوه بر این ، زمان واگرایی ژنتیکی اطلاعاتی در مورد رابطه با دامنه توزیع آن و تاریخ زمین شناسی ارقام موز محلی در جزیره جاوا ارائه می دهد.

مواد و روش ها

مواد گیاهی

در مجموع 14 ارقام موز محلی پراکنده از جزیره جاوا از باغ موز ژرمپلاسم یوگیاکارتا ، اندونزی جمع آوری شد (جدول 1). ارقام موز از مناطقی که شامل ده منطقه از جزیره جاوا (شکل 1) سرچشمه گرفته بود و چهار گروه ژنومی ، یعنی AA ، AAA ، AAB و ABB را نشان می داد (جدول 1). علاوه بر این ، برگهای جوان ارقام موز قبل از تجزیه و تحلیل با ژل سیلیس جمع آوری و خشک شدند. علاوه بر این ، از دو گونه از GenBank NCBI نیز به عنوان گروه ، یعنی گلوکوم Ensete و Musella Lasiocarpa استفاده شد.

تجزیه و تحلیل مولکولی

جداسازی DNA ژنومی کامل با استفاده از کیت تصفیه DNA ژنومی Promega Wizard ® ، به دنبال دستورالعمل های سازنده آن انجام شد. کل DNA ژنومی هم از نظر کمی و هم از نظر کیفی تأیید شد. بررسی کمی غلظت کل DNA با استفاده از AE-NANO 200 Nucleic Acid Analyze نسخه 2. 0 انجام شد. معاینه کیفی با استفاده از جداسازی الکتروفورز بر روی ژلهای 1 ٪ آگارز رنگ آمیزی شده با 2 میکروگرم بر میلی لیتر اتیدیم برمید (ETBR) به مدت 30 دقیقه در ولتاژ 80 ولت انجام شد و سپس در ژلدوک UV - ترانزیلوماتور (BioRad) عکاسی شد. طول تخمین زده شده از DNA ژنومی کل با استفاده از نشانگر نردبان DNA 1 کیلوبایت (Thermo Scientific ، Califoia ، USA) اندازه گیری شد. تقویت ژن Mat K با استفاده از جفت های آغازگر MATK-1RKIM-F 5′-ACCCAGTCCATCATCATCATGTGGTTC-3 ′ و MATK-3FKIM-R 5′-CGTACAGTTTGTTTTACGAG-3 طراحی شده توسط K. J. J. J. KIM از School Of Lifeechnologyshiensalys از Sciensys، سئول ، کره (کوزمینا و همکاران 2012). واکنش PCR در 40 میکرولیتر حجم شامل 20 میکرولیتر از کیت مخلوط مستر 2 × TOPTAQ (QIAGEN) ، 1 میکرولیتر از 5 بعد از ظهر هر یک از آغازگرهای رو به جلو و معکوس ، بار مرجان 4 میکرولیتر ، 8 میکرولیتر آب آزاد RNA-SE و 6 میکرولیتر انجام شد. الگوی DNA (100-150 نانوگرم/UL). چرخه PCR از قبل از اشباع DNA در دمای 94 درجه سانتیگراد به مدت 4 دقیقه تشکیل شده است ، و به دنبال آن 40 چرخه دناتوراسیون در 94 درجه سانتیگراد به مدت 30 ثانیه ، آنیل شدن در 48 درجه سانتیگراد به مدت 40 ثانیه و پسوند در 72 درجه سانتیگراد به مدت 60 ثانیه. پسوند نهایی در دمای 72 درجه سانتیگراد به مدت 10 دقیقه انجام شد. محصولات PCR در آزمایشگاه های پایه 1 SDN BHD ، مالزی خالص و توالی شدند.

تحلیل داده ها

تنوع ژنتیکی و تجزیه و تحلیل هاپلوتیپ

داده های توالی DNA ژن MAT K با استفاده از اسکنر توالی ABI v. 10 مورد بررسی قرار گرفت. سپس ، فرآیند تراز دنباله با استفاده از منوی Clustal W با نرم افزار MEGA X مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت (Kumar et al. 2018). توالی های تراز شده با استفاده از GBLOCKS 0. 91B (Castresana 2000) بر اساس تراز توالی گروه utsa و پارامترهای پیش فرض برنامه ، دوباره بررسی شدند. تنوع ژنتیکی و تنوع هاپلوتیپ با نسخه DNASP 5. 10. 01 مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. بازسازی نقشه توزیع هاپلوتیپ با شبکه هاپلوتیپ 4. 6. 1. 2 (Paradis 2018) تولید شد.

