معلومة

ما هو الفرق بين تعدد الأشكال النوكليوتيدات (θ) وتنوع النوكليوتيدات (π)؟

ما هو الفرق بين تعدد الأشكال النوكليوتيدات (θ) وتنوع النوكليوتيدات (π)؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

في كتاب علم الوراثة السكانية الخاص بي (انظر المرجع في الأسفل) قاموا بتعريفهم على النحو التالي:

  • تعدد أشكال النوكليوتيدات (): نسبة مواقع النيوكليوتيدات التي يُتوقع أن تكون متعددة الأشكال في أي عينة بحجم 5 من هذه المنطقة. من الجينوم. $ hat {θ} $ يساوي نسبة تعدد الأشكال الملحوظ في العينة (S) مقسومًا على $ a_1 = sum_ {i = 1} ^ {n-1} frac {1} {I} $. إذا كان n = 5، $ a_1 = frac {1} {1} + frac {1} {2} + frac {1} {3} + frac {1} {4} + frac {1} { 5} = 2.083 دولار
  • تنوع النوكليوتيدات هو متوسط ​​نسبة الاختلافات النوكليوتيدية بين جميع أزواج المتواليات الممكنة في العينة. في R ، توصلت إلى هذا الرمز الذي يتوافق مع ما هو موجود في الكتاب.

    data # only polymorphisms total.snp # هذا هو العدد الإجمالي للمواقع التي تم البحث عنها (على سبيل المثال ، قد يكون 16 موقعًا متعدد الأشكال في 500 موقع بحثنا عنها. لذا فإن 484 موقعًا أحادي الشكل) n = nrow (data) # Number of عينات pwcomp = n * (n-1) / 2 # عدد المقارنات الزوجية لـ (i in 1: n.col) {# حساب عدد الاختلافات في العينات التي تكون تلفزيون متعدد الأشكال = as.vector (جدول (بيانات [] ، i])) z = Outer (tv، tv، '*') temp = c (temp، sum (z [lower.tri (z)]))} pi.hat = sum (temp) / (pwcomp * total .snp) # ملحوظة من مقارنة زوجية مختلفة / (ملحوظة جميع المقارنة الزوجية * إجمالي عدد المواقع (متعدد الأشكال أم لا))

يقولون في الكتاب

من ناحية أخرى ، هناك علاقة نظرية بين و متوقعة في ظل الافتراض المبسط بأن الأليلات غير مرئية للانتقاء الطبيعي.

باختصار θ = π مع هذا الافتراض وحجم العينة الكبير.

  1. إذن ما هو الفرق في
  2. لماذا نحسب الاثنين (ماذا يمكن أن يخبرونا)؟

هارتل ، دي إل ، وكلارك ، إيه جي (1997). مبادئ علم الوراثة السكانية (الطبعة الثالثة). سيناوير أسوشيتس إنكوربوريتد.


أنت أيضًا تخلط بين تعريف هذه المصطلحات وقيمها المتوقعة (عادةً ما يتم حسابها من نظرية التوحيد). لنلقي نظرة على مثال.

ضع في اعتبارك أن عدد السكان أحادي العدد يتكون من 6 أفراد. سنمثل هؤلاء الأفراد بـ 5 مواقع يمكن أن تأخذ القيم 0 أو 1.

00000 00001 00000 00010 00010 00000

تعدد الأشكال

في هذا المجتمع هناك $ S = 2 $ مواقع متعددة الأشكال. بمعنى آخر ، هناك موقعان يتخذ فيهما أفراد مختلفون قيمًا مختلفة في عدد السكان. في هذه المواقع الخمسة ، يكون جزء المواقع متعددة الأشكال هو $ frac {2} {5} $. يمكنك استخدام $ theta $ لهذه الكمية ولكن بالنسبة لي ، يتم استخدام $ theta $ عادةً كعقرب مختصر لـ $ 2 N mu $ (أو $ 4 N mu $ للمجموعات ثنائية الصيغة الصبغية).

في ظل نموذج أليل لانهائي ، في مجموعة أحادية العدد أحادية العدد (بدون تحديد وافتراضات أخرى) ، $ E [S] = 2 N mu a $ ، حيث $ a = sum_ {i = 1} ^ {k-1} frac {1} {i} $ ، حيث $ k $ هو حجم العينة.

التنوع الجيني

يُعرف التنوع الجيني أيضًا باسم تغاير الزيجوت المتوقع. بينما يطلق عليه غالبًا $ pi $ ، سأطلق عليه $ H $ لتجنب الالتباس. تخيل أنك أخذت عينة عشوائية من شخصين من المجتمع ، ما هو احتمال وجود أليلات مختلفة في موضع معين؟

  • في المكان 1 ، $ H = 0 $
  • في المكان 2 ، $ H = 0 $
  • في الموضع 3 ، $ H = 0 $
  • في locus 4، $ H = 2 frac {2} {5} frac {3} {5} = frac {12} {25} $
  • في locus 5، $ H = 2 frac {1} {5} frac {4} {5} = frac {8} {25} $

يمكنك المتوسط ​​على جميع المواقع إذا كنت تريد.

التغاير المتوقع في الزيجوت الشامل (بدون التحديد والافتراضات الأخرى) ، $ E [H] = frac {4 N mu} {1 + 4 N mu} $. يجب أن تلاحظ وجود علاقة بين $ H $ و $ F_ {ST} $ هنا!

تنوع النوكليوتيدات

تنوع النوكليوتيدات يعادل $ D $ من Nei and Li (1979) وهو مرتبط بشكل كبير بـ $ D_ {XY} $ (Nei، 1987). بمجرد أن تتمكن من إثبات أن وقت الاندماج المتوقع هو $ N $ (لن أقوم بإجراء العرض التوضيحي هنا) ، ثم وفقًا لنموذج موقع غير محدود ، يكون عدد عدم التطابق بين شخصين منطقيًا هو $ E [D] = 2 N mu $ (هو عدد الطفرات التي حدثت في كلا السلالتين منذ حدث الاندماج). لسكان ثنائي الصيغة الصبغية ، اضرب كل شيء في 2.

العلاقة بين $ D $ و $ S $

تحت نموذج محايد $ frac {S} {a} = D $. في الواقع ، فإن الفرق المعياري بين $ frac {S} {a} $ و $ D $ هو ما يتم استخدامه في اختبارات Tajima $ D $.

مصدر المعلومات

Hartl and Clarck هو IMO جيد ولكني أود أيضًا أن أوصي بقراءة علم الوراثة السكانية: دليل موجز من Gillespie الذي شرح كل ذلك بشكل رائع.


التباين الجيني النووي في الجرذان البنية البرية

على الرغم من أن الجرذ البني (الجرذ النرويجي) يستخدم على نطاق واسع كنموذج للثدييات في العلوم البيولوجية ، ولا يُعرف سوى القليل عن الاختلاف الجيني في مجموعات الفئران البرية أو علاقة السلالات الفطرية شائعة الاستخدام بأقاربها البرية. لقد أخذنا عينات من الفئران البنية البرية من الأنواع & # x02019 نطاق الأجداد المفترض في شمال غرب الصين ومن مجموعة مشتقة في المملكة المتحدة وتنوع النوكليوتيدات المقدر وتقسيم السكان ، بناءً على تسلسل 30 موقعًا وراثيًا لترميز البروتين. كان التنوع الوراثي المحايد قريبًا من 0.2٪ في كلا المجموعتين ، وهو أقل بحوالي خمس مرات من التنوع في مواقع تقويم العظام في مجموعة من الفئران المنزلية البرية من الأنواع & # x02019 نطاق الأجداد المفترض في الهند. وجدنا تمايزًا سكانيًا كبيرًا بين سكان المملكة المتحدة والصين ، وفقًا لتقييم Fشارع وهيكل البرنامج. استنادًا إلى التنوع والاختلاف المرادفين بين الجرذ البني وفأر المنزل ، نقدر أن حجم السكان الفعال الأخير في الجرذان البنية يبلغ حوالي 130.000 (فاصل ثقة 95 ٪ تقريبًا 85000-184000) ، أي أقل بخمسة أضعاف من الفئران البرية.

الجرذ البني هو النموذج الحيواني الرائد في أبحاث علم وظائف الأعضاء وعلم العقاقير ، وبعد الفأر المنزلي ، هو نموذج الثدييات الأكثر دراسة على نطاق واسع في علم الوراثة. ومع ذلك ، لا يُعرف الكثير عن أصل سلالات الفئران الفطرية أو العلاقة الجينية بين السلالات الفطرية والجرذان البرية. دراسات جينوم الميتوكوندريا (Brown and Simpson 1981 Li وآخرون. 1999 لين وآخرون. 2012) ، allozymes (بندر وآخرون. 1985 كريمر وآخرون. 1988) ، وعلامات DNA متعددة الأشكال بشكل عشوائي (Jiang وآخرون. 2005) إلى وجود تنوع وراثي كبير في تجمعات الفئران البنية البرية. تم الإبلاغ عن التباين الجغرافي للسمات المورفولوجية في السكان الصينيين (Wu 1982) ، وتم التعرف على أربعة أنواع فرعية على أساس التباين في التشكل (Wu 1982 Wilson and Reeder 2005). ومع ذلك ، فإن مقدار التباين الجيني في الجينات النووية ومدى التمايز الجغرافي بين السكان في الطبيعة غير معروفين.

هناك الكثير من المعلومات حول التنوع الجيني بين سلالات الفئران المختبرية الفطرية. استطلاعات السواتل المكروية (Canzian 1997 Thomas وآخرون. 2003) وتعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة [SNPs (Smits وآخرون. 2004 STAR Consortium 2008)] تشير إلى أن السلالات الفطرية متنوعة وراثيًا ومتميزة عن سلالات Brown Norway ، والتي يُفترض أنها أكثر السلالات ارتباطًا بالجرذان البنية البرية (Thomas وآخرون. 2003). براون النرويج هي السلالة المرجعية لمشروع جينوم الفئران (جيبس وآخرون. 2004). راتوس من المحتمل أن تكون قد نشأت في جنوب شرق آسيا ، وهي مركز تنوع أنواع الفئران الحالية (Rowe وآخرون. 2011). الجرذ النرويجي يُفترض أنها تطورت في سهول آسيا في شمال غرب الصين ومنغوليا ، حيث لا تزال توجد الفئران البنية البرية في ما يُفترض أنه موطنها الأصلي. على الرغم من أن الجرذ الأسود (راتروس راتوس) معروف من العصور القديمة في أوروبا (بارنيت 2001) ، R. norvegicus يُعتقد أنه وصل إلى أوروبا في وقت لاحق ، ربما بين القرنين السادس عشر والثامن عشر ، حيث انتشر في جميع أنحاء العالم ونزح إلى حد كبير R. rattus في المناطق المعتدلة.

على عكس الفئران البرية ، هناك قدر كبير من المعلومات حول التنوع الجيني في الفئران البرية (موس العضلات). تختلف الأنواع الفرعية لفأر المنزل في متوسط ​​تنوعها من النوكليوتيدات (Baines and Harr 2007 Salcedo وآخرون. 2007) ومدى تدفق الجينات بين الأنواع الفرعية المختلفة يختلف عبر الجينوم (Teeter وآخرون. 2008). تنوع الجينات النووية هو الأكبر في المجموعات السكانية من نطاقات أسلافهم المفترضة ، وهي إيران وشمال غرب الهند في حالات مم. الداجن و مم. كاستينوسعلى التوالي (Baines and Harr 2007). يُعتقد أيضًا أن NW India هي سلسلة أسلاف مجمع الأنواع ككل (Din وآخرون. 1996). التنوع من نطاق الأجداد المفترض مم. العضلات (شمال غرب أفغانستان) غير معروف حاليًا (Baines and Harr 2007). تنوع الموقع المرادف لجينات ترميز البروتين في مم. castaneus و M. m. الداجن تزيد أعداد الأسلاف بأكثر من ثمانية أضعاف وثلاثة أضعاف ، على التوالي ، مما لوحظ في البشر [(Baines and Harr 2007 Halligan وآخرون. 2010) DL Halligan، A. Kousathanas، RW Ness، B. Harr، L. E & # x000f6ry، H. Li، TM Keane، DJ Adams، and PD Keightley ، نتائج غير منشورة] ، من المفترض أن تكون نتيجة لأحجام سكانية فعالة أعلى بكثير في الفئران البرية. لذلك توقعنا أن نرى نمطًا مشابهًا في الجرذان البنية ، مع تنوع أكبر في الأفراد من نطاق الأجداد ، ومستويات تنوع شاملة مماثلة للفئران ، مع توقع أن يكون حجم السكان الفعال لأسلاف الفئران كبيرًا جدًا. هنا ، أبلغنا عن أول مسح لتنوع تسلسل الجينات النووية في الفئران البنية البرية. قمنا بتسلسل 30 موقعًا وراثيًا في عينة من الأفراد من الأنواع & # x02019 مجموعة أسلاف مفترضة في شمال غرب الصين ومن مجموعة مشتقة في المملكة المتحدة.


