1-1- تنوع ژنتیکی

اصلاح‌نباتات بر پایه اصول ژنتیكی یكی از فنون موفق در قرن بیستم به شمار می‌رود. افزایش میزان تولید محصولات كشاورزی، ‌همچنین تغذیه جهانی به طور عمده مرهون روش‌های به نژادی یا اصلاح‌نباتات و معرفی واریته‌های پرمحصول اصلاح شده می‌باشد (عبدمیشانی وهمكاران،‌1387). منابع ژنتیكی گیاهی در علم كشاورزی و  تولید غذا، ‌اساس امنیت جهانی غذا هستند. آنها تنوع ژنتیكی موجود در ارقام سنتی، ارقام جدید، خویشاوند و حتی گیاهان زراعی و گونه‌های وحشی دیگر را در بر می‌گیرند. پیش‌بینی می‌شود كه جمعیت جهان در سال 2020 میلادی به 8 میلیارد نفر برسد و برای تامین نیاز غذایی روزافزون، استفاده از دامنه وسیع تنوع ژنتیكی موجود در گیاهان دنیا ضروری است (كامسوارا و رائو 2004، سینگ، 1990، جین و همكاران، 1975). افزایش تولید با كیفیت مطلوب مستلزم فعالیت‌های به نژادی بر پایه تنوع وسیع ژرم‌پلاسم است. لذا ژرم‌پلاسم گیاهی پایه و اساس تمامی تحقیقات ژنتیكی و به‌نژادی به منزله خونی است كه در كالبد برنامه‌های اصلاح نباتاتی جریان دارد (دانایی و همكاران،‌ 1380). تنوع ژنتیكی یا به علت جدایی جغرافیایی یا به علت موانع ژنتیكی تلاقی‌پذیری[1] است شایان ذكر است كه بین مفهوم تغییرپذیری[2]، ‌مفهوم تنوع[3]، تفاوت وجود دارد. بدین معنی كه تغییرپذیری دارای تفاوت‌های قابل مشاهده فنوتیپی است اما چنین تفاوت‌های قابل مشاهده‌ای ممكن است در مفهوم تنوع  باشد و یا نباشد (فرشادفر، 1376). یعنی ممكن است  تنوع‌ژنتیكی، ‌بروز ظاهری و فنوتیپی قابل مشاهده نداشته باشد (باقری و همكاران، 1380). آگاهی دقیق از تنوع ژنتیكی مجموعه‌های ژنتیكی گیاهی،‌ ضمن حفظ ذخایر ژنتیكی گیاهی باعث استفاده از آنها در برنامه‌های اصلاحی می‌شود )ویرک و همکاران، 1995). یكی از اولین قدم‌ها در یک برنامه موفق به‌نژادی، ‌تشخیص صحیح ژنوتیپ‌های مطلوب است (صالحی ‌جوزانی و همكاران، 1382 و شعبانی، 1378). ابتدا تنوع توده‌های بومی و موجود مورد انتخاب قرار می‌گیرد و در صورت پیشرفت و رسیدن به یکنواختی تا ایجاد تنوع مصنوعی، این انتخاب گسترش می‌یابد (سرخی هه لو، 1374).
والدینی که از لحاظ ژنتیکی متفاوت هستند هیبریدهایی با هتروزیس بیشتر تولید می‌کنند كه احتمال بدست آوردن نتایج تفرق یافته برتر از والدین را افزیش می‌دهند (کرافت و همکاران، 1997 و بیر و همکاران، 1993). بسیاری از ژن‌های مفید در ارقام محلی و جوامع گیاهی پراكنده بوده و در طول هزاران سال توسط كشاورزان، طبیعت به دلیل سازگاری، مقاومت یا تولید محصول بیشتر گزینش شده‌اند (چاركوست و ایسو، ‌1994). تنوع ژنتیكی در جمعیت‌های گیاهی بر اثر مجموعه‌ای از مكانیسم‌ها شامل جهش، نوتركیبی، مهاجرت، جریان ژن[4]، رانده‌شدن ژنتیكی[5] و انتخاب طبیعی یا مصنوعی به وجود آمده و حفظ می‌گردد. استفاده موثر از منابع ژنتیک و ذخایر توارثی گیاهان زراعی نیازمند اطلاع از تنوع، به عنوان یكی از گام‌های پایه‌ای و اساسی در نگهداری و حفاظت مواد ژنتیكی در بانك ژن و اجرای برنامه‌های به نژادی است (قهرمانزاده و همكاران، 1384). علاوه بر این اطلاع از سطح تنوع موجود در ژرم‌پلاسم‌ها خزانه ژنی برای تشخیص تكرار‌ها در بانك‌های ژنی، ‌غنی‌سازی ذخایر ژنتیكی از طریق اینتروگروسیون ژن‌های مطلوب و شناسایی ژن‌های مناسب  ضروری به نظر می‌رسد (محمدی، 1385).
گزینش بر پایه اطلاعات ژنتیكی سبب افزایش عملكرد در هكتار به میزان 50% ظرف مدت 30 تا 40 سال اخیر شده است (ولیزاده، 1372). از این رو ارزیابی تنوع‌ژنتیكی در گیاهان زراعی برای برنامه‌های اصلاح‌نباتات و حفاظت از ذخایر توارث از اهمیت زیادی برخوردار است (فراهانی و همكاران، 1385). یعنی بدون تنوع، ‌هیچ برنامه اصلاحی قابل اجرا نیست. (عبدمیشانی وهمكاران،‌1387).