تجزیه و تحلیل فیلوژنتیک

تجزیه و تحلیل فیلوژنتیک با استفاده از رویکردهای حداکثر پارسیمونی (MP) ، حداکثر احتمال (ML) و استنباط بیزی (BI) بازسازی شد. حداکثر تجزیه و تحلیل حداکثر پارسیمونی (MP) و حداکثر احتمال (ML) در نرم افزار PAUP*v4. 0b1 (Swofford 2002) با استفاده از درختان تعویض شاخه های اتصال (TBR) در 1000 تکرار بوت استرپ انجام شد. مدل های تکاملی برای تجزیه و تحلیل ML و BI با استفاده از jmodeltest 2. 0 (Darriba et al. 2012) و از GTR (زمان عمومی برگشت پذیر) + G (گاما) + I (سایت های ثابت) استفاده شد. تجزیه و تحلیل استنتاج بیزی با استفاده از نرم افزار MRBAYES 3. 0B4 انجام شد (Huelsenbeck and Ronquist 2001). پارامترهای بهترین مدل سپس در MCMC (زنجیره مونت کارلو مارکوف) استفاده شد ، برای 10،000،000 نسل اجرا شد و هر 1000 نسل نمونه برداری شد. تمام نقاط نمونه ای که قبل از ایستادن از نمرات احتمال ورود منفی (-LNL) به رنگ قرمز رخ می دهند ، به عنوان دوره سوختگی دور ریخته شدند و در 50 ٪ (سوختگی = 500) درخت اجماع قانون اکثریت حفظ شدند. علاوه بر این ، هر پرونده خروجی تولید شده از طریق FIGTREE V1. 4. 3 (Drummond and Rambaut 2007) تجسم شد. یک درخت فیلوژنی دارای یک گره پشتیبانی ، گره هایی با مقدار بوت استرپ 70 برای MLBS و MPBS و 95 پوند برای مقدار BPP (Huelsenbeck and Hilis 1993).

برآورد زمان واگرایی

تجزیه و تحلیل تخمین زمان واگرایی در صورتی که توپولوژی درخت در توضیح جدایی بین گونه ها معتبر باشد ، انجام می شود. بر اساس ژنهای MAT K ، زمان واگرایی ارقام موز با استفاده از روش زنجیره مونت کارلو مارکوف (MCMC) برآورد شد ، و هر تجزیه و تحلیل برای 10 میلیون نسل با پارامترهای نمونه برداری شده در هر 1000 نسل اجرا شد ، که در Beast اجرا شد (بیزیان تکاملیتجزیه و تحلیل درختان نمونه گیری) V2. 4. 1 نرم افزار بسته (Drummond and Rambaut 2007) ، تحت یک مدل ساعت نابسامان با ارتباط غیر طبیعی از تغییر نرخ در بین خطوط. کالیبراسیون خارجی از Janssens و همکاران بدست آمد.(2016) ، یعنی ، زمان واگرایی ژنتیکی بین گلوکوم Ensete و Musella Lasiocarpa در 53 MYA (CI 46. 1- 61. 4) رخ داد ، در حالی که زمان واگرایی ژنتیکی در بین جنس Ensete ، Musella و Musa در 53 Mya (CI 46. 1-161. 4. 4 رخ داده است.). همگرایی توزیع ثابت قبل و خلفی از طریق توطئه های نمونه و پارامتر نمونه با استفاده از نرم افزار ردیاب Ver1. 4 بررسی شد (Drummond and Rambaut 2007). نتایج خروجی به شکل پرونده های ورود و درخت با استفاده از نرم افزار LogCombiner v2. 4. 1 (Drummond and Rambaut 2007) ترکیب شد. نتایج درخت 100001 تا زمانی که فقط یک درخت وجود داشته باشد (برینین = 1،000،000) نادیده گرفته شد و درختان با نرم افزار TreeAotator v2. 4. 1 خلاصه شدند (Drummond and Rambaut 2007). زمان نهایی بازسازی و زمان واگرایی با استفاده از نرم افزار FIGTREE V. 1. 4. 3 (Drummond and Rambaut 2007) تجسم شد و با ادبیات پشتیبانی مقایسه شد.