تحليلات تعدد الأشكال المتسلسل وتنوع النمط الفرداني لـ ورق كشفت الجينات عن اختيار ما بعد التدجين في سلالات النخبة الصينية للذرة

يشير اختيار ما بعد التدجين إلى الانتقاء الاصطناعي للمواقع التي تتحكم في السمات الزراعية المهمة أثناء عملية التحسين الوراثي في ​​مجموعة سكانية. جينات الذرة Zfl1 و Zfl2، مكررة تقويم العظام نبات الأرابيدوبسيس، هم المنظمون الرئيسيون في تفرع النبات ، وتطور الإزهار ، والتكاثر. في هذه الدراسة ، التسلسل الجيني الكامل لـ Zfl1 و Zfl2 من 62 سلالة فطرية من النخبة الصينية تم تضخيمها لتقييم تعدد أشكال النوكليوتيدات وتنوعات النمط الفرداني. تم تحديد ما مجموعه 254 و 192 متغيرًا تتضمن تعدد الأشكال و indels من التسلسلات الكاملة لـ Zfl1 و Zfl2، على التوالى. على الرغم من العثور على معظم المتغيرات في المناطق غير المشفرة ، تم تصنيف تعدد الأشكال لتسلسلات CDS Zfl1 إلى 16 نمط فرداني ترميز 16 بروتينًا مختلفًا و Zfl2 إلى 18 نمط فرداني ترميز ثمانية بروتينات مختلفة. أظهر سكان Huangzaosi وخطوطه المشتقة إشارات ذات دلالة إحصائية لاختيار ما بعد التدجين على Zfl1 متواليات CDS ، وكذلك تعدد أشكال النوكليوتيدات المنخفض وتنوع النمط الفرداني من المجموعة بأكملها. ومع ذلك ، فإن Zfl2 تم اختيار الموضع فقط في مجموعة ريد غير المتجانسة. كشفت أدلة أخرى أن ما لا يقل عن 17 حدثًا لإعادة التركيب ساهم في التنوعات الجينية والنمط الفرداني في Zfl1 locus و 16 حدثًا في إعادة التركيب Zfl2 المكان.


تنوع النوكليوتيدات وعلم الوراثة الرابطة لـ Xyloglucan Endotransglycosylase / hydrolase (XTH) و Cellulose Synthase (CesA) في Neolamarckia cadamba

1283bp) و CesA (778bp) تسلسل الحمض النووي ويربط أيضًا تلك النيوكلوتايد مع كثافة الخشب الأساسية. صُممت البادئات لإحاطة جينات XTH و CesA الجزئية المأخوذة من 15 شجرة كادامبا. تم تسلسل شظايا الحمض النووي المكبرة وتم تحديد قياسات كثافة الخشب الأساسية لكل شجرة. كشفت تحليلات اختلاف التسلسل أن 34 SNPs (حدوث 2.65٪) و 3 SNPs (حدوث 0.39٪) تم العثور عليها في 15 تسلسل DNA جينومي جزئي لـ NcXTH1 و NcCesA1 ، على التوالي. تم اكتشاف جميع SNPs في كل من منطقتي exon و intron. أظهرت المواقع التي تم فحصها NcXTH1 تنوعًا أعلى من النوكليوتيدات بمقدار & # 960 = 0.00402 و & # 952 w = 8.919 بالمقارنة مع NcCesA1 (& # 960 = 0.00127 & # 952 w = 0.9226). يتحلل LD ببطء مع مسافة المواقع متعددة الأشكال في نمط خطي بمتوسط ​​قيمة R 2 تبلغ 0.000687. أظهرت دراسة الوراثة الرابطة أن 2 SNPs من جينات NcXTH1 كانا مرتبطين بشكل كبير مع كثافة الخشب الأساسية (p & lt0.05) من N. cadamba. بمجرد التحقق من صحة علامات SNP المرتبطة بالجينات في جينات NcXTH1 ، يمكن استخدامها كأداة في التحديد بمساعدة الجينات (GAS) لأشجار N. cadamba. أظهرت هذه الدراسة أيضًا أن علم الوراثة القائم على الجينات المرشحة هو نهج قوي لتشريح الصفات التكيفية المعقدة للكائن الحي الذي يفتقر إلى تسلسل الجينوم أو الموارد الجينومية المرجعية.

S.Y. تيونغ ، دبليو إس. هو ، س. Pang and J. مجلة العلوم البيولوجية ، 14: 267-275.

Neolamarckia cadamba أو المعروف محليًا باسم Kelampayan هو أحد أنواع أشجار الغابات الاستوائية دائمة الخضرة وسريعة النمو تحت عائلة Rubiaceae (جوكر ، 2000). يتم توزيع هذا النوع بشكل طبيعي في جميع أنحاء الهند وباكستان وسريلانكا وبورما وماليزيا وكمبوديا وتايلاند ولاوس. يتم استخدام الخشب في صناعة الخشب الرقائقي ، ولب الورق ، والورق ، والصناديق ، والأثاث ، وأكثر من ذلك. علاوة على ذلك ، خدم N. cadamba أيضًا نبات طبي للمعالجة التقليدية باستخدام أوراقها ولحاءها وسقفها (Patel and Kumar، 2008 Mondal et al.، 2009 Bussa and Pinnapareddy، 2010). على الرغم من قيمتها الاقتصادية العالية ، لا تزال الدراسات على N. cadamba على المستوى الجزيئي محدودة حتى الآن. في الآونة الأخيرة ، تم إنشاء قاعدة بيانات لنسخة شجرة Kelampayan (NcdbEST) لتوفير معلومات وموارد مفيدة عن الجينوم للباحثين لاستكشاف أساسيات الجينوم في N. cadamba (Ho et al. ، 2010).

تعتبر الدراسة الجزيئية للخشب مهمة لتطوير الدراسة الأساسية لبيولوجيا الأخشاب وعلم الوراثة من أجل إنتاج & # 145designer wood & # 146 أو الخشب بالخصائص المرغوبة. تُستخدم الآن علامات الحمض النووي على نطاق واسع في التوصيف الجزيئي لأن واسمات الحمض النووي يمكن أن تميز الأصناف أو التجارب أو الأنماط الجينية بدقة وتمكن من قياس العلاقات الجينية (Narayanan et al.، 2007 Lau et al.، 2009). علم الوراثة الرابطة هو النهج الذي يحدد الارتباط الإحصائي بين اختلافات السمات المظهرية وتعدد الأشكال الأليلي في الجينات المستهدفة. تبرز دراسة الارتباط في النباتات بشكل عام في استخدام مجموعة واسعة من السمات التجارية واللياقة البدنية المحددة مع الجينات المرشحة جيدة التوصيف. على سبيل المثال ، في الذرة ، ارتبطت الجينات المرشحة بقابلية الهضم (Guillet-Claude et al. ، 2004) ، وتخليق ميسين (Szalma et al. ، 2005) وتكوين النواة وإنتاج النشا (Wilson et al. ، 2004). في أنواع الأشجار الحرجية ، كانت شجرة الكينا أول دراسة أجريت لإيجاد العلاقة بين زاوية الألياف الدقيقة وجين اختزال سينامويل CoA (CCR) باستخدام نهج الارتباط SNP (Thumma et al. ، 2005). تم إجراء أول دراسة وراثية للارتباط باستخدام الجينات المتعددة في أنواع أشجار الغابات ، Pinus radiata باستخدام 58 SNPs من 20 جيناتًا مرشحة متعلقة بالخشب والجفاف (Gonzalez-Martinez et al. ، 2007). ديلون وآخرون. قام (2010) أيضًا بفحص التباين الأليلي الذي يؤثر على خصائص خشب Pinus radiata باستخدام 36 جينًا مرشحًا لجدار الخلية. أظهرت تعدد الأشكال المرتبطة بالجينات الموجودة في سينامات 4-هيدروكسيلاز (C4H) وجينات نازعة هيدروجيناز كحول سيناميل (CAD) من أكاسيا مانجيوم أيضًا علاقتها المهمة بكثافة الخشب والجاذبية النوعية وسماكة جدار الخلية (Tchin et al. ، 2011).

SNP هو الواسم الجزيئي للجيل الجديد الأكثر استخدامًا في برنامج التربية لأنه يعتبر المورد الأكثر وفرة لـ التباين الوراثي s وتم توزيعها في جميع أنحاء الجينوم (Halushka et al. ، 1999 Kwok et al. ، 1994). وفقًا لـ Wang et al. (1998) ، تحدث SNPs مرة واحدة كل 500-1000 نقطة أساس عند مقارنة كروموسومين. تتضمن التقديرات الأخرى أيضًا SNP واحدًا يحدث كل 100-300 نقطة أساس في أي جينوم (Gupta et al. ، 2001). يُعتقد أن SNP يتمتع بميراث مستقر نسبيًا مقارنة بأنظمة العلامات الأخرى. يجعل SNP ذو معدل الطفرات المنخفض علامة ممتازة لدراسة السمات الوراثية المعقدة ، مثل تكوين الخشب وكأداة لفهم تطور الجينوم (Syvanen ، 2001). يُفضل أيضًا استخدام SNP لأنه يعمل كعلامة مباشرة مع توفير معلومات التسلسل للطبيعة الدقيقة للمتغير الأليلي (Gupta et al. ، 2001). جعلت التحسينات التكنولوجية SNP و indel علامات جذابة للتربية بمساعدة الواسمات عالية الإنتاجية ، ورسم خرائط EST وتكامل الخرائط الجينية والفيزيائية (Nasu et al.، 2002 Rafalski، 2002 Gonzalez-Martinez et al.، 2007 Ibitoye and Akin-Idowu، 2010 Thomson et al.، 2010).

يتكون الخشب من أنسجة نسيج الخشب الثانوية ويحتوي على مركب كيميائي من السليلوز واللجنين والهيميسليلوز والمستخلصات. تعتبر عملية تخليق وتطوير جدران الخلايا مهمة جدًا في تكوين الخشب. Xyloglucan endotransglycosylase / hydrolase (XTH) و cellulose synthase (CesA) هما بروتينان رئيسيان يلعبان دورًا أساسيًا في جدران الخلايا الأولية والثانوية ، على التوالي. تحفز بروتينات CesA بلمرة السليلوز (Somerville ، 2006) ويعتقد أنها تعمل كمحفز مركزي في توليد الكتلة الحيوية لجدار الخلية النباتية (Kumar et al. ، 2009). يعتبر XTH عاملًا رئيسيًا لتنظيم تمدد جدار الخلية ويُعتقد أنه مسؤول عن دمج الزيلوغلوكان (XG) المُصنَّع حديثًا في مصفوفة الجدار (دارلي وآخرون ، 2001).

يعد اختيار سمات الخشب عالية الجودة في المرحلة المبكرة أمرًا مهمًا لإنتاج أخشاب عالية الجودة بتكلفة منخفضة (نموذج بدء) والطاقة (العمالة) واستخدام الأراضي لتعظيم القيمة التجارية. أصبح علم الوراثة الترابطي أحد الأساليب الفعالة لتحديد الارتباط بين الاختلاف في النمط الجيني والنمط الظاهري. لذلك ، قد يفيد تحديد تعدد الأشكال المرتبط بالجينات والمرتبط بخصائص الخشب (كثافة الخشب الأساسية) في برنامج التربية بمساعدة الواسمات لإنشاء المزارع. ومن ثم ، كانت أهداف هذه الدراسة هي تحديد تعدد الأشكال في تسلسل الحمض النووي الجيني الجزئي لجينات XTH و CesA وتحديد الارتباط الجيني لجينات XTH و CesA مع كثافة الخشب الأساسية لـ N. cadamba.

المواد النباتية: تم اختيار ما مجموعه 15 شجرة كلامبايان عشوائيًا من المدرجات الطبيعية في كوتا سامراهان ، ساراواك ، ماليزيا في أكتوبر 2011. تم جمع مشكلات اللحاء الداخلي وعزل الحمض النووي الجيني الكلي باستخدام بروتوكول دويل ودويل (1990) المعدل . تمت تنقية الحمض النووي المعزول باستخدام مجموعة Wizard Genomic DNA Purification Kit (Promega ، الولايات المتحدة الأمريكية) وفقًا لبروتوكول الشركة المصنعة & # 146s.

تضخيم PCR: تم تصميم زوج التمهيدي الذي يتضمن إحاطة تسلسل الترميز الكامل في DNA الجينومي XTH بناءً على NcXTH1 cDNA كامل الطول (رقم انضمام GenBank: JX134619). بالنسبة لجين CesA ، تم تصميم زوج التمهيدي الذي يحيط بالحمض النووي الجيني الجزئي الذي يتضمن منطقة HVRII بناءً على تسلسل الترميز الكامل لـ NcCesA1 (رقم انضمام GenBank: JX134621). تم تصميم جميع البادئات باستخدام برنامج Primer Premier 5.0 (PREMIER Biosoft International ، الولايات المتحدة الأمريكية) كما هو موضح في الجدول 1. تم إجراء تفاعلات PCR في إجمالي حجم تفاعل 25 & # 956L يحتوي على 1x PCR ، و 0.2 mM مزيج dNTPs (Invitrogen ، البرازيل ) ، 1.5 ملي MgCl 2 ، 10 pmol من الاشعال الأمامي والخلفي لكل منهما ، 1.0 U Taq DNA polymerase (Invitrogen ، البرازيل) و 30 نانوغرام من قالب DNA. تمت برمجة ملف تعريف التدوير الحراري عند 94 درجة مئوية لمدة دقيقتين ، و 35 دورة عند 94 درجة مئوية لمدة 30 ثانية و 57 درجة مئوية (تضخيم XTH) أو 64 درجة مئوية (تضخيم CesA) لمدة 45 ثانية و 72 درجة مئوية لمدة 30 ثانية وأخيراً تمديدها عند 72 درجة مئوية لمدة 7 دقائق.