1-2- روش های شناسایی و بررسی تنوع ژنتیکی

فنوتیپ یک گیاه توسط ترکیب ژنتیکی آن و عوامل محیطی تعیین می‌گردد. صفات مختلف گیاهی را می‌توان از نظر تعداد ژن‌های کنترل کننده و چگونگی تاثیر عوامل محیطی به دو دسته عمده تقسیم‌بندی نمود. صفات کیفی که در کنترل آنها تعداد بسیار کمی ژن دخالت داشته و عوامل محیطی در بروز آنها تأثیر چندانی ندارند. و صفات کمّی که تعداد زیادی ژن و عوامل بی‌شماری در بروز آنها دخالت دارند. صفات کیفی توارث‌پذیری بالایی داشته و در نتیجه انتخاب و اصلاح‌نژاد برای آنها نسبتاً آسان بوده و نیازی به انتخاب غیرمستقیم نیست. بر عکس صفات کمّی توارث پذیری پایینی داشته و انتخاب  مستقیم و اصلاح نژاد برای آنها با مشکل روبرو است. از سال‌های دور محققین

 اصلاح نباتات در پی یافتن نشانگرهای ژنتیکی که با صفات کمّی پیوستگی نشان می‌دهند، بوده‌اند. از این نشانگرها می‌توان به عنوان معیار غیر مستقیم انتخاب استفاده نمود (فولاد و جونز، 1375). هر شاخص قابل ارزیابی فنوتیپی یا ژنوتیپی را می‌توان نشانگر نامید. رنگ گل، رنگ بذر، یک ترکیب شیمیایی خاص، بو، طعم خاص، فرم‌های مختلف یک آنزیم، پروتئین‌های ذخیره‌ای بذر، تفاوت طولی قطعات برشی دی. ان. ای و غیره را می‌توان به عنوان نشانگر در نظر گرفت (سادات نوری و نجف‌آبادی، 1385). در این روش ژن مورد نظر بر اساس پیوستگی كه با یک نشانگر ژنتیكی دارد، تشخیص داده و انتخاب ‌شود یعنی نشانگرهای پیوسته با ژن‌های مورد نظر شناسایی شوند. یكی از پایه‌های اساسی اصلاح نباتات دسترسی و آگاهی از میزان تنوع در مراحل مختلف پروژه‌های اصلاحی است. به همین جهت نشانگرها برآورد مناسبی از فواصل ژنتیكی بین واریته‌های مختلف را نشان می‌دهند (نقوی و همكاران، 1386). مهمترین داده‌هایی كه از طریق این گونه بررسی‌ها و مطالعات به دست می‌آیند عبارتند از اطلاعات شجره‌ای[6]، داده‌های مورفولوژیك[7]، ‌داده‌های بیوشیمیایی[8] حاصل از تجزیه و تحلیل ایزوزایم‌ها[9] و پروتئین‌های ذخیره‌ای[10] و اخیراً داده‌های مبتنی بر نشانگرهای دی. ان. ای تمایز و طبقه‌بندی ژنوتیپ‌ها و ارقام گیاهی را  با اطمینان بیشتری امكان‌پذیر ساخته‌اند (فاضلی، 1387).