نتایج

تقویت و توالی DNA ژنهای MAT K

تقویت با استفاده از آغازگرهای MAT K-1RKIM-F و MAT K-3FKIM-R با موفقیت در 14 رقم موز مورد بررسی انجام شد ، منجر به قطعات DNA 800-900 BP شد (شکل 2). توالی این آمپلیکون قطعات طول 844-860 جفت باز (جدول 2) تولید کرد. بر اساس تجزیه و تحلیل انفجار ، همه این قطعات همولوگ هایی با Musa Acuminata (MF68180. 4) ، Musa Balbisiana (KC904686. 1) و توالی MAT K (شباهت 73-100 ٪) بودند.

شبکه هاپلوتیپ توسط گروه (H9) ، یعنی گلوکوم Ensete تشکیل شد ، سپس به شبکه Haplotype 8 (H_8) که از 4 ارقام تشکیل شده است ، که ژنوم ABB و BBW بود ، جریان می یابد. سپس ، آن را به شبکه های Haplotype H_3 ، H_6 و H_7 که همه از نوع موز AAB تشکیل شده اند ، جریان می یابد. علاوه بر این ، H_1 ، H_2 ، H_4 و H_5 ، جایی که همه هاپلوتیپ ها از موز دیپلوئید AA و AAA Triploid تشکیل شده اند.

ارقام موز ژنوم AA و AAA به یک هاپلوتیپ گروه بندی شدند که قبلاً تصور می شد نتیجه ترکیبی بین جریان ژن از شبکه هاپلوتیپ 1 (H_1) و هاپلوتیپ 2 (H_2) باشد ، بنابراین به هاپلوتیپ 4 و هاپلوتیپ 5 تبدیل می شود که ژنوم AAAA بودند. این نتیجه می تواند از یافته های قبلی توسط سیمونز و چوپان (1955) پشتیبانی کند که تریپلوئیدها از گرده افشانی هاپلوئیدها از سلولهای زن دیپلوئیدی سرچشمه گرفته اند. به عنوان مثال ، ژنوم تریپلوئید AAA در اصل از ترکیبی از سلولهای زن AA دیپلوئید با سلول های نر Haploid A بود ، به طوری که AAA Triploid (M. acuminata) تولید می کند.

بر خلاف هاپلوتیپ 3 (H_3) که از Kojo Santen (AAA) ، Brentel Warangan (AAB) و Saba Awu (ABB) تشکیل شده است ، این سه رقم موز دارای ژنوم و منشأ متفاوت هستند. ژنوم AAB و ABB از نتایج هیبریداسیون بین M. acuminata و M. balbisiana امکان پذیر است. تقریباً تمام موزهای سه گانه از یک یا دو گونه از M. acuminata (a) و M. balbisiana (b) منشأ می شوند که طبق مشارکت نسبی هر ژنوم در ژنوتیپ به AA ، AAA ، AAB و ABB طبقه بندی می شوند (de langheو همکاران 2009).

فیلوژنی ارقام موز از جزیره جاوا

به منظور تجزیه و تحلیل روابط بین 14 رقم موز در این مطالعه ، تجزیه و تحلیل فیلوژنتیک با 3 روش انجام شد ، که دارای ارزش پشتیبانی بوت استرپ متفاوت از هر نقطه/گره شاخه است. گره ها در صورت پشتیبانی حداکثر احتمال پشتیبانی بوت استرپ (MLBs) 70 ≥ ، حداکثر پشتیبانی بوت استرپ پارسیمونی (MPBS) 70 ≥ و احتمال خلفی استنباط بیزی 95 ≥ 95 ٪ (Huelsenbeck و Ronquist 2001) در نظر گرفته شدند. اگرچه برخی از گره های 3 روش توپولوژی فیلوژنتیک از پشتیبانی بوت استرپ کم به نمایش گذاشته اند ، اما توپولوژی فیلوژنتیک این مطالعه شامل سه کلاد اصلی است ، طبق ژنوم که به خوبی پشتیبانی می شود (MLBs = 100 ٪ ، MPBs = 100 ٪ ، BPP = 100 ٪) (شکل. 4)