الاستنساخ والتسلسل: تمت تنقية الأمبليكونات باستخدام QIAquick & reg Gel Extraction Kit (QIAGEN ، ألمانيا) وربطها في pGEM & reg -T Easy Vector System (Promega ، الولايات المتحدة الأمريكية). تم التعرف على الحيوانات المستنسخة ذات الإدخالات المستهدفة من خلال إجراء PCR للمستعمرة باستخدام زوج التمهيدي العالمي M13. تم عزل البلازميدات المستنسخة الإيجابية باستخدام Wizard Plus SV Minipreps DNA Purification System (Promega ، الولايات المتحدة الأمريكية). ثم تم إرسال البلازميدات المنقاة للتسلسل باستخدام محلل DNA 3730xl (Applied Biosystem ، الولايات المتحدة الأمريكية).

تحليل تباين التسلسل: تمت إزالة الاستدعاء الأساسي وتسلسلات المتجهات باستخدام إصدار Chromas 2.33 (Technelysium ، AU). تم التحقق من كل تسلسل والتحقق منه من أجل التماثل باستخدام BLASTn المقدم من NCBI. تمت محاذاة التسلسلات باستخدام برنامج CLC Main Workbench الإصدار 5.0 (CLC bio ، الدنمارك) لتحديد تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة. تم بعد ذلك إعادة فحص كل تعدد الأشكال المتسلسل الذي تم اكتشافه بصريًا من المخططات اللونية. في وقت لاحق ، تمت ترجمة تسلسلات إطار القراءة المفتوحة لكل جين إلى حمض أميني التسلسلات باستخدام أداة الترجمة ExPASy (http://web.expasy.org/translate/). تم إجراء محاذاة تسلسل البروتين باستخدام CLC Main Workbench الإصدار 5.0 (CLC bio ، الدنمارك) لتحديد الطفرات المترادفة وغير المترادفة.

قياس كثافة الخشب الأساسية: تم أخذ عينات من قلب الخشب بقطر 5 مم وطول 8 سم من جذع كل شجرة مختارة من أشجار N. cadamba باستخدام حفار زيادة على ارتفاع حوالي 1.3-1.4 متر. تم أخذ نسخة مكررة لكل عينة. تم الاحتفاظ بنوى الخشب في أنابيب تحمل علامات مختلفة موضوعة على الجليد للحفاظ على الرطوبة الثابتة لقياس القيمة الخضراء. تم أخذ الحجم الأخضر لكل لب خشبي عن طريق قياس الماء المزاح في لب الخشب. وفقًا لنظرية Phytagora & # 146s ، فإن كثافة الماء تساوي 1. لذلك ، فإن الوزن المقاس للمياه المزاحة يساوي العينة وحجم # 146 ثانية. تم قياس الوزن الجاف للفرن من نفس العينة عن طريق تجفيفه في فرن جيد التهوية عند 103 درجة مئوية حتى يصل إلى وزن ثابت (تشاف ، 2005). تم حساب كثافة الخشب الأساسية على أساس الوزن الجاف للفرن لكل حجم أخضر.

تنوع النوكليوتيدات والتحليل الوراثي للارتباط: تم استخدام برنامج تعدد أشكال تسلسل الحمض النووي الإصدار 5 (DnaSP v.5.0) (Librado and Rozas ، 2009) لتقدير متوسط ​​عدد تنوع النيوكليوتيدات لكل موقع (& # 960) ، & # 952 قيمًا لكل موقع ، تعدد أشكال النوكليوتيدات المترادفة وغير المترادفة واختبار تاجيما & # 146 ثانية د. لا يشمل الاختبار الإحصائي الذي أجراه DnaSP طفرات موقع الإدراج والحذف. تم استخدام الإصدار 3.0 من TASSEL (Bradbury et al. ، 2007) لحساب قيمة R 2 لتحديد ارتباط تعدد الأشكال. تم رسم الرسم البياني لاختلال التوازن (LD) باستخدام قيم R 2 مقابل مسافات النوكليوتيدات متعددة الأشكال. تم اختبار النموذج الخطي العام (GLM) أيضًا باستخدام 1000 اختبار تقليب لكل SNPs فيما يتعلق بكثافة الخشب الأساسية. تعتبر SNPs التي سجلت عند قيمة p أقل من 0.05 مرتبطة بشكل كبير بسِماتها.

اكتشاف SNP: تم العثور على ما مجموعه 34 SNPs في جينات NcXTH1 (

1،290 نقطة أساس) وهو ما يتوافق مع SNP واحد في كل 38 نقطة أساس (حدوث 2.65٪). تم العثور على مستويات مماثلة من ترددات SNP في دراسات أخرى. Tchin et al. (2012) أظهر أن SNP واحد يحدث في كل 59 نقطة أساس في جين C4H في N. cadamba. وجد Krutovsky and Neale (2005) أيضًا أن SNP واحدًا من كل 46 نقطة أساس في 18 جينة مرشح لجودة خشب التنوب دوغلاس. سجلت دراسة أخرى استخدمت 35 جينًا مركبًا لجدار الخلية SNP واحدًا في كل 54 نقطة أساس (Kelleher et al. ، 2012). قد يرجع الاختلاف الكبير في حدوث SNP إلى الاختلافات في الأنواع وعدد العينات المستخدمة. على سبيل المثال ، في دراسة أجراها Dillon et al. (2010) ، تم تسجيل SNP واحد في كل 466 نقطة أساس من جين XTH مع إشعاع خمس عينات فقط من Pinus.

من بين 34 موقعًا متعدد الأشكال ، تم وضع 20 SNPs بديلة و 3 indels في مناطق الترميز (exons) و 9 SNPs بديلة بالإضافة إلى 2 indels كانت موجودة في المناطق غير المشفرة (الإنترونات والمناطق غير المترجمة). في هذه الدراسة ، تم العثور على مزيد من تعدد الأشكال في تسلسل الترميز (856 نقطة أساس) لأن عدد المواقع التي تمت دراستها كانت أطول من المنطقة غير المشفرة (434 نقطة أساس). ومع ذلك ، كان تردد SNP في المنطقة غير المشفرة أعلى قليلاً (39 نقطة أساس / SNP) منه في منطقة الترميز (37 نقطة أساس / SNP). بشكل عام ، كان 24 من 34 (71 ٪) من SNPs في NcXTH1 مفردة (موضع مع تسلسل واحد فقط يظهر نيوكليوتيد متحور) كان معظمهم موجودًا في exons (الجدول 2). لم يكن هناك سوى 5 شح إعلامي تعدد الأشكال (الموضع الذي يحتوي على تسلسلين أو أكثر يمتلك متغيرًا من النيوكليوتيدات) موجودًا في تسلسل الحمض النووي كامل الطول لـ NcXTH1.

تم العثور على الحمض النووي الجينومي NcXTH1 كامل الطول لديه عدد متساوٍ من SNPs المترادفة وغير المترادفة بنسبة 0.060 لكل منهما. على الرغم من أن معظم تعدد الأشكال غير المترادفة تم العثور عليها في منطقة الترميز ، إلا أن حدوث تعدد الأشكال غير المترادفة كان الأعلى في المنطقة غير المشفرة (1.84٪). كان تنوع النيوكليوتيدات في NcXTH1 موازيًا لنتائج Krutovsky and Neale (2005) ، حيث كانت معظم SNPs مفردة ، مترادفة وموجودة في الغالب في المنطقة غير المشفرة في 18 جينة مرشح ذات صلة بجودة الخشب في أشجار التنوب دوغلاس. نتجت معظم أشكال تعدد الأشكال عن طفرة انتقالية (71٪) ، ولا سيما استبدال A-G (الجدول 2). دراسة بواسطة Tchin et al. (2012) يظهر أيضًا تواترًا أعلى في الطفرات الانتقالية (55٪) في جينات أخرى مرشحة لتشكيل الخشب ، سينامات 4-هيدروكسيلاز (C4H) وكحول سيناميل ديهيدروجينيز (CAD) في N. cadamba. Tchin et al. (2011) وجد أيضًا أن طفرات انتقال A-G تم العثور عليها بشكل متكرر (83 ٪) في تسلسل الحمض النووي الجزئي لـ CAD في أشجار A. mangium superbulk.

كان تردد SNP في تسلسل الحمض النووي الجزئي لجين NcCesA1 أقل مما كان عليه في NcXTH1 مع اكتشاف SNP واحد في كل 259 نقطة أساس. تم توقع حدوث SNP لجين CesA في N. cadamba ليكون أقل من SNP الموجود في CesA1 من Shorea parvifolia ، حيث تم اكتشاف SNP واحد في كل 115 نقطة أساس من تسلسل الحمض النووي مع استخدام خمس عينات فقط (Seng et al. ، 2011) . من ناحية أخرى ، أظهر NcCesA1 أعلى تردد SNP من جينات CesA من الصنوبر المشعة. ديلون وآخرون. (2010) أنه تم اكتشاف SNP واحد في كل 403 و 374 نقطة أساس من تسلسل الحمض النووي لـ CesA1 و CesA3 ، على التوالي ، في إشعاع الصنوبر. في هذه الدراسة ، تم اكتشاف تردد منخفض جدًا في SNP في منطقة الترميز ، حيث تم اكتشاف SNP واحد فقط في كل 531 نقطة أساس.

يوضح الجدول 3 ملخص توزيع SNP في تسلسل الحمض النووي الجزئي NcCesA1 (778 نقطة أساس). تم العثور على ما مجموعه ثلاثة SNPs في NcCesA1 بسبب طفرة الاستبدال ولم يتم الكشف عن Indel. اثنان من كل ثلاثة SNPs تقع في مناطق غير مشفرة. في الاتجاه المعاكس مع NcXTH1 ، تم اكتشاف المزيد من SNPs التحويلية الموجودة في NcCesA1 مع استبدال واحد G-C و G-T لكل منهما. كانت جميع النيوكلوتايد SNPs الثلاثة الموجودة في تسلسل الحمض النووي الجزئي NcCesA1 مترادفة ، مع تردد أعلى في المنطقة غير المشفرة (0.80٪). وفي الوقت نفسه ، تم العثور على SNP مفرد واحد فقط في exon لـ NcCesA1 بينما تم العثور على اثنين من SNPs البخل في المناطق غير المشفرة.

تحليل تنوع النوكليوتيدات: تم فحص التحليل الإحصائي التسلسلي لـ NcXTH1 و NcCesA1 باستخدام برنامج DnaSP v.5.0 (Librado and Rozas ، 2009) على جميع التسلسلات (المواقع) باستثناء الفجوات والبيانات المفقودة. لم تشمل جميع الحسابات والتحليلات Indels. احتوت محاذاة 15 تسلسل DNA كامل الطول NcXTH1 على 13 موقعًا بها فجوات محاذاة ، وبالتالي ، تم فحص 1،277 من أصل 1290 موقعًا من متواليات DNA كاملة الطول NcXTH1. في محاذاة تسلسل الحمض النووي الجزئي لـ NcCesA1 ، لم يتم العثور على فجوة وتم تضمين جميع المواقع البالغ عددها 778 في التحليل. تم تلخيص تنوع النوكليوتيدات واختبار Tajima & # 146s والحد الأدنى لعدد أحداث إعادة التركيب لـ NcXTH1 و NcCesA1 في الجدول 4.

تنوع النوكليوتيدات (& # 960) هو متوسط ​​عدد اختلافات النوكليوتيدات لكل موقع بين تسلسلين ويتم تمثيل معلمة طفرة السكان بـ & # 952. تم تقدير تنوع النوكليوتيدات لـ 15 تسلسل DNA لـ NcXTH1 ليكون أعلى من NcCesA1 عند 0.00402 و 0.00127 ، على التوالي. بشكل عام ، كانت جميع قيم & # 952 لكل موقع محسوبة من عدد تنوع النوكليوتيدات (& # 960) ، أو إجمالي عدد الطفرات (n) ، أو المواقع متعددة الأشكال (S) في NcXTH1 أعلى بكثير مما كانت عليه في NcCesA1 (الجدول 4) . كانت قيمة & # 952 لكل تسلسل المقدرة من S (& # 952 w) لـ NcXTH1 (8.919) أعلى بنحو 10 أضعاف مما كانت عليه في NcCesA1 (0.9226). كان السبب في ذلك هو ارتفاع تردد SNP في NcXTH1 عنه في NcCesA1. & # 952 w قيمة كلا الجينين اللتين تم فحصهما في N. cadamba تم توقع أن تكون أعلى بكثير من الجينات الأخرى المرشحة المرتبطة بالخشب والتي سجلت & # 952 واط أقل من 0.02 (Brown et al. ، 2004 Krutovsky and Neale ، 2005).

تعكس إحصائية Tajima & # 146s D الفرق بين تنوع النيوكليوتيدات ، & # 960 وثيتا (& # 952) لكل تسلسل من عدد المواقع متعددة الأشكال (S) ، & # 952 w. من المتوقع أن تكون قيمة D قريبة من الصفر عند التوازن بين الانجراف الجيني والطفرة المحايدة بشكل انتقائي (Brown et al. ، 2004). في NcXTH1 ، أظهرت جميع SNPs تقريبًا قيمة Tajima & # 146s D كبيرة (أقل من 0.05) ، باستثناء تلك الموجودة في المواقع الصامتة (المترادفة وغير المشفرة). تشير القيم السالبة (-1.667 إلى -2.008) إلى وجود فائض من متغيرات التردد المنخفض التي تنفصل في جين NcXTH1. وبالمثل ، كانت معظم قيم Tajima & # 146s D سلبية في الجينات المرشحة ذات الصلة بجودة الخشب في Pseudotsuga menziesii (Krutovsky and Neale ، 2005) وفي Pinus taeda (Brown et al. ، 2004). على عكس NcXTH1 ، فشلت جميع قيم Tajima & # 146s D التي تم اختبارها في NcCesA1 في إظهار نتائج مهمة بقيمة إيجابية إجمالية قدرها 0.2187.

