en   uk  
ISSN 0564-3783
Цитологія і генетика
 
 
Цитологія і генетика 2022, том 56, № 6, 78-80
Cytology and Genetics 2022, том 56, № 6, 548–558, doi: https://www.doi.org/10.3103/S009545272206010X

Molecular markers efficiency for assessment of genetic structure in barley accessions

Serpoush M., Garcia­Cozar F., Salayeva S., Ojaghi J.

  1. Center for Cell Pathology Research, Department of Life Sciences, Khazar University, Azerbaijan
  2. Department of Biomedicine, Biotechnology and Public Health and INIBICA, University of Cadiz, Spain
  3. Department of Genetics and Evolutionary Theory, Baku State University, Azerbaijan

РЕЗЮМЕ. Ячмінь – четверта за важливістю зернова культура у світі, яка добре адаптована до маргінального середовища з можливими факторами стресу, а отже надійніша рослина, ніж пшениця чи рис, для регіонів, розташованих у холодніших чи вищих висотах. Генетичне різноманіття є ключовим компо­нентом селекційних програм. Ми проаналізували генетичне різноманіття 106 ізолятів ячменю за допомогою систем молекулярних маркерів RAPD та ISSR. Було використано ізоляти як диких, так і акліматизованих рослин, які представили генотипи з п’ятнадцяти різних країн. Загалом було використано 40 поліморфних праймерів (20 RAPD та 20 ISSR). Праймери RAPD згенерували 331 продукт ампліфікації, а праймери ISSR створили 295 фрагментів ДНК, із яких 225 і 247 були поліморфними, відповідно. За маркерами RAPD схеми поліморфних смуг з кількістю ампліфікованих фрагментів були у діапазоні від 10 (AF­14 та OPL­09) до 26 (OPA­04). Відсоток поліморфізму був від 53,84 % (BY­15) до 100 % (OFG­14, OPF­03 та W­07) при середньому значенні в 77,47 %. На відміну від цього, кількість смуг, ампліфікованих на один праймер за
допомогою маркерів ISSR, була у діапазоні від 10 (UBC­872, ISSR­4, 6 та 7) до 21 (UBC­845), а відсоток поліморфізму складав від 57,14 % (UBC­814) до 100 % (ISSR­5 та 7) при поліморфізмі на рівні 83,97 %. Було створено дендрограму на основі поліморфізму RAPD та ISSR, яка поділила ізоляти ячменю на одинадцять груп, однак за поєднанням RAPD+ISSR всі зразки було згруповано у десять основних чітких кластерів. Було показано високий рівень кореляції між системами маркерів RAPD та ISSR за допомогою тесту Мантела (r = 0,852). Отримані дані підтвердили і продемонстрували, що ізоляти ячменю, вирощені в Азербайджані, чітко відрізняються від дикого ячменю.

Ключові слова: дикий і акліматизований ячмінь, генетичне різноманіття, поліморфізм, молекулярні маркери

Цитологія і генетика
2022, том 56, № 6, 78-80

Current Issue
Cytology and Genetics
2022, том 56, № 6, 548–558,
doi: 10.3103/S009545272206010X

Повний текст та додаткові матеріали

Цитована література

Abdellaoui, R., Kadri, K., Ben Naceur, M., and Ben Kaab, L.B., Genetic diversity in some Tunisian barley landraces based on RAPD markers, Pak. J. Bot., 2010, vol. 42, no. 6, pp. 3775–3782.

Akar, T., Avci, M., and Dusunceli, F., Post-harvest operations. Food and Agriculture Organization of the United Nations, 2004.

Aliyoun-Nazari, S., Zamani Z., Khadivi-Khub, A., and Fatahi, R., Molecular characterization of wild accessions of Marmareh (Prunus incana Pall.) revealed by simple and inter-simple sequence repeats, Eur. J. Hortic. Sci., 2014, vol. 79, no. 2, pp. 70–75.

Bertini, C.H., Schuster, I., Sedyiama, T., Barros, E.G., and Moreira, M.A., Characterization and genetic diversity analysis of cotton cultivars using microsatellites, Genet. Mol. Biol., 2006, vol. 29, no. 2, pp. 321–329.

Bhagyawant, S.S., Gupta, N., Gautam, A., Chaturvedi, S.K., and Shrivastava, N., Molecular diversity assessment in chickpea through RAPD and ISSR markers, World J. Agric. Res., 2015, vol. 3, no. 6, pp. 192–197.

Botstein, D., White, R.L., Skolnick, M., and Davis, R.W., Construction of a genetic linkage map in man using restriction fragment length polymorphisms, Am. J. Hum. Genet., 1980, vol. 32, no. 3, pp. 314–331.

Catană, R., Mitoi, M., and Ion, R., The RAPD techniques used to assess the genetic diversity in Draba dorneri, a critically endangered plant species, Adv. Biosci. Biotechnol., 2013, vol. 4, no. 2, pp. 164–169.

Cheghamirza, K., Zarei, L., Zebarjadi, A.R., and Honarmand, S.J., A study of the association between ISSR and RAPD markers and some agronomic traits in barley using a multiple regression analysis, BioTechnologia, 2017, vol. 98, no. 1, pp. 33–40.

Drine, S., Guasmi, F., ALI, S.B., Triki, T., Boussorra, F., and Ferchichi, A., Genetic diversity analysis of different barley (Hordeum vulgare L.) genotypes from arid and humid regions using ISSR and RAPD markers, J. New Sci., 2016, vol. 34.

El Sayed, A.A., Ezzat, S.M., Mostafa, S.H., Zedan, S.Z., Abdel-Sattar, E., and El Tanbouly, N., Inter simple sequence repeat analysis of genetic diversity and relationship in four Egyptian flaxseed genotypes, Pharmacogn. Res., 2018, vol. 10, no. 2,pp. 166–172.