کلاد اول از گروههای ژنوم AA (Rejang ، MAS ، برلین) و گروه های ژنوم AAA (موروسبو ، آمبون هونگ) تشکیل شده است. با این حال ، گروه های AAB (Raja Seribu) به همراه گروه های AA و AAA در کلاد 1 توخالی شدند ، اما کلادها خود پشتیبانی از بوت استرپ دسته بندی شده ضعیف (MLB = 61 ٪ ، BPP = 55 ٪) و طبقه بندی متوسط برای (MPBS = 74 ٪) (شکل 4). اگرچه این نتیجه Raja Seribu (AAB) تو در تو است ، رابطه گروه AA/AAA با گروه AAB تمایل به جدا شدن به دو گروه بر اساس نقشه توزیع هاپلوتیپ داشت (شکل 3). Clade II عمدتا از گروه های AAB (Triolin ، Brentel Warangan ، Saba AWU) با توپولوژی پلی تیومی و پشتیبانی ضعیف (MLBs = 66 ٪ ، BPP = 93 ٪) (شکل 4a ، C) و پشتیبانی متوسط برای MPB ها = 77 ٪ تشکیل شده است (شکل 4B). با این حال ، Kojo Santen (گروه AAA) و Saba AWU (گروه ABB) نیز در این کلاد توخالی شده اند. رابطه آنها در جدایی توپولوژی آن به حمایت کم بوت استرپ گرایش یافته بود. در Clade II ، گروه ژنوم تریپلوئید (AAA ، AAB ، ABB) به هم پیوسته و به یک کلاد در درون آن تبدیل می شود. این نتیجه توسط مطالعات قبلی پشتیبانی می شود که احتمالاً ژنوم تریپلوئید دارای همان منشأ پدرانه و مادر است. کلاد III شامل گروه ABB و BBW با توپولوژی پلی تیولوژی و بوت استرپ پشتیبانی شده برای (MLBs = 90 ٪ ، MPBS = 94 ٪) (شکل 4A ، B) و پشتیبانی نسبتاً ضعیف برای BPP = 93 ٪ (شکل 4C) است. این نتایج حاکی از آن است که گروه های ABB (Ebung ، Raja Bandung) و BBW (Kluthuk IJO ، Kluthuk Wulung) از نزدیک مرتبط هستند ، بنابراین تصور می شود گروه گونه های خواهر (100 ٪ یکسان) هستند. گروه های ژنوم ABB و BBW همان الگوهای رابطه و متعلق به یک گروه با ارزش فاصله ژنتیکی 0،000 را نشان می دهند. این یافته ها نشان می دهد که چندین منشاء هیبریداسیون بین خاص برای ژنوم B در ارقام مختلف موزهای اهلی است. بر اساس این یافته ، ما پیشنهاد می کنیم که M. Balbisiana ممکن است ژنوم B را اهدا کند.

تخمین زمان واگرایی

تخمین زمان واگرایی 14 رقم مورد مطالعه بر اساس mat K با استفاده از درخت اعتبار حداکثر کلاد BEAST در شکل 5 نشان داده شده است. میانگین سنی و 95% HPD در جدول 3 نشان داده شده است. زمان واگرایی برای Musaceae (شامل همه نمونه های این مطالعه)) در 51. 9 Mya (CI 60. 5-44. 8 Mya 95% بالاترین تراکم خلفی (HPD)) (گره 1) تخمین زده شد، که نشان می دهد منشاء در اوایل ائوسن شروع شده است. به همین ترتیب، جدایی بین جنس Ensete و Musella نیز در اوایل ائوسن در 45 Mya (48-42. 5 Mya 95% HPD؛ نقطه کالیبراسیون مورد استفاده 43 Mya بود) تشکیل شد (گره 2). تنوع جنس Musa حاوی گونه های گروه M. acuminata و M. balbisiana در طول سن تخمینی اولیگوسن 26 میا (95% HPD: 37-16 Mya؛ گره 3) آغاز شد. با این حال، جداسازی اولیه هر یک از ارقام حاوی Ambon Hong، Raja Seribu، Morosebo، Mas و Rejang در اواسط میوسن با میانگین سنی 16. 5 میلیا (95% HPD: 26-7. 5 میا؛ گره 4) رخ داد. علاوه بر این، ارقام Raja Seribu و Mas، Rejang، Morosebo در اواخر میوسن با زمان واگرایی تخمینی 13 Mya (95% HPD: 22-5. 9 Mya؛ گره 5) متنوع شدند. به همین ترتیب، تقسیم بین ارقام Mas و Rejang در 7 Mya (95% HPD: 11-3 Mya؛ گره 6) و جدایی بین رقم برلین و Triolin، Kojo Santen، Brentel Warangan و دیگران در 12. 5 Mya (95% HPD) رخ داد:29. 8-5 Mya؛ گره 7) نیز در اواخر میوسن واقع شده است. زمان تخمینی واگرایی ارقام Triolin، Kojo Santen، Brentel Warangan، Saba Awu و Kluthuk IJo، Ebung، Kluthuk Wulung، Raja Bandung در 4 Mya (95% HPD: 6-2. 1 Mya؛ گره 8) در پلیوسن و رقم Kojoten، برنتل وارنگان، Saba Awu/Triolin نیز در پلیوسن در 2. 5Ma (95% HPD: 2. 1-1 Mya؛ گره 9) واقع شده است.