اختلال التوازن (LD): تم العثور على قدر كبير من عدم توازن الارتباط (LD) داخل متواليات NcXTH1 و NcCesA1 باستخدام برنامج TASSEL (Bradbury et al. ، 2007). تم تقدير إجمالي 496 مقارنة زوجية من المواقع التي تم فحصها. أظهر أكثر من 80٪ من المواقع المقترنة LD إحصائيًا ذو دلالة إحصائية من خلال اختبار Fisher & # 146s الدقيق على الوجهين. تم حساب قيم R 2 التي تمثل الارتباط بين الأليلات في موقعين وهي مفيدة لتقييم حل مقاربات الارتباط (Bradbury et al. ، 2007). في هذه الدراسة ، كان متوسط ​​قيمة R 2 لـ 496 تقديرًا لـ LD 0.000687. كان متوسط ​​قيمة R 2 لـ N. cadamba أقل بكثير مما هو عليه في أنواع الأخشاب الأخرى بلسم الحور (0.52 Olson et al. ، 2010) وفي فول الصويا (0.36 Zhu et al. ، 2003).

تم اكتشاف انحلال LD الملموس إلى القيم و lt0.10 في حدود 350 نقطة أساس في المتوسط ​​عبر جميع المواقع عندما تم رسم R 2 مقابل المسافة بين المواقع في أزواج أساسية لشظايا الجينات المتسلسلة NcXTH1 و NcCesA1 (الشكل 1). بالمقارنة مع الأنواع الأخرى ، لا يظهر N. cadamba تسوسًا كبيرًا عند استخدام جينين فقط في تقدير LD. أظهرت دراسات النوكليوتيدات على الأنواع الأخرى أن LD تتحلل بأكثر من 50٪ بما في ذلك الصنوبر الفصيصي (Brown et al. ، 2004) ، وفول الصويا (Zhu et al. ، 2003) وشجرة التنوب Douglas (Krutovsky and Neale ، 2005). وفقًا لدراسة أجراها Nordborg (2000) ، يتحلل LD بشكل أسرع في الأنواع المتقاطعة مقارنةً بالأنواع الذاتية لأن إعادة التركيب أكثر فاعلية في تهجين الأنواع.

كثافة الخشب الأساسية: كان القطر عند ارتفاع الصدر (dbh) لأشجار N. cadamba في حدود 24.0 سم إلى 102.0 سم بمتوسط ​​39.2 سم (الجدول 5). يبلغ قطر معظم أشجار N. cadamba ما بين 24.0 إلى 50.0 سم ، باستثناء عينة NcMT1 (102.0 سم). تم أخذ الوزن الأخضر والوزن الجاف للفرن والحجم الأخضر لكل مكرر وتسجيله لحساب متوسط ​​كثافة الخشب الأساسية. في المتوسط ​​، كانت كثافة الخشب الأساسية لـ N. cadamba 368.93 كجم م -3. سجلت عينة الخشب NcMT1 أعلى كثافة أساسية (444.03 كجم م -3) بينما سجلت NcHT4 أقل كثافة (300.25 كجم م -3) من بين 15 عينة.

تم تحديد الكثافة الأساسية لأنها أحد أهم المعايير في برامج التربية لتقييم إمكانات الأخشاب لصناعات اللب والورق والخشب (Seca and Domingues ، 2006).

دراسة الوراثة الرابطة: من بين 34 تعدد الأشكال التي تم اكتشافها في NcXTH1 ، أظهر اثنان منهم (SNP8 و SNP29) ارتباطًا كبيرًا (p & lt0.05) مع كثافة الخشب الأساسية في الموضع 118 و 1173 نقطة أساس ، على التوالي (الشكل 2). تم وضع كلتا العلامات في exons وسببها طفرة انتقالية مرادفة لـ T-C. لم يتم العثور على أي من SNP غير المترادفة مرتبطة بشكل كبير بالكثافة الأساسية. تم العثور على SNP8 و SNP29 المرتبط بهما في الشجرة الفردية NcMT1 التي لديها أعلى كثافة خشب (444.03 كجم م -3). تم إجراء دراسة مماثلة أيضًا حول ارتباط علامات SNP في جينين آخرين من الجينات المرشحة للخشب (C4H و CAD) مع كثافة الخشب الأساسية (Tchin et al. ، 2011 ، 2012). في هذه الدراسة ، تم العثور أيضًا على اثنين من SNPs مرتبطين بشكل كبير مع كثافة الخشب الأساسية لـ N. cadamba و A. mangium. هذا يدعم النتائج التي تشير إلى أنه من المحتمل تطوير SNP8 و SNP29 إلى علامات SNP لاختيار شجرة N. cadamba المتفوق بمجرد التحقق من صحتها في المستقبل.

أظهرت الدراسات السابقة أن هناك علاقة قوية بين الجينات المرشحة ذات الصلة بجودة الخشب وخصائص الخشب (Plomion et al. ، 2000 Wegrzyn et al. ، 2010 Tchin et al. ، 2011 ، 2012). بلوميون وآخرون. (2000) أن نمو الصنوبر البحري قد تأثر بالمحتوى البيوكيميائي ، مثل محتوى اللجنين والسليلوز ، حيث تم التحكم في هذه المحتويات الكيميائية بواسطة الوراثة. كما تم توضيح الوراثة الرابطة للصفات التي تتحكم في التخليق الحيوي للجنين والسليلوز في P. trichocarpa من خلال التحلل السريع للجينات داخل الجينات (SuSy1 و C4H1) LD والتغطية العالية للأمبليكون عبر كل جين (Wegrzyn et al. ، 2010). عكست هذه البيانات أن العديد من الأشكال المتعددة التي تم تحديدها على مقربة من تعدد الأشكال المسبب.

في الختام ، أوضحت هذه الدراسة أن علم الوراثة الارتباط هو أداة قوية لاكتشاف الاختلافات الأليلية التي تحدث بشكل طبيعي في الجينات المرتبطة بالسمات المهمة اقتصاديًا من خلال تسخير التباين الوراثي على مستوى السكان.

يمكن استخدام SNP المرتبط بالجينات والذي تم تحديده في جين XTH لـ N. cadamba كأداة في التحديد بمساعدة الجينات (GAS) لـ N. cadamba بعد التحقق من صحتها في برامج التربية لإنتاج مواد زراعة عالية الجودة ذات نمو أسرع وعالية محصول وجودة خشب عالية ومتكيفة أيضًا مع الظروف المحلية ، حتى نحقق فوائد اقتصادية ذات أهمية كبيرة.

يود المؤلفون أن يشكروا جميع مساعدي المختبرات والغابات المشاركين في هذا المشروع البحثي لمساعدتهم الميدانية الممتازة في جمع العينات. هذه الدراسة جزء من برنامج الشراكة بين الصناعة والجامعة المشترك ، وهو برنامج بحث تموله مؤسسة غابات ساراواك وجامعة ماليزيا ساراواك (المنحة رقم 02 (DPI09) 832/2012 (1)) ، RACE / a (2) 884 / 20121 (02) و GL (F07) / 06/2013 / STA-UNIMAS (06)).

2: براون ، ج.ر. ، ج. جيل ، R.J. كونتز ، سي. لانجلي ودي. نيل ، 2004. تنوع النوكليوتيدات واختلال التوازن في الصنوبر الفصيصي. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية ، 101: 15255-15260.
كروسريف | رابط مباشر |

3: بوسا ، س. و J. Pinnapareddy ، 2010. النشاط المضاد لمرض السكر في لحاء الساق نيولاماركياكادامبا في الجرذان المصابة بداء السكري. كثافة العمليات J. فارم. تكنول ، 2: 314-324.

4: Chave، J.، 2005. قياس كثافة الأخشاب لأشجار الغابات الاستوائية: دليل ميداني لمواقع CTFS. مختبر. Evolution et Diversite Biologique، University Paul Sabatier، France، February 16، 2005، pp: 1-7.

5: دارلي ، سي بي ، إيه. شركة Forrester و S.J. McQueen-Mason ، 2001. الأساس الجزيئي لتمديد جدار الخلية النباتية. النبات الجزيئي بيول. ، 47: 179-195.
كروسريف |

6: Dillon، S. K.، M. Nolan، W. Li، C. Bell، H. X. Wu and S.G Southerton، 2010. التباين الأليلي في الجينات المرشحة لجدار الخلية التي تؤثر على خصائص الخشب الصلب في التجمعات الطبيعية وأجناس الأرض في يشع الصنوبر. علم الوراثة ، 185: 1477-1487.
كروسريف | PubMed | رابط مباشر |

7: دويل ، ج. and J.L. Doyle، 1990. عزل الحمض النووي للنبات من الأنسجة الطازجة. التركيز ، ١٢: ١٣-١٥.
رابط مباشر |

8: جونزاليس مارتينيز ، S.C ، NC Wheeler ، E. Ersoz ، C.D. نيلسون ودي. نيل ، 2007. رابطة علم الوراثة في صنوبر تايدا سمات ملكية الخشب. علم الوراثة 175: 399-409.
كروسريف | PubMed |

9: جيليت كلود ، سي ، سي بيرولو-توشارد ، دي مانيكاتشي ، بي إم روغوسكي وجيه ريجاو وآخرون. ، 2004. تنوع النوكليوتيدات في ZmPox3 جين بيروكسيداز الذرة: العلاقات بين إدخال MITE في exon 2 والاختلاف في قابلية هضم الذرة العلفية. علم الوراثة BMC ، 10.1186 / 1471-2156-5-19

10: جوبتا ، P.K. ، J.K. Roy and M. Prasad، 2001. تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة: نموذج جديد لتكنولوجيا الواسمات الجزيئية واكتشاف تعدد أشكال الحمض النووي مع التركيز على استخدامها في النباتات. بالعملة. علوم ، 80: 524-535.
رابط مباشر |

11: هالوشكا ، عضو الكنيست ، جيه بي فان ، كيه بنتلي ، إل هسي ، إن شين وآخرون، 1999. أنماط تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة في الجينات المرشحة لاستتباب ضغط الدم. نات. جينيه ، 22: 239-247.
PubMed | رابط مباشر |

12: Ho، WS، S.L. بانغ ، ب. لاي ، S.Y. Tiong and S.L. Phui وآخرون ، 2010. دراسات الجينوم على أنواع الأشجار المزروعة في ساراواك. وقائع الندوة الدولية حول الغابات ومنتجات الغابات 2010: معالجة الاهتمامات العالمية وتغيير الاحتياجات المجتمعية ، 5-7 أكتوبر 2010 ، كوالالمبور ، ماليزيا ، الصفحات: 172-182.

13: سينغ ، H.W. ، P. لينغ ، ب.لاو وإي جوسوه ، 2011. تباين التسلسل في سينسيز السليلوز (SpCesA1) الجين من شوريا بارفيفوليا ssp. بارفيفوليا الأشجار الأم. بيرتانيكا ج. تروب. الزراعية. علوم ، 34: 317-323.
رابط مباشر |

14: Ibitoye ، D.O. و P.E. Akin-Idowu ، 2010. التحديد بمساعدة التحديد (MAS): مسار سريع لزيادة المكاسب الوراثية في تربية المحاصيل البستانية. Afr. J. Biotechnol.، 9: 8889-8895.
رابط مباشر |

15: جوكر ، د. ، 2000. Neolamarckia cadamba (Roxb.) Bosser (Anthocephalus chinensis (Lam.) A. Rich. ex Walp.). كتيب البذور رقم 17 ، سبتمبر 2000 ، Danida Forest Seed Center ، الدنمارك ، ص: 1-2.

16: Kelleher ، CT ، J. Wilkin ، J. Zhuang ، A.J. كورتيس و A.L.P. كوينتيرو وآخرون، 2012. اكتشاف النيوكلوتايد وتنوع الجينات واختلال التوازن في التجمعات البرية في Populus tremuloides. شجرة الجينات. الجينوم ، 8: 821-829.
كروسريف |

17: كروتوفسكي ، ك. و دي. نيل ، 2005. تنوع النوكليوتيدات واختلال التوازن في الصلادة الباردة والجينات المرشحة ذات الصلة بجودة الخشب في تنوب دوغلاس. علم الوراثة ، 171: 2029-2041.
كروسريف |

18: كومار ، إم ، س. ثاماناغودا ، ف.بولون ، ف.شيانج ، ك. هان وآخرون. ، 2009. تحديث عن تسمية جينات سينثاز السليلوز في حور. Trends Plant Sci.، 14: 248-254.
كروسريف | PubMed | رابط مباشر |

19: Kwok، P.Y.، C. Carlson، T.D. Yager، W. Ankener and D.A. نيكرسون ، 1994. تحليل مقارن لتغيرات الحمض النووي البشري عن طريق التسلسل المعتمد على التألق لمنتجات تفاعل البوليميراز المتسلسل. علم الجينوم 23: 138-144.
كروسريف | PubMed | رابط مباشر |

20: لاو ، إي تي ، دبليو إس. Ho و A. Julaihi ، 2009. الاستنساخ الجزيئي لـ سينسيز السليلوز الجين SpCesA1 من تطوير نسيج الخشب شوريا بارفيفوليا النيابة. بارفيفوليا. التكنولوجيا الحيوية ، 8: 416-424.
كروسريف | رابط مباشر |

21: ليبرادو ، ب. وج. روزاس ، 2009. DnaSP v5: برنامج للتحليل الشامل لبيانات تعدد أشكال الحمض النووي. المعلوماتية الحيوية ، 25: 1451-1452.
كروسريف | PubMed | رابط مباشر |

22: موندال ، س. ، ج. داش و S. Acharyya ، 2009. دراسات مسكنة ومضادة للالتهابات وخافضة للحرارة نيولاماركيا كادامبا ينبح. J. فارم. الدقة ، 2: 1133-1136.

