تنوع ژنتیکی و ساختار جمعیتی کلونال

برای اکثر گونه‌های گیاهی آوندی، دو حالت متمایز تولید مثل وجود دارد: جنسی و غیرجنسی، از طریق تولید مثل رویشی و آپومیکسیس [1، 2]. برای گیاهانی که به صورت غیرجنسی تولید مثل می کنند، تولید مثل رویشی در گیاهان چند ساله بسیار رایج است [1، 3]. دو روش تولید مثل با پیامدهای ژنتیکی متضاد همراه است [2، 4، 5]. درک تأثیرات بر تنوع ژنتیکی وسایل تولید مثل مورد استفاده توسط گیاهان می تواند بینش قابل توجهی را در مورد زیست شناسی تکاملی و حفاظت آنها ارائه دهد و بنابراین این موضوع نگرانی و علاقه تحقیقاتی گسترده ای را به خود جلب کرده است [6].

گیاهانی که از تولیدمثل جنسی استفاده می‌کنند می‌توانند از طریق گرده و دانه به تبادل ژن بین افراد و جمعیت‌ها دست یابند، در حالی که گیاهانی که صرفاً به تولید مثل رویشی تکیه می‌کنند معمولاً به آسانی دور از گیاه مادر پراکنده نمی‌شوند [4، 7،8،9]. بنابراین، برای گیاهانی که از طریق جنسی تولید مثل می کنند، فرصتی برای افزودن ژنوتیپ های جدید از طریق جریان ژن و/یا نوترکیب ژنتیکی وجود دارد [10]. در مقابل، برای گیاهانی که به صورت غیرجنسی تولید مثل می‌کنند، پیش‌بینی می‌شود که تنوع ژنتیکی در نتیجه عدم تفکیک و نوترکیبی ژنتیکی کاهش می‌یابد [11،12،13]، همانطور که مطالعات مختلف در مورد تنوع ژنتیکی در گیاهان کلونال نشان می‌دهد [14، 15] ]. برخلاف پیش‌بینی‌های نظری، بسیاری از مطالعات تجربی در مورد تنوع ژنتیکی گیاهان کلونال نشان داده‌اند که تنوع ژنتیکی جمعیت آن‌ها، به طور متوسط، به طور کلی مشابه یا حتی بیشتر از گیاهان در حال تولید مثل جنسی است [11، 16،17]. ,18,19,20]. این منجر به این ایده به طور گسترده پذیرفته شده است که میانگین تنوع ژنتیکی در جمعیت گیاهان کلونال به طور کلی به اندازه گیاهان غیرکلونال متنوع به نظر می رسد [18، 21، 22]. در واقع، حفظ تنوع ژنتیکی درون جمعیتی گونه‌های در حال تولید مثل کلونی باید چندین واقعیت را در نظر بگیرد، به عنوان مثال. استخدام ژنوتیپ های جدید از طریق دیاسپورهای تولید شده از طریق جنسی، تنوع بخشیدن به انتخاب در شرایط مختلف محیطی و جهش سوماتیک [11، 16، 17]. شایع ترین دلیل سطح بالای تنوع ژنتیکی در جمعیت بسیاری از گیاهان کلونال با ظرفیت تولید مثل جنسی، دوره های پراکنده و محدود تولید مثل جنسی است [13، 18، 23،24،25،26،27،28،29. ، 30]. برای مثال، جمعیت‌های تکثیر غیرجنسی درختچه Acacia carneorum حاوی ژن‌های متعددی بودند که می‌توان آن را به عضوگیری جنسی گاه به گاه نسبت داد [13]، و علفی کلونال چند ساله Maianthemum bifolium تنوع ژنوتیپی بالایی را نشان داد که ناشی از جذب جنسی بسیار محدود است [18]. با این حال، این مطالعات قبلی سیستم جفت گیری گیاهان غیرکلونال مربوطه را که مهم ترین عامل تأثیرگذار بر تنوع ژنتیکی و ساختار ژنتیکی فضایی جمعیت های درون گونه ها است، در نظر نگرفتند [31،32،33]. یعنی مقایسه ای با گیاهان خودگردان و برون گرا انجام نشد. به عنوان مثال، ملونی و همکاران. [34] هنگام مقایسه تنوع ژنتیکی گونه‌های کلونال و گونه‌های تولید مثل جنسی در جزایر قناری، سیستم تولید مثل را در نظر نگرفت. علاوه بر این، شایان ذکر است که اکثر گیاهان کلونال در این مطالعات قبلی به طور منظم نتاج جنسی تولید می کنند. مطالعات متعدد بر روی تنوع ژنتیکی نشان داده است که در مقایسه با گیاهان برون‌گرا، گیاهان خودبارور شده تنوع ژنتیکی کمتری در سطح جمعیت و گونه دارند، اما تمایز ژنتیکی بین جمعیت‌ها تقویت می‌شود [35، 36]. بنابراین، با توجه به تأثیرات سیستم جفت گیری بر تنوع ژنتیکی، درک کامل تأثیر تولید مثل کلونال بر تنوع ژنتیکی و ساختار ژنتیکی فضایی جمعیت گیاهان کلونال که به طور منظم نتاج جنسی تولید می کنند، می تواند دشوار باشد، زیرا ریشه های آن در مخلوط پیچیده ای از عوامل. بدون شک، مطالعاتی در مورد مقایسه گیاهان کلونال اجباری با گیاهان خودبیرونی و بیرونی مورد نیاز است و می تواند به درک بهتری از تأثیر تولید مثل کلونال بر تنوع ژنتیکی جمعیت و ساختار ژنتیکی فضایی گیاهان کمک کند. علاوه بر این، ارزش مطالعات قبلی برای تجزیه و تحلیل اثرات تولید مثل کلونال بر تنوع ژنتیکی با عدم توجه به فیلوژنی کاهش می یابد. روابط فیلوژنتیکی بین گونه‌های مورد توجه ممکن است تحلیل‌های مقایسه‌ای تنوع ژنتیکی بین گونه‌های گیاهی غیرجنسی و جنسی نامرتبط را مخدوش کند، زیرا گونه‌های مرتبط با فیلوژنتیک ممکن است ترکیبی از ارزش‌های شخصیتی را نشان دهند که تا حدی از یک اجداد مشترک به ارث رسیده است [38]. با توجه به این موضوع، مطالعات تطبیقی ​​گونه‌های نزدیک به هم این مزیت را دارند که می‌توانند اثرات تنوع در صفات منفرد (مانند شیوه‌های تولید مثل) را بر ساختار ژنتیکی جداسازی کنند [31]. بنابراین، مطالعات مقایسه ای بر روی ساختار ژنتیکی جمعیت بین گونه های گیاهی کلونال اجباری نزدیک به هم و گونه های گیاهی جنسی می تواند اثر فیلوژنتیکی را بر تنوع ژنتیکی از هم جدا کند.