جدول 3 تخمین زمان واگرایی 95% HPD (Mya) 14 رقم موز بر اساس ژن mat K با استفاده از BEAST

بحث

تنوع ژنتیکی ارقام موز

برای ارزیابی ژرم پلاسم موزهای اهلی ، مطالعات متعددی در مورد تنوع ژنتیکی الحاق موزای کشت شده و وحشی با استفاده از نشانگر مولکولی مختلف ، یعنی AFLP ، RAPD ، PC R-RFLP ، ISSR و میکروستولیت بررسی شده است (Babu et al. 2018 ؛ Das et al. 2018 ؛ Poerba et al. 2019 ؛ Probojati et al. 2019 ؛ Wahyudi et al. 2020). در حال حاضر ، مطالعات سیستماتیک مولکولی در گیاهان بر اساس ژن MATK به عنوان یک کاندیدای بالقوه برای تعیین تنوع ژنتیکی و انجام شناسایی گونه ها یا بارکد سازی DNA گیاهی انجام شده است (Costion et al. 2011 ؛ Hilu et al. 2014 ؛ Yuan et al. 2015 ؛شیخار و همکاران 2019). این مطالعه همچنین پرده برداری کرد که توالی های موز موز MAT K طولانی تر از Poaceae (Das et al. 2013) و خانواده های Dipterocarpaceae Mat K (Haelly et al. 2018) هستند که به نوبه خود نشان داده اند که ارقام موز دارای سطح بالایی از تنوع ژنتیکی هستند.

مطالعه حاضر ما با ارزیابی سایتهای متغیر (چند شکل) ژن MAT K ، تنوع نوکلئوتیدی 14 ارقام موز را که در مناطق مختلف جزیره جاوا ، اندونزی کشت شده است ، ارزیابی کرده است. در این مطالعه ، ما با موفقیت ارزش سایت های نوکلئوتیدی شخصیت ها را به دست آورده ایم که نشان می دهد سایت های متغیر (چند شکل) وجود دارند. تغییرات زیاد در بین توالی ژن MAT K در تمام موزهایی که مورد مطالعه قرار گرفتیم ، تنوع ژنتیکی بالایی آن را نشان می دهد. این تنوع زیاد نوکلئوتیدی در ارقام موز حاکی از آن است که ممکن است از نظر تاریخی جمعیت زیادی داشته باشد و در طی فرآیند اهلی شدن هیچ تنگنا ژنتیکی شدید نداشته باشد (لی و همکاران 2013). ژن MAT K در موز مورد مطالعه همچنین سایتهای آموزنده پارسیمونی بالایی را نشان داد ، جایی که حداقل در دو نوع نوکلئوتیدها تغییراتی ایجاد شده است ، و دو مورد از آنها با حداقل فرکانس دو (هاپاری و همکاران 2018) ظاهر شدند. این ژن همچنین میانگین بالایی از محتوای پایه GC را در نمونه های موز ما نشان داد. این مطابق با آنچه در مطالعات گیاهی از جمله در Musaceae (Christelová و همکاران 2011) و Poaceae گزارش شده است (Bieniek et al. 2015) گزارش شده است.

رابطه بین ارقام موز در جاوا از توزیع هاپلوتیپ و فیلوژنتیک ارزیابی می شود

از تجزیه و تحلیل ساخت شبکه هاپلوتیپ برای تجسم روابط شجره نامه بین توالی های DNA در یک جمعیت یا در سطح درون خاص یا ایجاد استنباط در مورد بیوگرافی و تاریخ جمعیت استفاده شد. شبکه هاپلوتیپ آموزنده تر از درختان فیلوژنتیک معمولی برای نمایش تنوع توالی DNA درون خاص (Paradis 2018 ؛ Hapsari و همکاران 2020).