23: نارايانان ، سي ، سا والي ، ر. شوكلا ، ر. كومار ، أ.ك. Mandal and S.A. Ansari، 2007. RAPD and ISSRجرانديز تكتونا) بالإضافة إلى الأشجار. J. Trop.Sci. ، 19: 218-225.
رابط مباشر |

24: Nasu، S.، J. Suzuki، R. Ohta، K. Hasegawa and R. Yuia وآخرون. ، 2002. البحث والتحليل إذا كانت تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة (SNPs) في الأرز (أوريزا ساتيفا ، أوريزاروفيبوجون) وإنشاء علامات SNP. الدقة DNA ، 9: 163-171.
كروسريف | PubMed | رابط مباشر |

25: نوردبورغ ، م ، 2000. اختلال التوازن ، وأشجار الجينات والتكوين الذاتي: رسم بياني لإعادة التركيب السلفي مع الإخصاب الذاتي الجزئي. علم الوراثة ، 154: 923-929.
رابط مباشر |

26: Olson، MS، AL Robertson، N.Takebayashi، S. Silim، W.R. Schroeder and P. Tiffin، 2010. تنوع النوكليوتيدات وعدم توازن الارتباط في حور البلسم (حور بلسميفيرا). فيتول جديد ، 186: 526-536.
PubMed | رابط مباشر |

27: باتيل ، د. وف. كومار ، 2008. دراسات علم العقاقير نيولاماركيا كادامبا (روكسب.) أوراق بوسر. كثافة العمليات ج. جرين فارم ، 2: 26-27.
كروسريف |

28: Plomion، C.، C. Pionneau، J. Brach، P. Costa and H. Bailleres، 2000. ضغط البروتينات المستجيبة للخشب في تطوير نسيج الخشب من الصنوبر البحري (Pinus pinaster Ait.). النبات Physiol. ، 123: 959-969.
PubMed |

29: رافالسكي ، أ. ، 2002. تطبيقات تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة في وراثة المحاصيل. بالعملة. رأي. مصنع بيول ، 5: 94-100.
كروسريف | رابط مباشر |

30: سيكا ، إيه. و F.M.J. دومنج ، 2006. علاقة الكثافة الأساسية وإنتاجية اللب مع بعض المتغيرات الكيميائية في أشجار الكينا. Pesquisa Agropecuaria Bras. ، 41: 1687-1691.
كروسريف | رابط مباشر |

31: Somerville، C.، 2006. تخليق السليلوز في النباتات العليا. Annu. القس الخلية ديف. بيول ، 22: 53-78.
PubMed | رابط مباشر |


شكر وتقدير

نشكر ستيفن كيلر ، ومارين فريزين ، وسيرجي نزدين على المناقشات ، وجان ماري بروسبري وماغالي ديلالاند على تطوير وإدارة م. truncatula جمع الأصول الوراثية (البذور المتاحة على الموقع http://www1.montpellier.inra.fr/BRC-MTR/) ، وتيري هوغيت وم. م. truncatula وراثية. تم تنفيذ هذا العمل جزئيًا باستخدام موارد الحوسبة في معهد الحوسبة الفائقة بجامعة مينيسوتا وتم تمويله من قبل National Science Foundation Grant 0820005.


المواد والأساليب

العينات والتسلسل

تم جمع عينات الأوراق من 24 نمط وراثي من ارتجاف P. و 24 من الأنماط الجينية P. tremuloides (الجدول S1). تم استخراج الحمض النووي الجينومي من عينات الأوراق ، وتم إنشاء مكتبات التسلسل ذات النهاية المزدوجة بأحجام إدراج تبلغ 650 نقطة أساس لجميع الأنماط الجينية. تم إجراء تسلسل الجينوم الكامل بحد أدنى للعمق المتوقع 20 × على منصة Illumina HiSequation 2000 في مختبر Science for Life ، ستوكهولم ، وتم إنشاء قراءات نهائية 2 × 100-bp لجميع الأنماط الجينية. عينتان من P. tremuloides فشل في تحقيق التغطية المتوقعة وبالتالي تم حذفه من التحليلات اللاحقة. لقد حصلنا على بيانات Illumina قصيرة القراءة متاحة للجمهور من 24 P. trichocarpa أفراد من المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية (NCBI) أرشيف القراءة القصيرة (SRA) (الجدول S1). تم اختيار الأفراد للحصول على عمق قراءة مماثل لعينات نوعي الحور الرجراج. أعداد الانضمام P. trichocarpa يمكن العثور على العينات في إيفانز وآخرون. (2014). وبالتالي ، تستند جميع التحليلات إلى بيانات مأخوذة من 24 ارتجاف P., 22 P. tremuloidesو 24 P. trichocarpa الأنماط الجينية.

تصفية القراءة الأولية ، وقراءة المحاذاة ، ومحاذاة المعالجة اللاحقة

قبل قراءة المحاذاة ، استخدمنا Trimmomatic (Lohse وآخرون. 2012) لإزالة تسلسل المحول من القراءات. نظرًا لأن جودة القراءات تنخفض دائمًا في نهاية القراءات ، فقد استخدمنا Trimmomatic لقطع القواعد من بداية و / أو نهاية القراءات عندما كانت قيم الجودة & lt20. إذا تم تقليل طول القراءات التي تمت معالجتها إلى & lt36 قاعدة بعد القطع ، فسيتم تجاهل القراءات تمامًا. تم استخدام FastQC (http://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc/) لفحص ومقارنة جودة التسلسل لكل قاعدة بين بيانات التسلسل الأولي والبيانات التي تمت تصفيتها. بعد مراقبة الجودة ، تم تعيين جميع القراءات أحادية النهاية المزدوجة والمعزولة من كل عينة إلى ملف P. trichocarpa الإصدار 3 (v3.0) الجينوم (توسكان وآخرون. 2006) باستخدام BWA-MEM مع المعلمات الافتراضية في bwa-0.7.10 (Li 2013).

تم إجراء العديد من خطوات المحاذاة اللاحقة للمعالجة لتقليل عدد القطع الأثرية في تحليل المصب: أولاً ، أجرينا عمليات الإدراج والحذف (indel) نظرًا لأن القواعد غير المتطابقة توجد عادةً في المناطق التي بها indels (Wang وآخرون. 2015). The RealignerTargetCreator في مجموعة أدوات تحليل الجينوم (GATK) (DePristo وآخرون. 2011) تم استخدامه لأول مرة للعثور على فترات مشبوهة من المحتمل أن تكون بحاجة إلى إعادة التنظيم. ثم تم استخدام IndelRealigner لتشغيل أداة إعادة التنظيم خلال تلك الفترات الزمنية. ثانيًا ، نظرًا لأن القراءات الناتجة عن تكرارات PCR يمكن أن تظهر أثناء إعداد مكتبة التسلسل ، فقد استخدمنا أساليب MarkDuplicates في حزمة Picard (http://broadinstitute.github.io/picard/) لإزالة تلك القراءات أو قراءة الأزواج التي لها إحداثيات خارجية متطابقة ونفس طول الإدراج. في مثل هذه الحالات ، تم الاحتفاظ بالقراءة المفردة ذات أعلى الصفات الأساسية المجمعة فقط للتحليل النهائي. ثالثًا ، لاستبعاد أخطاء التنميط الجيني الناتجة عن تسلسل الحمض النووي المتماثل أو المتكرر حيث تم تعيين القراءات بشكل سيء إلى الجينوم المرجعي أو عن طريق اختلافات سمات الجينوم الأخرى بين P. trichocarpa و ارتجاف P. أو P. tremuloides، قمنا بإزالة المواقع ذات أعماق القراءة المنخفضة للغاية والمرتفعة للغاية بعد التحقيق في التوزيع التجريبي لتغطية القراءة. قمنا بتصفية المواقع بتغطية كاملة & lt100 × أو & & gt1200 × عبر جميع العينات لكل الأنواع. عندما تم تعيين القراءات إلى مواقع متعددة في الجينوم ، تم تعيينها عشوائيًا إلى موقع واحد مع درجة تعيين صفر بواسطة BWA-MEM. لحساب تأثيرات المحاذاة الخاطئة هذه ، قمنا بإزالة تلك المواقع إذا كانت هناك قراءات تم تعيينها & gt20 مع درجة تعيين تساوي صفرًا عبر جميع الأفراد في كل نوع. أخيرًا ، نظرًا لأن محاذاة القراءة القصيرة غير موثوقة بشكل عام في المناطق الجينومية شديدة التكرار ، فقد قمنا بتصفية المواقع التي تتداخل مع عناصر التكرار المعروفة كما حددها RepeatMasker (Tarailo-Graovac and Chen 2009). في النهاية ، المجموعة الفرعية من المواقع التي اجتازت كل معايير التصفية هذه في الثلاثة حور الأنواع المستخدمة في تحليلات المصب.

النوكليوتيدات المفردة وتعدد الأشكال واستدعاء النمط الجيني

قمنا بتنفيذ نهجين تكميليين للمعلومات الحيوية: أولاً ، أشارت العديد من الدراسات إلى التحيز المتأصل في التقديرات الجينية السكانية باستخدام نهج استدعاء النمط الجيني من بيانات NGS (Nielsen وآخرون. 2011 نيفادو وآخرون. 2014). يمكن أن يؤدي استدعاء النمط الجيني أحادي أو متعدد العينات إلى تحيز في تقدير طيف تردد الموقع (SFS) ، حيث يؤدي الأول عادةً إلى المبالغة في تقدير المتغيرات النادرة ، بينما يؤدي الأخير غالبًا إلى العكس (Nielsen وآخرون. 2011). لذلك ، في هذه الدراسة ، استخدمنا طريقة مطبقة في حزمة البرامج - تحليل بيانات تسلسل الجيل التالي (ANGSD v0.602) (Korneliussen وآخرون. 2014) - لتقدير SFS وجميع الإحصاءات الجينية للسكان المستمدة من SFS دون استدعاء الأنماط الجينية. ثانيًا ، بالنسبة لتلك التحليلات التي تتطلب تعدد أشكال النوكليوتيدات الفردي الدقيق (SNP) واستدعاءات النمط الجيني ، أجرينا استدعاء SNP باستخدام HaplotypeCaller of the GATK v3.2.2 (DePristo) وآخرون. 2011) ، والتي تسمى SNPs و indels في وقت واحد عبر إعادة التجميع المحلي للأنماط الفردانية لكل فرد وإنشاء VCFs الجينومية لعينة واحدة (gVCFs). ثم تم استخدام gVCFs في GATK لدمج سجلات متعددة العينات معًا ، وتصحيح احتمالات النمط الجيني ، وإعادة التركيب الجيني للسجل المدمج حديثًا ، وإجراء إعادة التعليق التوضيحي. تم بعد ذلك استخدام خطوات التصفية التالية لتقليل عدد تعدد الأشكال الموجبة الخاطئة والاحتفاظ بأشكال تعدد الأشكال عالية الجودة: (1) أزلنا جميع أشكال تعدد الأشكال التي تداخلت مع المواقع المستبعدة من جميع معايير التصفية السابقة. (2) لقد احتفظنا فقط بـ SNPs biallel بمسافة & gt5 bp بعيدًا عن أي indels. (3) تعاملنا مع الأنماط الجينية ذات نقاط جودة التركيب الوراثي (GQ) و lt10 على أنها مفقودة ثم أزلنا تلك الأشكال الجينية ذات المعدل الجيني المفقود و gt20٪. (4) أزلنا SNPs التي أظهرت انحرافًا كبيرًا عن توازن هاردي واينبرغ (ص & lt 0.001). بعد كل التصفية ، تم الكشف عن 8،502،169 SNPs بين الثلاثة حور الأنواع واستخدمت في تحليلات المصب.

البنية السكانية

استخدمنا تعدد أشكال تعدد الأشكال المترادفة بأربعة أضعاف مع تردد أليل ثانوي و GT0.1 لإجراء تحليلات التركيبة السكانية باستخدام ADMIXTURE (ألكساندر) وآخرون. 2009). قمنا بتشغيل ADMIXTURE على جميع الأفراد الذين تم أخذ عينات منهم من بين الأنواع وعلى العينات داخل كل نوع على حدة. عدد المجموعات الجينية (ك) من 1 إلى 6. تم اختيار العدد الأكثر احتمالًا للعناقيد الجينية عن طريق تقليل خطأ التحقق المتبادل في ADMIXTURE.