منابع

Holsinger KE. Reproductive systems and evolution in vascular plants. Proc Natl Acad Sci USA. 2000;97:7037–42.

Article  CAS  PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

Vallejo-Marín M, Dorken ME, Barrett SCH. The ecological and evolutionary consequences of clonality for plant mating. Annu Rev Ecol Evol S. 2010;41:193–213.

Article  Google Scholar 

Barrett SCH. Influences of clonality on plant sexual reproduction. Proc Natl Acad Sci USA. 2015;112:8859–66.

Article  CAS  PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

Eckert CG. The loss of sex in clonal plants. Evol Ecol. 2002;15:501–20.

Article  Google Scholar 

Chung MY, Suh Y, López-Pujol J, Nason JD, Chung MG. Clonal and fine-scale genetic structure in populations of a restricted Korean endemic, Hosta jonesii (Liliaceae) and the Implications for Conservation. Ann Bot. 2005;96:279–88.

Article  PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

Honnay O, Jacquemyn H. Clonal plants: beyond the patterns-ecological and evolutionary dynamics of asexual reproduction. Evoly Ecol. 2010;24:1393–7.

Article  Google Scholar 

Alberto F, Gouveia L, Arnaud-Haond S, Pérez-Lloréns JL, Duarte CM, Serrão EA. Within-population spatial genetic structure, neighbourhood size and clonal subrange in the seagrass Cymodocea nodosa. Mol Ecol. 2005;14:2669–81.

Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

Mizuki I, Ishida K, Tani N, Tsumura Y. Fine-scale spatial structure of genets and sexes in the dioecious plant Dioscorea japonica, which disperses by both bulbils and seeds. Evol Ecol. 2010;24:1399–415.