مطالعه حاضر ما با موفقیت نقشه توزیع هاپلوتیپ را به دست آورده است که نشان می دهد ارقام موز از نوع AA با گروه ژنوم AAA توخالی شده است. علاوه بر این ، ارقام موز گروه های AA و AAA مستقیماً به گروه AAB ارقام موز متصل می شوند و گروه AAB مستقیماً به گروه ABB BANANA ABB متصل می شوند. بنابراین ، این امکان وجود دارد که موزهای گروه AAB به عنوان موزهای واسطه ای که دو ژنوم B و ژنوم را به هم وصل می کنند ، عمل کنند. این یافته ها مطالعه قبلی را توسط De Langhe و همکاران تأیید می کند.(2009) که هیبریداسیون بین جمعیت های فرقه ، همراه با مهاجرت انسان و هنوز هم تا حدودی بارور از ریشه های مختلف منجر به تولید دیپلوئیدهای استریل تر ژنوم AA و تریپلوئیدهای شدیدتر و تقریباً استریل شد (AAA ابتدا ، سپس AAB و بعداً ABB).

در این مطالعه ، برای تجزیه و تحلیل رابطه فیلوژنتیک ، از 3 مدل ، یعنی ML ، MP و استنباط بیزی استفاده کردیم که تا حد زیادی در توپولوژی درختان شکل گرفته متناسب هستند. تفاوت جزئی در 3 روش عمدتاً در پشتیبانی در سطح گونه ها است (شکل 4). این تجزیه و تحلیل رابطه فیلوژنتیک از ارقام موز ، هر رقم را به 3 کلاد با توجه به شخصیت های ژنوم متمایز می کند. این یافته ها نشان می دهد که توالی ژن MAT K می تواند به عنوان توصیه ای برای گروه بندی ارقام موز بر اساس ژنوم آن استفاده شود.

2 کلاد وجود دارد که یک توپولوژی پلی تیوله را تشکیل می دهند که در جمعیت Musa Troglodytarum بر اساس RBCL نیز یافت می شود (Hiariej et al. 2015). توپولوژی پلی تونی جداسازی شاخه هایی است که نمی توانند یک گونه را از دیگری جدا یا جدا کنند. این احتمالاً در اثر تکامل ایجاد می شود که به طور همزمان رخ می دهد ، بنابراین باعث عدم اطمینان در توپولوژی فیلوژنتیک می شود (کوهن و همکاران 2011). که توسط مطالعات تکامل ژنتیکی قبلی در Poales (Hochbach و همکاران 2018) پشتیبانی می شود ، که نشان داد ژن MAT K دارای یک الگوی تکاملی و سرعت است که آن را از ژن های دیگر متمایز می کند اما برای تشخیص گونه ها در سطح تاکسی پایین ، کمتر دقیق است. دلیل دیگر این است که به دلیل موقعیت MAT K در اینترون T K و نزدیکی آن به PSB A که ممکن است یک آغازگر تقریباً جهانی برای تقویت فراهم شود ، نیاز به آغازگرهای خاص وجود دارد. یک استراتژی مرتب سازی مؤثر برای MAT K در گروه Musaceae مورد نیاز است. لازم است ارزیابی و تجزیه و تحلیل بیشتر برای این مطالعه انجام شود.

اهمیت تجزیه و تحلیل روابط ژنتیکی برای حفاظت ژنتیکی ارقام موز وجود دارد. حفاظت از تنوع ژنتیکی موز برای حفاظت درجا و سابق درجا لازم است. اگر منابع حفاظت محدود باشد ، هر رقم که دارای شباهت و رابطه نزدیک باشد ، باید انتخاب شود ، یکی از آنها به عنوان نماینده. در مطالعه ما ، بر اساس MAT K ، ما باید هر دو Saba Awu Banana (ABB) و Kaja Santen (AAA) را حفظ کنیم زیرا این دو ارقام دارای انواع مختلفی از ژنوم هستند که هنوز از نظر ژنتیکی از نزدیک مرتبط هستند (شکل 4).