التنوع والاختلاف: إحصاءات موجزة ذات صلة

بالنسبة لتقديرات تنوع النوكليوتيدات والاختلاف ، تم استخدام القراءات ذات جودة الخرائط و gt30 والقواعد ذات نقاط الجودة و gt20 في جميع التحليلات النهائية باستخدام ANGSD (Korneliussen وآخرون. 2014). أولاً ، استخدمنا تنفيذ -doSaf في ANGSD لحساب احتمالية تردد موقع أليل بناءً على نموذج احتمال النمط الجيني SAMTools (Li وآخرون. 2009). بعد ذلك ، استخدمنا تنفيذ -realSFS في ANGSD للحصول على SFS عالمي مطوي محسن باستخدام خوارزمية تعظيم التوقعات لكل نوع. استنادًا إلى SFS العالمي ، استخدمنا وظيفة -doThetas في ANGSD لتقدير تنوع النوكليوتيدات لكل موقع من الاحتمال اللاحق لتردد الأليل بناءً على نهج الاحتمال الأقصى (كيم وآخرون. 2011). اثنان من التقديرات القياسية لتنوع النوكليوتيدات ، متوسط ​​تنوع النوكليوتيدات الزوجي (Θπ) (تاجيما 1989) ونسبة المواقع المنفصلة (Θدبليو) (واترسون 1975) ، واختبار إحصائي واحد للحياد ، Tajima’s د (Tajima 1989) ، تم تلخيصها على طول جميع الكروموسومات التسعة عشر باستخدام نوافذ منزلقة غير متداخلة من 100 كيلو قاعدة (kbp) و 1 ميجا قاعدة (Mb). تم استبعاد النوافذ التي تحتوي على & lt10٪ من المواقع المغطاة المتبقية من خطوات تصفية الجودة السابقة. في النهاية ، تم تضمين 3340 نافذة 100-kbp و 343 1-Mb ، بمتوسط ​​50،538 و 455،910 قاعدة مغطاة لكل نافذة ، على التوالي.

تم حساب جميع هذه الإحصائيات أيضًا لكل نوع من العناصر الوظيفية (0 أضعاف غير مترادفة ، أربعة أضعاف مرادف ، intron ، 3 ′ UTR ، 5 UTR ، ومواقع بين الجينات) على النوافذ غير المتداخلة 100 كيلو بايت و 1 ميجا بايت في الثلاثة حور محيط. اتبعت فئة النماذج الجينية الشرح الجيني لـ P. trichocarpa الإصدار 3.0 (توسكان وآخرون. 2006). بالنسبة لجينات ترميز البروتين ، قمنا بتضمين الجينات التي تحتوي على 90٪ على الأقل من المواقع المغطاة المتبقية من خطوات التصفية السابقة للتأكد من أن الأنواع الثلاثة لها نفس الهياكل الجينية. بالنسبة للمناطق المتداخلة بنصوص مختلفة في كل جين ، قمنا بتصنيف كل موقع وفقًا للتسلسل الهرمي التالي (من الأعلى إلى الأدنى): مناطق الترميز (CDS) ، 3 ′ UTR ، 5 ′ UTR ، و intron. وبالتالي ، إذا كان الموقع موجودًا في نسخة 3 ′ UTR في نسخة واحدة وفي CDS لآخر ، فقد تم تصنيف الموقع على أنه CDS. استخدمنا النص الذي يحتوي على أعلى محتوى لمواقع ترميز البروتين لتصنيف المواقع المترادفة وغير المجهولة داخل كل جين. تم تقسيم إجمالي 16.52 و 3.4 و 7.19 و 4.02 و 31.89 و 73.46 ميجا بايت إلى 0 أضعاف غير مجهول (حيث تؤدي جميع تغييرات تسلسل الحمض النووي إلى تغييرات في تسلسل البروتين) ، مرادف بأربعة أضعاف (حيث تؤدي جميع تغييرات تسلسل الحمض النووي إلى نفس تسلسل البروتين ) و 3 ′ UTR و 5 ′ UTR و intron والفئات الجينية.

اختلال التوازن الترابط ومعدل إعادة التركيب على نطاق السكان

تم استخدام ما مجموعه 1،409،377 SNPs و 1،263،661 SNPs و 710،332 SNPs مع تردد أليل طفيف و GT10 ٪ لتحليل اختلال التوازن (LD) ومعدل إعادة التركيب على نطاق السكان (ρ) في ارتجاف P., P. tremuloides، و P. trichocarpa، على التوالى. لتقدير ومقارنة معدل اضمحلال صعوبة التعلم بين الثلاثة حور الأنواع ، استخدمنا أولاً PLINK 1.9 (Purcell وآخرون. 2007) لتقليل عدد النيوكلوتايد بشكل عشوائي إلى 100000 في كل نوع. ثم قمنا بحساب معاملات الارتباط التربيعية (ص 2) بين جميع أزواج SNPs التي كانت ضمن مسافة 50 كيلو بايت باستخدام PLINK 1.9. تم تقدير اضمحلال LD مقابل المسافة المادية باستخدام الانحدار غير الخطي للزوج ص 2 ضد. المسافة المادية بين المواقع في أزواج القاعدة (Remington وآخرون. 2001).

قدرنا معدل إعادة التركيب على نطاق السكان ρ باستخدام برنامج الفاصل الزمني LDhat 2.2 (McVean وآخرون. 2004) مع 1،000،000 MCMC تكرار أخذ عينات كل 2000 تكرار ومعلمة عقوبة الكتلة من 5. تم تجاهل أول 100000 تكرار لتكرار MCMC كاحتراق. ثم قمنا بحساب القيمة المقاسة لـ ρ في كل نافذة 100 كيلو بايت و 1 ميجا بايت عن طريق حساب المتوسط ​​على جميع SNPs في تلك النافذة. فقط النوافذ ذات & GT. 10000 (في 100 kbp windows) و 100000 موقع (في 1 Mb windows) و 100 SNPs متبقية من خطوات التصفية السابقة تم استخدامها لتقدير ρ.

تقدير توزيع تأثيرات اللياقة لطفرات الأحماض الأمينية الجديدة ونسبة بدائل الأحماض الأمينية التكيفية

لقد أنشأنا SFS المطوي في كل نوع لفئة من المواقع المحددة (0 أضعاف المواقع غير المجهولة) وفئة من المواقع المرجعية المحايدة المفترضة (مواقع مترادفة أربعة أضعاف) من بيانات SNP باستخدام برنامج نصي Perl مخصص. استخدمنا نهج الاحتمالية القصوى (ML) كما هو مطبق في توزيع برنامج تأثيرات اللياقة (DFE) -α (Keightley and Eyre-Walker 2007 Eyre-Walker and Keightley 2009) لملاءمة نموذج ديموغرافي بخطوة لتغيير حجم السكان إلى SFS المحايد. تم أخذ عينات من تأثيرات اللياقة للطفرات الضارة الجديدة في فئة الموقع المحدد من توزيع جاما بعد دمج المعلمات المقدرة للنموذج الديموغرافي. تفترض هذه الطريقة أن تأثيرات اللياقة للطفرات الجديدة في المواقع المحايدة هي صفر وهي ضارة بشكل غير مشروط في مواقع مختارة لأنها تفترض أن الطفرات المفيدة نادرة جدًا بحيث لا تساهم في تعدد الأشكال (Keightley and Eyre-Walker 2007). لقد أبلغنا عن نسبة طفرات الأحماض الأمينية التي تقع في نقاط قوة فعالة مختلفة للاختيار (نهق): 0-1 ، 1-10 ، و GT10 ، على التوالي.

من DFE المقدرة ، تم تقدير نسبة بدائل الأحماض الأمينية التكيفية (α) والمعدل النسبي () للاستبدال التكيفي في مواقع غير مجهولة صفر أضعاف باستخدام طريقة Eyre-Walker و Keightley (2009). تفسر هذه الطريقة بوضوح التغييرات السابقة في حجم السكان ووجود طفرات ضارة قليلاً. من بين إجمالي 8،502،169 SNPs التي تم اكتشافها بواسطة GATK ، تمت مشاركة 1 ٪ في المتوسط ​​بين أي من نوعي الحور الرجراج و P. trichocarpa (الشكل S2). لذلك استخدمنا أنواع الحور الرجراج و P. trichocarpa كأنواع خارجية لبعضها البعض لحساب اختلاف النوكليوتيدات بين الأنواع في أربعة أضعاف المواقع المرادفة وغير المرادفة ذات صفر أضعاف لأنه من غير المحتمل أن تتأثر بتعدد الأشكال السلفية المشتركة. تم تطبيق تصحيح الضربات المتعددة لجوكس كانتور لتقديرات الاختلاف (جوكس وكانتور 1969). لمعلمات نهs و α و ، أنشأنا 200 نسخة متكررة من bootstrap عن طريق إعادة أخذ عينات عشوائيًا عبر جميع SNPs في كل فئة موقع باستخدام R (R Develpment Core Team 2014). استبعدنا 2.5٪ من تكرارات bootstrap العلوي والسفلي واستخدمنا الباقي لتمثيل 95٪ فترات ثقة لكل معلمة.

الارتباطات الجينومية للتنوع

لفحص العوامل التي تؤثر على مستويات تعدد الأشكال المحايد في الثلاثة حور الأنواع ، افترضنا أولاً أن المواقع المترادفة ذات الأربعة أضعاف في المناطق الجينية كانت محايدة بشكل انتقائي لأن كل طفرة محتملة في أربعة أضعاف المواقع المتدهورة هي مترادفة. في ما يلي نشير إلى تنوع النوكليوتيدات الزوجي في أربعة مواقع مترادفة (θأربعة أضعاف) باسم "تعدد الأشكال المحايد". بالمقارنة مع المنطقة الجينية ، قمنا أيضًا بتقدير مستويات تنوع النيوكليوتيدات في المواقع الجينية (θبين الجينات). ثم قمنا بجدولة العديد من الميزات الجينومية الأخرى داخل كل نافذة 100 كيلو بايت و 1 ميجا بايت والتي قد ترتبط بأنماط تعدد الأشكال. أولاً ، قمنا بتلخيص معدل إعادة التركيب على نطاق السكان (ρ) كما هو موضح أعلاه لكل نوع. ثانيًا ، قمنا بجدولة محتوى GC ككسر من القواعد حيث التسلسل المرجعي (P. trichocarpa v3.0) كان G أو a C. ثالثًا ، قمنا بقياس كثافة الجينات بعدد الجينات الوظيفية داخل كل نافذة وفقًا للتعليق الجيني لـ P. trichocarpa الإصدار 3.0. أي جزء من الجين يقع داخل نافذة يُحسب على أنه جين كامل. رابعًا ، أخذنا في الاعتبار تباين معدل الطفرات من خلال حساب عدد الاختلافات الثابتة لكل موقع محايد (إما مواقع مترادفة أربعة أضعاف أو مواقع جينية) بين الحور الرجراج و P. trichocarpa داخل كل نافذة ، والتي تم إجراؤها في ngsTools (Fumagalli وآخرون. 2014). سبب استخدامنا الاختلاف بين الحور الرجراج و P. trichocarpa لقياس معدل الطفرات لأنهم مرتبطون بعيدًا (Wang وآخرون. 2014) ومن غير المرجح أن يتأثر تقدير الاختلاف بتعدد الأشكال السلفية المشتركة بين الأنواع كما هو موضح أعلاه. خامسًا ، قمنا بجدولة عدد القواعد المغطاة في كل نافذة مثل تلك التي تركت من جميع معايير التصفية السابقة.

استخدمنا اختبار ارتباط ترتيب الرتب من سبيرمان لفحص الارتباطات الزوجية بين المتغيرات ذات الأهمية. لحساب الارتباط التلقائي بين المتغيرات ، قمنا أيضًا بحساب الارتباطات الجزئية بين المتغيرات ذات الأهمية عن طريق إزالة التأثيرات المربكة للمتغيرات الأخرى (Kim and Soojin 2007). تم إجراء جميع الاختبارات الإحصائية باستخدام الإصدار R 3.2.0 ما لم ينص على خلاف ذلك.

توافر البيانات

جميع قراءات Illumina التي تم إنشاؤها حديثًا لـ 24 ارتجاف P. و 22 P. tremuloides من هذه الدراسة تم تقديمها إلى SRA في NCBI. يمكن العثور على جميع أرقام المدخلات في الجدول S1.


الملخص

أدت التطورات الأخيرة إلى زيادة هائلة في البيانات الجينومية الكبيرة المتاحة للجمهور ، بما في ذلك الجينوم الكامل. كان مشروع الجينوم الألف من المساهمين الرئيسيين ، حيث أطلق نتائج تسلسل عدد كبير من الجينوم الفردي ، وسمح بعدد لا يحصى من الدراسات واسعة النطاق حول التباين الجيني البشري. ومع ذلك ، فإن الأدوات المتاحة حاليًا غير كافية عندما يتعلق الهدف ببعض تحليلات مجموعات البيانات التي تشمل أكثر من مئات الأزواج الأساسية وعند النظر في تسلسل النمط الفرداني لتعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة (SNPs). هنا ، نقدم أداة جديدة وفعالة للتعامل مع مجموعات البيانات الكبيرة التي تسمح بحساب مجموعة متنوعة من الإحصائيات الموجزة للبيانات الوراثية السكانية ، مما يزيد من سرعة تحليل البيانات.

الاقتباس: Soares I، Moleirinho A، Oliveira GNP، Amorim A (2015) DivStat: أداة سهلة الاستخدام لتحليل تعدد الأشكال النوكليوتيد الفردي للتنوع الجيني. بلوس واحد 10 (3): e0119851. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0119851

محرر أكاديمي: Swarup Kumar Parida ، المعهد الوطني لأبحاث الجينوم النباتي (NIPGR) ، الهند

تم الاستلام: 19 يونيو 2014 وافقت: 18 يناير 2015 نشرت: 10 مارس 2015

حقوق النشر: © 2015 سواريس وآخرون. هذا مقال مفتوح الوصول يتم توزيعه بموجب شروط ترخيص Creative Commons Attribution License ، والذي يسمح بالاستخدام غير المقيد والتوزيع والاستنساخ في أي وسيط ، بشرط ذكر المؤلف الأصلي والمصدر

توافر البيانات: يتوفر برنامج DivStat مجانًا للتنزيل لأنظمة MACINTOSH و UNIX و WINDOWS على مواقع الويب https://www.mediafire.com/folder/za5wjlcoc5oi1/DivStat و http://www.portugene.com/DivStat.html ، مصحوبة بدروس تعليمية ، ملفات الأمثلة وتفاصيل التثبيت.