نشانگرهایی كه در مطالعات ژنتیكی مورد استفاده قرار می‌گیرند عبارتند از:

• نشانگرهای مورفولوژیكی و زراعی

نشانگرها هر كدام دارای معایب و مزایایی هستند مشكل عمده نشانگرهای مورفولوژیكی این است كه ممكن است آنها فنوتیپ تغییر یافته‌ای را كه با نیازهای زارع منطبق نیست شناسایی نماید، دلایل آن می‌تواند یكی از عوامل زیر باشد: غالبیت،‌ عدم تظاهر در مراحل نمو، اثرات مضر محیطی، پلیوتروپی، اپیستازی، ‌تغییرات در نفوذ ژن و كم بودن چندشكلی (اروس، 1993).

• نشانگرهای بیوشیمیایی مانند پروتئین و آیزوزایم

در دهه 1950، نشانگرهای مولکولی قابل مشاهده توسط الکتروفورز پروتئین‌ها تحول شگرفی را ایجاد نمودند. آیزوزایم‌ها به طور گسترده در  بررسی تنوع‌ژنتیکی و طبقه‌بندی گیاهان زراعی به کار گرفته شدند. هر چند در دهه اخیر فناوری‌های مرتبط با دی. ان. ای در این زمینه پیشی گرفته‌اند. تا اواخر دهه 1970 نقشه‌های ژنتیکی تلفیقی (آیزوزایم‌ها و نشانگرهای مورفولوژیکی) بسیاری از گونه‌های مهم تهیه شدند. نشانگرهای پروتئینی نیز معایب ویژه خود را دارند. از معایب این نشانگرها محدود بودن آنهاست. همچنین تظاهر برخی از آنزیم‌ها و پروتئین‌ها تحت تأثیر مرحله رشد گیاه قرار می‌گیرد (نقوی و همکاران، 1386).

• نشانگرهای DNA

ماركرهای مولكولی و نشانگرهای  DNAابزار مناسبی هستند كه بر اساس آن می‌توان جایگاه ژنی و كروموزمی عوامل تعیین كننده صفات مطلوب را شناسایی كرد. با دانستن جایگاه یک ژن روی كروموزوم می‌توان از نشانگرهای مجاور آن برای تأیید وجود صفت در نسلهای تحت گزینش استفاده نمود.  با در دست داشتن تعداد زیادتر نشانگر می‌توان نقشه‌های ژنتیكی كاملتری را تهیه نمود كه پوشش كاملی را در تمام كروموزم‌های گیاهان به وجود می‌آورد. استفاده از نشانگرها موجب افزایش اطلاعات مفید و مناسب از جنبه‌های پایه و كاربردی در اصلاح نباتات خواهد گردید.
انتخاب به كمك نشانگرهای مولكولی راه حلی است كه دست‌آورد زیست‌شناسان مولكولی برای متخصصان اصلاح نباتات می‌باشد. در این روش ژن مورد نظر بر اساس پیوستگی كه با یک نشانگر ژنتیكی دارد، تشخیص داده و انتخاب می‌شود. بنابراین به عنوان قدم اول در روش انتخاب به كمك نشانگر باید نشانگرهای پیوسته با ژن‌های مورد نظر شناسایی شوند. یكی از پایه‌های اساسی اصلاح نباتات دسترسی و آگاهی از میزان تنوع در مراحل مختلف پروژه‌های اصلاحی است. به همین جهت نشانگرها برآورد مناسبی از فواصل ژنتیكی بین واریته‌های مختلف را نشان می‌دهند (نقوی و همكاران، 1386).
اگر مطالعات مورفولوژیکی، بیوشیمیایی و مولکولی به صورت توأم انجام شوند و از تجزیه‌چند متغیره مناسب استفاده شود تنوع ژنتیکی بهتر برآورد می‌گردد (محمدی و پراسانا، 2003 و  ولمن و همکاران، 2005).