زمان واگرایی و وقایع بیوگرافی ارقام موز در جزیره جاوا

زمان واگرایی در این مطالعه برای تفسیر تکامل زمانی ارقام موز بسیار مفید است. مطالعه حاضر ما برآورد زمان واگرایی برای ارقام موز که از جزیره جاوا سرچشمه گرفته است ، ارائه می دهد. سنین تخمین زده شده در بین موسی ، آنسنت و موسلا در اوایل ائوسن تشکیل شده است (شکل 5). شبیه به آن است که در مطالعه قبلی گزارش شده است (Janssens et al. 2016). بر اساس فسیل های کشف نشده ، اولین تنوع موسی در شمال هندو-بورما در اواخر ائوسن رخ داده است. سپس از شمال هندو برمه به سمت تمام مناطق جنوب شرقی آسیا (از جمله مالزی) و به دنبال آن تنوع محلی پخش شد (Janssens et al. 2016). بر اساس این گزارش ها و توزیع جنس متنوع ، به نظر می رسد منطقی است که فرض کنیم که جنس موسی در آسیای گرمسیری ، به ویژه در منطقه جنوب شرقی آسیا تکامل یافته و متنوع شده است.

توزیع جغرافیایی از جنس موسی حاوی گونه های گروه M. acuminata و M. balbisiana (گره های 3 ، شکل 5) در طول الیگوسن آغاز شد. بر اساس مطالعه توسط Janssens و همکاران.(2016) ، متنوع سازی Ingentimusa ، Callimusa و Australimusa از منطقه شمالی هندو-برمه در طول الیگوسن شروع به پخش کرد ، در حالی که اولین پراکندگی هر گروه M. acuminata و M. balbisiana در جزیره جاوا (گره های 4) از آن توزیع می شود. منطقه غربی که اکنون به عنوان جاکارتا (از جمله رجا سریبو) شناخته می شود ، به سمت یوگیاکارتا ، جاوا مرکزی (از جمله Ambon Hong ، Morosebo ، MAS و Rejang). این در میوسن میانه تا میوسن اواخر رخ داده است. در این زمان ، تنوع Eumusa و Rhodochlamys وجود دارد ، که به دنبال وقایع زایمان بود (Janssens et al. 2016).

گسترش بیشتر و متنوع سازی در جاوا شرقی (از جمله برلین ، کوجو سانتن ، برنتل وارنگان ، صبا آو ، کلوتوک وولونگ ، ابونگ و کلوتوک ایجو) نیز در اواخر میوسن رخ داد. این متفاوت از آن است که از Bantul ، جاوا مرکزی که در پلیوسن رخ داده است (گره های 8 و 9 ، شکل 5). براساس این یافته ، قرار است گسترش آن ارقام موز با مهاجرت انسانی در داخل و خارج وثیقه باشد و به مناطق منزوی شود. اهلی کردن به دلیل انتخاب و مهاجرت انسان یکی از جنبه های تکامل است (کانتار و همکاران 2017) ، به ویژه در ارقام موز. با این حال ، ما می دانیم که تعیین علت دقیق توزیع ارقام موز موجود به دلیل پیچیدگی بین الگوهای فیلوژنتیک و توزیع جغرافیایی هنوز چالش برانگیز است.

نتیجه

تجزیه و تحلیل روابط ژنتیکی درختانی را تولید کرد که ارقام مورد مطالعه را با توجه به گروه های ژنومی آنها با نه هاپلوتیپ گروه بندی کردند. این امر باعث می شود تا داده های تنوع ژنتیکی موز محلی حفظ شود و همچنین محافظت از مالکیت معنوی را فراهم کند. زمان واگرایی برآورد شده از تشکیل همه نمونه ها (Musaceae) قرار است در طی ائوسن (95 ٪ HPD: 51. 9 MYA) ، گروه موسی آکومینناتا (AA ، AAA ، AAB) با گروه Musa Balbisiana (BB و ABB) رخ دهد. الیگوسن (95 ٪ HPD: 26 MYA) ، و جدایی بر روی هر ارقام موز در طول میوسن میانه به پلیوسن (95 ٪ HPD: 16. 5-2. 5 MYA) رخ داده است. این مطالعه توصیه می کند که تجزیه و تحلیل از زمان واگرایی تخمین زده شده با مقایسه چندین گونه برای تعیین زمان واگرایی خاص تر ، به داده های کالیبراسیون بیشتری نیاز دارد. علاوه بر این ، حفاظت ژنتیکی برای هر 14 ارقام مورد مطالعه از جاوا برای حفظ منابع ژنتیکی آن به شدت مورد نیاز است.

در دسترس بودن داده ها و مواد

تمام داده هایی که در مورد آنها انتزاعی از مطالعه تهیه شده است ، در نسخه اصلی ارائه شده است.