التمويل: تم دعم هذا العمل من قبل زمالة المؤسسة البرتغالية للعلوم والتكنولوجيا (SFRH / BD / 73508/2010) لـ A.M. IPATIMUP هو مختبر مشارك في وزارة العلوم والتكنولوجيا والتعليم العالي البرتغالية ويدعمه جزئيًا FCT. لم يكن للممولين دور في تصميم الدراسة أو جمع البيانات وتحليلها أو اتخاذ قرار النشر أو إعداد المخطوطة.

تضارب المصالح: وقد أعلن الباحثون إلى أن لا المصالح المتنافسة موجودة.


تنوع النوكليوتيدات في سينثاس النشا IIa والتحقق من تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة فيما يتعلق بدرجة حرارة جلتنة النشا وغيرها من الخواص الفيزيائية والكيميائية في الأرز (أرز أسيوي L.)

تحدد خصائص النشا ، مثل درجة حرارة الجلتنة (GT) ، ومحتوى الأميلوز الظاهري (AAC) ، ودرجة حرارة اللصق (PT) وغيرها من الخصائص الفيزيائية والكيميائية ، جودة منتجات الأرز المختلفة ، على سبيل المثال ، صفات الأكل والطبخ والمعالجة. يتم التحكم في GT لدقيق الأرز بواسطة ألك locus التي تم تعيينها بشكل مشترك إلى سينثاس النشا IIa (SSIIa) المكان. في هذه الدراسة ، قمنا بتسلسل جزء من الحمض النووي بمقدار 2.051 نقطة أساس تمتد على جزء من intron 6 و exon 7 و intron 7 و exon 8 وجزء من 3 منطقة غير مترجمة من SSIIa لـ 30 نوعًا من الأرز مع توزيع جغرافي متنوع وتباين في الخصائص الفيزيائية والكيميائية للنشا. تم تحديد ما مجموعه 24 تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة (SNPs) وإدخال / حذف واحد (InDel) ، والتي يمكن تصنيفها إلى تسعة أنماط فردية. يعني تنوع النوكليوتيدات الزوجي π كان 0.00292 ، ومقدر واترسون θ كان 0.00296 في هذه المجموعة من الأصول الوراثية للأرز. تاجيما د أظهر اختبار الاختيار عدم وجود انحراف كبير عن التوقع المحايد (د = − 0.04612, ص & GT 0.10). ومع ذلك ، تم العثور على ارتباطات كبيرة بين سبعة من SNPs وذروة GT (تي ص) في ص & lt 0.05 ، أظهر اثنان منها متجاوران SNPs (GC / TT) ارتباطًا قويًا جدًا بـ تي ص (ص & lt 0.0001). مع بعض الاستثناءات النادرة ، يمكن أن يميز تعدد الأشكال GC / TT هذا بمفرده بين أصناف الأرز ذات GT العالية أو المتوسطة (التي تمتلك أليل GC) من تلك ذات GT المنخفضة (التي تمتلك أليل TT). في المقابل ، لم يكن أي من SNPs أو InDel مرتبطًا بشكل كبير بمحتوى الأميلوز. تم التنميط الجيني لـ 509 نوعًا آخر من أنواع الأرز ذات الخصائص الفيزيائية والكيميائية المعروفة (على سبيل المثال ، AAC و PT) والأليلات المعروفة لجينات تصنيع النشا الأخرى. SSIIa أليلات GC / TT. أشار تحليل الارتباط إلى أن 82٪ من التباين الكلي لـ AAC في هذه العينات يمكن تفسيره بواسطة (CT)ن تكرار التسلسل البسيط (SSR) و G / T SNP للجين الشمعي (Wx) ، ويمكن تفسير 62.4 ٪ من التباين الكلي لـ PT من خلال تعدد الأشكال GC / TT. تم إجراء تحليل ارتباط إضافي بين هذه العلامات الجزيئية والخصائص الحرارية والتراجع لمجموعة فرعية من 245 عينة من أصناف الأرز 509. ال SSIIa أوضح تعدد الأشكال GC / TT أكثر من 60 ٪ من التباين الكلي في الخواص الحرارية ، في حين أن SSR و SNP لـ Wx وأوضح الجين بقدر ما SSIIa GC / TT للتغير الكلي في خصائص الارتداد. توفر دراستنا مزيدًا من الدعم لاستخدام تعدد الأشكال GC / TT في SSIIa. كما هو موضح في دراستنا لـ 509 نوعًا من الأرز ، يمكن لـ GC / TT SNP التمييز بين الأرز ذي GT العالية أو المتوسطة من تلك التي تحتوي على كمية منخفضة من GT في حوالي 90 ٪ من الحالات. باستخدام أربعة بادئات في تفاعل PCR واحد ، يمكن مسح تعدد الأشكال GC / TT على نطاق واسع. وبالتالي ، يمكن أن يكون تعدد الأشكال هذا مفيدًا جدًا في الاختيار بمساعدة الواسمات لتحسين GT وغيرها من الخصائص الفيزيائية والكيميائية للأرز.

هذه معاينة لمحتوى الاشتراك ، والوصول عبر مؤسستك.


مقدمة

تدجين المحاصيل هو عملية معقدة تتوسطها سلسلة من التغييرات المظهرية لتحسين الزراعة والحصاد والاستهلاك. أرز (أرز أسيوي L.) أحد أقدم أنواع المحاصيل المستأنسة ، وقد انخفض التنوع الوراثي للأرز المزروع بنسبة تصل إلى 80٪ مقارنة بالسلف البري أثناء عمليات التدجين والانتقاء الاصطناعي [1]. تم العثور على الخسارة القصوى للتنوع في أصناف الأرز الحديثة عالية الغلة ، وهذا له عواقب وخيمة على القابلية للإصابة بالأمراض والتكيف مع البيئات المتغيرة [2]. على النقيض من ذلك ، احتفظت سلالات الأرز ، التي نشأت وتطورت في الحقل على مدى آلاف السنين عن طريق التربية الانتقائية من قبل المزارعين ، بالتنوع الجيني [3]. هذا الاختلاف له آثار مهمة في تربية الأرز من خلال توفير جينات / أليلات جديدة لتحسين المحاصيل. ومع ذلك ، مع تطور الزراعة الحديثة ، تم استبدال عدد كبير من السلالات المحلية بأصناف حديثة تم إدخالها على مدى السنوات الأربعين الماضية [4]. في الصين ، لم تعد تُزرع أصناف الأرز في معظم المقاطعات ، باستثناء بعض مناطق الأقليات العرقية ، مثل مناطق مقاطعات يونان وقويتشو.

ساهم الاختيار من قبل مجموعات عرقية مختلفة تسكن مناطق ذات ارتفاعات وظروف مناخية مختلفة وبطرق زراعة وثقافات وتقاليد مختلفة في تنوع محصول الأرز في يونان. وفقًا لذلك ، تعد يونان واحدة من أكبر مراكز التنوع الوراثي للأرز في جميع أنحاء العالم [5-7]. يتم توزيع سلالات الأرز في يونان على نطاق واسع في منطقة من 21 ° 8 ′ 32 ′ ′ شمالاً إلى 29 ° 11 18 ′ ′ شمالاً و 97 ° 31 ′ 39 ′ ′ شرقًا إلى 106 ° 11 ′ 47 ′ شرقًا ، ويتم زراعتها على ارتفاعات مختلفة وتحت ظروف مناخية متنوعة [7]. تنمو السلالات البرية من ارتفاعات تبلغ 76 مترًا تقريبًا في مقاطعة هيكو بمحافظة هونغخه في الجزء الجنوبي الشرقي من يونان إلى 2700 مترًا في مقاطعة ويشي بمحافظة ديكينج [7]. يوفر التوزيع الواسع للسلالات المحلية للأرز فرصة ممتازة لدراسات التركيب الجيني وأنماط التمايز بين السلالات الأصلية للأرز على طول النطاق المرتفع بالإضافة إلى دور الارتفاع في تشكيل البنية الجينية للسكان. فحصت العديد من الدراسات التمايز الجيني وتوزيع سلالات الأرز على طول التدرجات الطولية في يونان بناءً على سمات النمط الظاهري أو الواسمات الجزيئية (indel) الإدراج / الحذف [8-10]. وفقا لدراسة سابقة ، كلاهما إنديكا و جابونيكا تزرع أصناف الأرز في يونان [6] ، ويمكن تصنيف توزيع سلالات الأرز بشكل مصطنع إلى ثلاث مناطق لزراعة الأرز على النحو التالي: (1) إنديكا الحزام على ارتفاعات أقل من 1400 م (2) مختلط إنديكا و جابونيكا على ارتفاعات تتراوح بين 1400 و 1600 م ، و (3) جابونيكا حزام على ارتفاعات تزيد عن 1600 م [8]. ومع ذلك ، لا يُعرف الكثير عن كيفية تأثير التباين في الارتفاع على التركيب الجيني للسكان. علاوة على ذلك ، ليس من الواضح ما إذا كانت سلالات الأرز في يونان تُظهر العزلة عن طريق الارتفاع. يجب استكشاف هذه الأسئلة باستخدام بيانات الحمض النووي.

من بين أنواع الواسمات الجزيئية المختلفة ، تُستخدم علامات تكرار التسلسل البسيط (SSR) بشكل شائع لتقدير التنوع الجيني ، وتركيب السكان ، والتمايز في العديد من الأنواع النباتية [11]. علاوة على ذلك ، مع تطوير تقنية تسلسل الحمض النووي ، تم بنجاح استخدام تسلسل الحمض النووي متعدد المواضع لتقدير التنوع الجيني ولتحليلات التطور الوراثي [12-15]. تعكس اختلافات تسلسل الحمض النووي بشكل مباشر الاختلافات الجينية وفقًا لذلك ، تعد مقارنة التسلسل طريقة مثالية للكشف عن التنوع الجيني والتمايز.

قمنا بجمع سلالات متنوعة من الأرز من مدينة يونان بالصين على طول نطاق واسع من الارتفاعات وقمنا بتحليل تسلسل الجينات وعلامات SSR. كانت أهدافنا هي فحص التركيب الجيني لسلالات الأرز وتقييم دور العزلة عن طريق الارتفاع في التمايز الجيني.


مناقشة

التنوع الجيني والديموغرافيا السكانية في P. krempfii

كشف تحليلنا عن مستويات منخفضة للغاية من تعدد أشكال النوكليوتيدات في P. krempfii. بالنسبة للمواقع النووية ، فإن متوسط ​​تنوع النوكليوتيدات الصامت في P. krempfii (πس = 0.0015 θث = 0.0020) كانت قابلة للمقارنة مع تلك الموجودة في صنوبر سيمبرا (πس = 0.0024 θث = 0.0024) (Mosca وآخرون 2012) ، ولكن أقل بكثير من تلك الموجودة في أشجار الصنوبر الأخرى (الشكل 3 ، الجدول S7). ل طن متريالحمض النووي ، لم نكتشف أي تعدد أشكال عبر عشرة طن متريمناطق الحمض النووي (حوالي 10 كيلو بايت). على الرغم من انخفاض تباين النوكليوتيدات ل طن متريوقد لوحظ الحمض النووي في الصنوبريات ، وبعض من طن متريتم استخدام مناطق الحمض النووي التي تم تحليلها في هذه الدراسة على نطاق واسع في الدراسات السكانية السابقة في أشجار الصنوبر ، وتم الإبلاغ عن مستويات مختلفة من تعدد الأشكال لمعظم أنواع الصنوبر ، بما في ذلك تلك ذات النطاق المحدود للتوزيع (Chiang et al. 2006 Eckert et al. 2008 Wang et. آل 2011). على سبيل المثال ، Eckert et al. (2008) اكتشف 14 نمطًا من الأنماط في صنوبر بالفوريانا، صنوبر متوطن في كاليفورنيا به مجموعتان منفصلتان فقط ، على أساس أربعة طن متريشظايا الحمض النووي المشاركة في هذه الدراسة. بالنسبة إلى cpSSR ، تنوع النمط الفرداني (حه = 0.911) في P. krempfii مرتفع ، كما لوحظ في معظم أنواع الصنوبر (Höhn وآخرون 2005 Petit وآخرون 2005 Wang et al. 2011 ، 2013). تباين مستويات التنوع الجيني بين cpSSR و طن متري- وتسلسلات الحمض النووي التي لوحظت في P. krempfii يمكن أن يكون بسبب معدلات الطفرات المختلفة بين المناطق الجينومية. في أنواع الصنوبر ، معدل الطفرة لتغير الطول عند cpكانت مواقع SSR (3.2–7.9 × 10 5) أعلى بمقدار 5-6 مرات من معدلات الاستبدال في طن متري- (4 × 10 −11) ومتواليات الحمض النووي (7 × 10 −10) (Provan et al. 1999 Mower et al. 2007 Willyard et al.2007). لوحظ التنوع غير المتماثل بين العلامات الجينية في أشجار الصنوبر الأخرى مثل P. cembra استخدام cpSSR (حه = 0.917) وتسلسل الحمض النووي النووي (πس = 0.0024) (Höhn وآخرون 2005 Mosca وآخرون 2012). الفرق في التنوع بين cpSSR نسبة إلى طن متري والمواقع النووية يمكن أن تكون راجعة إلى تواريخ ديموغرافية وانتقائية متنوعة للجينومات المختلفة. على سبيل المثال ، أثناء تجزئة النطاق ، يؤدي فقدان cpيمكن تعويض تنوع الحمض النووي في مجموعة واحدة معزولة مكانيًا عن طريق التدفق الفعال لحبوب اللقاح من السكان المجاورين ، في حين أن السكان المعزولين قد يواجهون اختناقًا أقوى في طن متري الجينوم بسبب تشتت البذور المحدود. يمكن أن يقلل الانتقاء الطبيعي من التنوع الجيني للمواقع النووية الوظيفية ، ولكنه قد لا يؤثر على الحياد cpمواقع SSR. باختصار ، فإن تعدد الأشكال النوكليوتيدية في النووية و طن متري جينومات P. krempfii كانت الأقل بين أنواع الصنوبر التي تمت دراستها حتى الآن ، بينما لوحظ تنوع وراثي مرتفع في cpمن المحتمل أن تكون مواقع SSR بسبب الطبيعة المتغيرة لعلامات SSR.