 1-3- اهمیت تولید دانه های روغنی

با توجه به نیاز فزاینده كشور به روغنهای خوراكی، توسعه كشت دانه‌های روغنی از اهمیت زیادی برخوردار است. افزایش تقاضا برای روغن در بازارهای جهانی و بالطبع افزایش قیمت و واردات در کشورهای مصرف کننده و روند افزایش مصرف سرانه روغن نباتی از جمله عواملی هستند که اهمیت توسعه کشت دانه‌های روغنی و گسترش برنامه‌های علمی-تحقیقاتی را بیش از پیش روشن می‌سازد. تنوع ژنتیکی برای عملکرد دانه، میزان روغن و ترکیب اسیدهای چرب برای اصلاح دانه و کیفیت روغن و توسعه رقم‌ها ضروری است (اهلروگو 1994). برنامه‌های اصلاحی فعلی و آینده نه تنها نیازمند دسترسی به این تنوع‌ها می‌باشد بلکه وابسته به نگهداری و مدیریت صحیح حفظ و استفاده از آنها نیز هست (ویلیام و همکاران، 1990). تشكیل روغن و چربی در درجه نخست تابع ژن‌های كنترل كننده و در درجه دوم تحت تأثیر عوامل محیطی قرار می‌گیرد (آلیاری و شكاری، 1379).
گلرنگ یکی از قدیمی‌ترین دانه‌های روغنی دنیا می‌باشد که خاستگاه و تنوع آن خاورمیانه است (داجو و همکاران، 1993). برنامه‌های مهم اولیه برای توسعه گیاه گلرنگ بعنوان یک محصول تجاری با افزایش محتوی روغن دانه و شناسایی ژنهای مقاومت به چند بیماری مهم گلرنگ (نظیر زنگ، پژمردگی فوزاریومی، سوختگی برگ رناریا، پژمردگی ریشه فیتوفترایی) آغاز گردید (نولز، 1989). گلرنگ از حیث خصوصیات مختلف كمی و كیفی، سازگاری با عوامل محیطی و انواع مقاومت‌ها دارای تنوع ژنتیكی وسیعی می‌باشد.
گلرنگ گیاهی است كه انواع تیپ‌های وحشی و توده‌های محلی آن در سراسر ایران وجود دارد و سازگاری زیادی با شرایط خشكی، كویری، شوری و گرما دارد. این سازگاری را در طی سالیان متمادی در طبیعت كسب كرده و می‌توان بسیاری از زمین‌های كم‌بهره را به زیر كشت این گیاه برد. موفقیت تولید گلرنگ به عنوان یک گیاه اقتصادی و رقابت آن با سایر گیاهان روغنی وابسته به معرفی، توسعه و ایجاد رقم‌هایی با عملکرد دانه و میزان روغن بالاست. کارایی برنامه گزینش برای اصلاح صفات کمی از جمله عملکرد دانه و میزان روغن بطور عمده وابسته به تنوع ژنتیکی این صفات و همبستگی آنها با سایر صفات است (فالکونر و مکای، 1996 و گوان و همكاران، 2008(.
گلرنگ از حیث خصوصیات مختلف كمی و كیفی، سازگاری با عوامل محیطی و انواع مقاومت‌ها دارای تنوع ژنتیكی وسیعی می‌باشد. تصور می‌شود كه در كل 25179 نمونه از ژرم‌پلاسم گلرنگ در 22 بانك ژن از 15 كشور ذخیره شده باشد (زانگ، 2001).
مقدار روغن دانه گلرنگ مهم بوده و دانه‌هایی با بیش از 38 درصد روغن به صورت دانه‌های روغنی به فروش می‌رسند. فاكتورهایی چون پیری زودرس و كوتاه بودن دوره پر‌شدن دانه‌ها می‌تواند باعث كاهش میزان روغن آنها شود (پاسبان اسلام، 1383).

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)