Article  Google Scholar 

Binks RM, Millar MA, Byrne M. Contrasting patterns of clonality and fine-scale genetic structure in two rare sedges with differing geographic distributions. Heredity. 2015;115:235–42.

Article  CAS  PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

Jacquemyn H, Brys R, Honnay O, Hermy M, Roldán-Ruiz I. Sexual reproduction, clonal diversity and genetic differentiation in patchily distributed populations of the temperate forest herb Paris quadrifolia (Trilliaceae). Oecologia. 2006;147:434–44.

Article  PubMed  Google Scholar 

Diggle PK, Lower S, Ranker TA. Clonal diversity in alpine populations of Polygonum viviparum (Polygonaceae). Int J Plant Sci. 1998;15:606–15.

Article  Google Scholar 

Honnay O, Bossuyt B. Prolonged clonal growth: escape route or route to extinction? Oikos. 2005;108:427–32.

Article  Google Scholar 

O’Brien EK, Denham AJ, Ayre DJ. Patterns of genotypic diversity suggest a long history of clonality and population isolation in the Australian arid zone shrub Acacia carneorum. Plant Ecol. 2014;215:55–71.

Article  Google Scholar 

Vandepitte K, Roldán-Ruiz I, Jacquemyn H, Honnay O. Extremely low genotypic diversity and sexual reproduction in isolated populations of the self-incompatible lily-of-the-valley (Convallaria majalis) and the role of the local forest environment. Ann Bot. 2010;105:769–76.

Article  CAS  PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

Wang MZ, Li HL, Li JM, Yu FH. Correlations between genetic, epigenetic and phenotypic variation of an introduced clonal herb. Heredity. 2020;124:146–55.

Article  PubMed  Google Scholar 

Ellstrand NC, Roose ML. Patterns of genotypic diversity in clonal plant species. Am J Bot. 1987;74:123–31.

Article  Google Scholar 

Widén B, Cronberg N, Widén M. Genotypic diversity, molecular markers and spatial distribution of genets in clonal plants, a literature survey. Folia Geobot. 1994;29:245–63.

Article  Google Scholar 

Honnay O, Jacquemyn H, Roldán-Ruiz I, Hermy M. Consequences of prolonged clonal growth on local and regional genetic structure and fruiting success of the forest perennial Maianthemum bifolium. Oikos. 2006;112:21–30.

Article  Google Scholar 

Honnay O, Jacquemyn H. A meta-analysis of the relation between mating system, growth form and genotypic diversity in clonal plant species. Evol Ecol. 2008;22:299–312.

Article  Google Scholar 

Wibowo A, Becker C, Durr J, Price J, Spaepen S, Hilton S, Putra H, Papareddy R, Saintain Q, Harvey S, Bending GD, Schulze-Lefert P, Weigel D, Gutierrez-Marcos G. Partial maintenance of organ-specific epigenetic marks during plant asexual reproduction leads to heritable phenotypic variation. Proc Natl Acad Sci USA. 2018;115:E9145–52.

Article  CAS  PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

Bartlewicz J, Vandepitte K, Jacquemyn H, Honnay O. Population genetic diversity of the clonal self-incompatible herbaceous plant Linaria vulgaris along an urbanization gradient. Biol J Linn Soc. 2015;116:603–13.

Article  Google Scholar 

Godoy FMDR, Lenzi M, Ferreira BHS, Silva LV, Zanella CM, Paggi GM. High genetic diversity and moderate genetic structure in the self-incompatible, clonal Bromelia hieronymi (Bromeliaceae). Biol J Linn Soc. 2018;187:672–88.

Article  Google Scholar 

Kudoh H, Shibaike H, Takasu H, Whigham D, Kawano S. Genet structure and determinants of clonal structure in a temperate deciduous woodland herb Uvularia perfoliata. J Ecol. 1999;87:244–57.

Article  Google Scholar 

Stehlik I, Holderegger R. Spatial genetic structure and clonal diversity of Anemone nemorosa in late successional deciduous woodlands of Central Europe. J Ecol. 2000;88:424–35.

Article  Google Scholar 

Brzosko E, Wróblewska A, Ratkiewicz M. Spatial genetic structure and clonal diversity of island populations of lady’s slipper (Cypripedium calceolus) from the Biebrza National Park (northeast Poland). Mol Ecol. 2002;11:2499–509.

Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

Balloux F, Lehmann L, de Meeûs T. The population genetics of clonal and partially clonal diploids. Genetics. 2003;164:1635–44.

Article  PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

Richards CL, Hamrick JL, Donovan LA, Mauricio R. Unexpectedly high clonal diversity of two salt marsh perennials across a severe environmental gradient. Ecol Lett. 2004;7:1155–62.

Article  Google Scholar 

de Witte LC, Armbruster GJ, Gielly L, Taberlet P, Stöcklin J. AFLP markers reveal high clonal diversity and extreme longevity in four key arctic-alpine species. Mol Ecol. 2012;21:1081–97.

Article  PubMed  Google Scholar 

Brzosko E, Wróblewska A, Jermakowicz E, Hermaniuk A. High level of genetic variation within clonal orchid Goodyera repens. Plant Syst Evol. 2013;299:1537–48.

Article  CAS  Google Scholar 

Loh R, Scarano FR, Alves-Ferreira M, Salgueiro F. Clonality strongly affects the spatial genetic structure of the nurse species Aechmea nudicaulis (L.) Griseb.. (Bromeliaceae). Bot J Linn Soc. 2015;178:329–41.

Article  Google Scholar 

Williams CF, Ruvinsky J, Scott PE, Hews DK. Pollination, breeding system, and genetic structure in two sympatric Delphinium (Ranunculaceae) species. Am J Bot. 2001;88:1623–33.

Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

Aizen MA, Ashworth L, Galetto L. Reproductive success in fragmented habitats: do compatibility systems and pollination specialization matter? J Veg Sci. 2002;13:885–92.

Article  Google Scholar 

Charlesworth D. Effects of inbreeding on the genetic diversity of populations. Philos T R Soc B. 2003;358:45.

Article  CAS  Google Scholar 

Meloni M, Reid A, Caujapé-Castells J, Marrero Á, Fernández-Palacios JM, Mesa-Coelo RA. Effects of clonality on the genetic variability of rare, insular species: the case of Ruta microcarpa from the Canary Islands. Ecol Evol. 20013;3:1569–79.

Ingvarsson PK. A metapopulation perspective on genetic diversity and differentiation in partially self-fertilizing plants. Evolution. 2002;56:2368–73.

Article  PubMed  Google Scholar 

Pettengill JB, Runquist RDB, Runquist DA. Mating system divergence affects the distribution of sequence diversity within and among populations of recently diverged subspecies of Clarkia xantiana (Onagraceae). Am J Bot. 2016;103:99–109.

Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

Fischer M, van Kleunen M. On the evolution of clonal plant life histories. Evol Ecol. 2002;15:565–82.

Article  Google Scholar 

Mazer JS. Alternative approaches to the analysis of comparative data compare and contrast. Am J Bot.

1998;85:1194–9.

برای دانلود پروژه نمونه توسعه و بکارگیری ابزارهای آنالیز ژنتیکی جمعیت های کلونال به همراه شبیه سازی R، اینجا کلیک کنید.

پروژه مشابه دارید؟

برای ثبت سفارش در سیمیا می توانید از طریق اپلیکیشن سیمیا، یا فرم ثبت سفارش در سایت اقدام کرده و یا از طریق ایمیل، واتساپ، تلگرام و اینستاگرام اقدام نمایید.

اپلیکیشن سیمیا را از بازار و مایکت دانلود کنید.

سریع ترین راه پاسخگویی سیمیا، واتساپ و سروش می باشد. لینک واتساپ، اینستاگرام و تلگرام در پایین سایت وجود دارد.

 09392265610

نشانی ایمیل سیمیا simiya_ht@yahoo.com می باشد.

از برقراری تماس برای هماهنگی پروژه خودداری کنید، حجم بالای سفارشات به ما اجازه نمی دهد تا از طریق تلفن پاسخگوی شما عزیزان باشیم، حتما درخواست خود را به صورت مکتوب و از طریق یکی از راه های ذکر شده فوق ارسال نمایید، درخواست خود را به طور کامل و با تمام فایل ها و توضیحات لازم ارسال نمایید تا مدت زمان بررسی آن به حداقل برسد. پس از تعیین کارشناس، در اسرع وقت به شما پاسخ می دهیم.