اكتشفنا تمايزًا منخفضًا (5.2 ٪) ولكن مهمًا بين السكان الموجودين في P. krempfii. حتى داخل كل منطقة ، Fشارع كانت القيم (3.8-7.8٪) مهمة أيضًا. هذا المستوى من التمايز يمكن مقارنته بأنواع الصنوبر ذات نطاقات التوزيع الواسعة (Wang et al. 1991 Ma et al. 2006 Pyhäjärvi et al. 2007). بسبب عدم وجود حاجز جغرافي بين السكان الذين تم أخذ عينات منهم P. krempfii، يمكن أن يكون التمايز السكاني في هذا النوع ناتجًا عن الطبيعة المجزأة لتوزيعها. على عكس معظم أشجار الصنوبر الأخرى ، P. krempfii لا تشكل مدرجات نقية ، وتتألف المجموعات الفردية من مجموعات صغيرة من الأشجار و / أو أفراد منفردة مشتتة بين غابة كثيفة من أنواع الأشجار الأخرى (Nguyen and Thomas 2004). من المحتمل أن تحد هذه الظروف من انتشار حبوب اللقاح والبذور ، وتساهم في التمايز بين السكان المحليين. بالإضافة إلى، P. krempfii يتم توزيعها في بيئة الغابات المطيرة الرطبة ، مما قد يحول دون التلقيح الفعال للرياح (Turner 2001). الرطوبة العالية تثبط حبوب اللقاح ، والأمطار الغزيرة تزيل حبوب اللقاح من الهواء. باختصار ، على الرغم من القرب النسبي للسكان الأفراد ، فإن الكثافة السكانية المنخفضة P. krempfii والبيئة الرطبة حالت دون تدفق الجينات وأدت إلى درجة معينة من التمايز السكاني. تشير هذه النتائج إلى أنه حتى الأنواع ذات التوزيع المحدود للغاية قد تؤوي مجموعات متباينة وراثيًا.

اقترحت عمليات المحاكاة التقريبية لحساب Bayesian باستخدام المواقع النووية ذلك P. krempfii شهدت نموًا سكانيًا هائلاً بدأ منذ حوالي 2450 عامًا. تم دعم التوسع السكاني أيضًا من خلال اختبار توزيع عدم التطابق بناءً على cpبيانات الحمض النووي. توقيت النمو السكاني في P. krempfii كان متأخرًا كثيرًا عن تلك الموجودة في أشجار الصنوبر الأوروبية الآسيوية الأخرى ، والتي تم تأريخها قبل بضع مئات الآلاف من السنين ، على سبيل المثال ، P. densata من هضبة التبت (Gao et al. 2012) و P. سيلفستريس من أوروبا (Pyhäjärvi وآخرون 2007). وهكذا ، كشف التوسع السكاني في P. krempfii ربما كان سببها التغيرات المناخية الإقليمية أو الأنشطة البشرية ، بدلاً من التقلبات المناخية العالمية خلال العصر الجليدي. بافتراض وقت التوليد P. krempfii لمدة 50 عامًا ، استمر النمو السكاني لمدة 49 جيلًا فقط في هذا النوع. هذه الحلقة من التوسع السكاني أقصر من أن تسمح بتراكم تعدد الأشكال على نطاق واسع. علاوة على ذلك ، فإن موطن P. krempfii تدهورت وأصبحت مجزأة في العقود الماضية (Nguyen and Thomas 2004) ، مما قد يؤدي إلى تقليل وتفتيت P. krempfii السكان. كما اقترحت الدراسات السابقة ، فإن النماذج التي تم تنفيذها واستكشافها في تحليلات توزيع ABC وعدم التطابق هي على الأرجح شديدة التبسيط (Ingvarsson 2008 Gao et al. 2012). محتمل، P. krempfii مرت بتوسعات وتقلصات متكررة في حجم السكان ، ولم تكشف عمليات المحاكاة الحالية عن الانخفاض الأخير في عدد السكان. يمكن أن يؤدي تقليل حجم السكان وتجزئة السكان إلى تقليل تواتر الأليلات النادرة في وقت قصير جدًا (Ellstrand and Elam 1993).

تم اكتشاف تنوع النوكليوتيدات المنخفض للغاية في P. krempfii ما يقرب من 2 إلى 8 مرات أقل من معظم أشجار الصنوبر الأوروبية الآسيوية الأخرى (الشكل 3 الجدول S7) ويتوافق مع حجم السكان الصغير (1.43 × 10 4). اقترحت تحليلات ABC ذلك P. krempfii حافظ على عدد صغير جدًا من السكان الأسلاف ، يتألف من بضع مئات من الأفراد فقط (455) لأكثر من 2.8 مليون سنة قبل دخول مرحلة النمو السكاني. هذا الوضع P. krempfii مع حجم سكان أجداد صغير يختلف عن تلك الموجودة في عاريات البذور الأخرى مثل الجنكة بيلوبا و كاثيا أرجيروفيلا، التي كانت وفيرة وواسعة الانتشار قبل التجلد (Wang and Ge 2006 Gong et al. 2008). توقع Brodribb and Feild (2008) أن المنافسة من كاسيات البذور والبودوكاربس شبه الاستوائية يمكن أن تحد من نجاح P. krempfii.

حجم السكان الصغير له نتيجتان وراثيتان مهمتان. الأول هو فقدان التنوع الجيني بسبب الانجراف الجيني. آخر هو زيادة زواج الأقارب ، مما يؤدي إلى مستويات أعلى من الزيجوت المتماثل والوفيات الناجمة عن الأليلات القاتلة أو شبه المميتة. معامل زواج الأقارب (الجبهة الاسلامية للانقاد = 0.26) في P. krempfii أعلى بكثير من تلك الموجودة في أشجار الصنوبر الأخرى مثل P. pinaster (0.069) (إيفينو وآخرون 2008). في هذه الدراسة ، جمعنا مخاريط من معظم الأفراد الذين تم أخذ عينات منهم ووجدنا أن جميع البذور كانت فارغة تقريبًا. على الرغم من أن نظام التزاوج P. krempfii لم يتم دراستها ، وأنواع الصنوبر متوافقة مع ذاتها ومن المعروف أن وجود بذور فارغة في هذه المجموعة من الصنوبريات هو مؤشر أكيد على زيادة مستويات زواج الأقارب (Karkkainen et al.1996). لذلك ، بصرف النظر عن فقدان التنوع بسبب الانجراف الجيني ، فإن المجموعات السكانية الموجودة P. krempfii قد يعاني أيضًا من خسارة إضافية بسبب زواج الأقارب. دراسة مستقبلية عن نظام التزاوج P. krempfii يمكن أن تكشف عن التأثير الحقيقي لتزاوج الأقارب على فقدان التنوع الجيني في هذا النوع.

صنوبر كرمبفي يُعتقد أنه قطعة أثرية قديمة (Nguyen and Thomas 2004). إنه النوع الوحيد الموجود في القسم الفرعي كرمبفيانا وتباعدت عن أشجار الصنوبر الأخرى منذ أكثر من 10 ملايين سنة (ويليارد وآخرون ، 2007). يشير الشكل الفريد من نوعه ، وعلم وظائف الأعضاء ، وعلم التشريح ، ونطاق التوزيع المحدود ، والموئل المتميز أيضًا إلى أن هذا النوع قد تم عزله عن أشجار الصنوبر الأخرى لفترة طويلة. يمكن أن تكون العزلة طويلة الأمد مع حجم السكان الصغير قد عززت تأثير الانجراف الوراثي وزواج الأقارب P. krempfii، مما أدى إلى انخفاض حاد في التنوع الجيني.

يمكن أيضًا تقليل تنوع النوكليوتيدات عن طريق عمليات المسح الانتقائي التي تقلل التباين في جينات معينة وحولها أو عن طريق تنقية الانتقاء ضد الطفرات الضارة المرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالمتغيرات المحايدة (Hahn 2008). ومع ذلك ، لم نجد أدلة قوية للاختيار في أي من المواقع التي تم تحليلها. يشير الانخفاض السريع في صعوبة التعلم عن بعد إلى تأثيرات محدودة للتواصل الجيني. لذلك ، في حين أن الانتقاء قد يفسر جزئيًا المستويات المنخفضة من اختلاف النوكليوتيدات في عدة مواقع ، لا يبدو أنه كافٍ لشرح المستويات المنخفضة من التباين عبر المواقع النووية المدرجة في دراستنا.

آثار الحفظ

انخفاض تعدد الأشكال النوكليوتيدات ، والتوزيع المقيد ، وارتفاع نسبة البذور الفارغة في P. krempfii تشير إلى أن الأنواع معرضة لخطر كبير من الانقراض. على الرغم من أن معظم السكان الموجودين من P. krempfii يخضعون حاليًا للحماية القانونية في المتنزهات الوطنية في فيتنام ، وهم يواجهون تهديدًا خطيرًا وخطر الانقراض من خلال العمليات العشوائية بسبب صغر حجمهم. حجم السكان هو أهم المعايير الخمسة لإدراج الأنواع المهددة بالانقراض بموجب نظام الاتحاد الدولي لحفظ الطبيعة والموارد الطبيعية (IUCN) (http://www.iucn.org/) ، وفقدان التنوع الجيني قد يقلل من احتمالية بقاء الأنواع في مواجهة التغيرات الحيوية وغير الحيوية. وبالتالي ، ينبغي بذل الجهود لزيادة التنوع الجيني وحجم السكان P. krempfii. صنوبر كرمبفي لا تشكل غابات نقية وعادة ما تحدث كمجموعات صغيرة من 10-30 شجرة في غابات شبه استوائية كثيفة (Nguyen and Thomas 2004). يعتمد استمرار وتجديد هذا النوع بشكل كبير على بيئة الغابات شبه الاستوائية. على سبيل المثال ، شتلات وشتلات P. krempfii كانت مقصورة على بيئة التظليل تحت مظلة الغابة (Nguyen and Thomas 2004). لسوء الحظ ، هناك انخفاض مستمر في مدى ونوعية موائلها بسبب الأنشطة البشرية (على سبيل المثال ، الحرب في الستينيات وتطهير الأراضي للزراعة) والتغيرات المناخية في العقود الأخيرة (Nguyen and Thomas 2004). يمكن أن يؤدي فقدان الموائل إلى تقليل حجم السكان P. krempfii في الماضي ومن شأنه أن يمنع تعافي السكان في المستقبل. لذلك ، فإن المحاولة الأولى لاستعادة ما هو موجود P. krempfii يجب أن يكون السكان حماية واستعادة الموائل التي P. krempfii يتكيف مع.

ال فى الموقع ومع ذلك ، لا يمكن للحفظ وحده الحفاظ على الأنواع واستعادتها بسبب التوزيع المحدود لـ P. krempfii. وبالتالي، خارج الموقع يجب أيضًا إعطاء أولوية عالية للحفظ لتعويض تدهور الموائل وتجزئتها. في هذا الصدد ، يمكن تصميم المقدمات لإنشاء مجموعات برية مكتفية ذاتيًا ، ويجب تنفيذ هذه الممارسة في الموائل المناسبة.

تم الكشف عن ارتفاع نسبة البذور الفارغة في P. krempfii يشير إلى أن هذا النوع يعاني من اكتئاب زواج الأقارب. وبالتالي ، فإن ممارسات التكاثر التقليدية مثل التهجينات الخاضعة للرقابة بين المجموعات المتميزة وراثيًا ، حتى بين الأفراد من نفس الموقف ، يمكن أن تكون مفيدة لاستعادة وإثراء التنوع الجيني في P. krempfii. تعتبر التهجينات الخاضعة للرقابة أدوات وراثية مهمة لكل من تربية وحفظ المجموعات البرية للأنواع النباتية المهمة اقتصاديًا وبيئيًا. على الرغم من أن التمايز السكاني كان منخفضًا في P. krempfii، بعض أزواج السكان (على سبيل المثال ، Bidoup ضد. Cong Troi 103) تباعدًا كبيرًا (البيانات غير معروضة). لذلك ، تبدو التهجينات الخاضعة للرقابة بين هذه المجموعات معقولة ، ويمكن إنشاء بستان بذور لإنتاج بذور محسنة وراثيًا من P. krempfii، ولكن يجب تقييم الفوائد المحتملة قبل التنفيذ الكامل. يجب أن تستخدم الدراسات المستقبلية كلاً من البيانات الجينومية والبيئية لفهم أفضل للتاريخ التطوري P. krempfii وبذل جهود صيانة إضافية (على سبيل المثال ، تقييم التهجين وتحليل قابلية السكان للحياة) لتطوير معايير استرداد كمية أفضل لهذا النوع.


شاهد الفيديو: Nucleotides vs Nucleosides (يونيو 2022).