El-Awady, M.A., EL-Tarras, A.A., and El-Assal, S., Genetic diversity of some Saudi barley (Hordeum vulgare L.) landraces based on two types of molecular markers, Am. J. Appl. Sci., 2012, vol. 9, no. 5, pp. 752–758.

Eshghi, R. and Akhundova, E., Genetic diversity in hulless barley based on agromorphological traits and RAPD markers and comparison with storage protein analysis, Afr. J. Agric. Res., 2010, vol. 5, no. 1, pp. 97–107.

Eshghi, R., Abrahimpour, F., Ojaghi, J., Salayeva, S., Baraty, M., and Rahimi, M., Evaluation of genetic variability in naked barley (Hordeum vulgare L.), Int. J. Agric. Crop Sci., 2012, vol. 4, no. 16, pp. 1166–1179.

FAO, 2018. http://www.fao.org/faostat/en/#data/QC.

Farsani, T.M., Etemadi, N., Sayed-Tabatabaei, E.B., and Talebi, M., Assessment of genetic diversity of bermudagrass (Cynodon dactylon) using ISSR markers, Int. J. Mol. Sci., 2012, vol. 13, no. 1, pp. 383–392.

Fernandez, M., Figueiras, A., and Benito, C., The use of ISSR and RAPD markers for detecting DNA polymorphism, genotype identification and genetic diversity among barley cultivars with known origin, Theor. Appl. Genet., 2002, vol. 104, no. 5, pp. 845–851.

Gebremedhin, W., Firew, M., and Tesfye, B., Stability analysis of food barley genotypes in northern Ethiopia, Afr. Crop Sci. J., 2014, vol. 22, no. 2, pp. 145–153.

González, A., Coulson, M., and Brettell, R., Development of DNA markers (ISSRs) in mango, Acta Hortic., 2000, vol. 575, pp. 139–143.

Gorji, A.M., Poczai, P., Polgar, Z., et al., Efficiency of arbitrarily amplified dominant markers (SCOT, ISSR and RAPD) for diagnostic fingerprinting in tetraploid potato, Am. J. Potato Res., 2011, vol. 88, no. 3, pp. 226–237.

Grewal, S., Kharb, P., Malik, R., Jain, S., and Jain, R.K., Assessment of genetic diversity among some Indian wheat cultivars using random amplified polymorphic DNA (RAPD) markers, Indian J. Biotechnol., 2007, vol. 6, no. 1, pp. 18–23.

Guasmi, F., Elfalleh, W., Hannachi, H., Fères, K., Touil, L., Marzougui, N., and Ferchichi, A., The use of ISSR and RAPD markers for genetic diversity among south Tunisian barley, Int. Scholarly Res. Not., 2012, vol. 2012, p. 952196.

Guliyev, N., Sharifova, S., Ojaghi, J., Abbasov, M., and Akparov, Z., Genetic diversity among melon (Cucumis melo L.) accessions revealed by morphological traits and ISSR markers, Turk. J. Agric. For., 2018, vol. 42, no. 6, pp. 393–401.

Hammer, O., Harper, D.A.T., and Ryan, P.D., PAST: paleontological statistics software package for education and data analysis, Palaeontologia Electronica, 2001, vol. 4, no. 1, pp. 1–9.

Hou, Y.C., Yan, Z.H., Wei, Y.M., and Zheng, Y.L., Genetic diversity in barley from west China based on RAPD and ISSR analysis, Barley Genet. Newsl., 2005, vol. 35, pp. 9–22.

Izzatullayeva, V., Akparov, Z., Babayeva, S., Ojaghi, J., and Abbasov, M., Efficiency of using RAPD and ISSR markers in evaluation of genetic diversity in sugar beet, Turk. J. Biol., 2014, vol. 38, pp. 429–438.

Kanbar, A. and Kondo, K., Efficiency of ISSR and RAPD dominant markers in assessing genetic diversity among Japanese and Syrian cultivars of barley (H. vulgare L.), Res. J. Agric. Biol. Sci., 2011, vol. 7, no. 1, pp. 4–10.

Keilwagen, J., Kilian, B., Özkan, H., Babben, S., Perovic, D., Mayer, K.F.X., et al., Separating the wheat from the chaff – a strategy to utilize plant genetic resources from ex situ genebanks, Sci. Rep., 2014, vol. 4, p. 5231.

Khan, M.K., Pandey, A., Thomas, G., Akkaya, M.S., Kayis, S.A., Ozsensoy, Y., Hamurcu, M., Gezgin, S., Topal, A., and Hakki, E.E., Genetic diversity and population structure of wheat in India and Turkey, AoB PLANTS, 2015, vol. 7, p. plv083.

Khatab, I.A., El-Mouhamady, A.A., Mariey, S.A., and Elewa, T.A., Assessment of water deficiency tolerance indices and their relation with ISSR markers in barley (Hordeum vulgare L.), Curr. Sci. Int., 2019, vol. 8, pp. 83–100.

Liu, K. and Muse, S.V., PowerMarker: an integrated analysis environment for genetic marker analysis, Bioinformatics, 2005, vol. 21, pp. 2128–2129.

Mahar, K.S, Rana, T.S., Ranade, S.A., and Meena, B., Genetic variability and population structure in Sapindus emarginatus Vahl from India, Gene, 2011, vol. 485, no. 1, pp. 32–39.

Majeed Zargar, S., Farhat, S., Mahajan, R., Bhakhri, A., and Sharma, A., Unraveling the efficiency of RAPD and SSR markers in diversity analysis and population structure estimation in common bean, Saudi J. Biol. Sci., 2016, vol. 23, no. 1, pp. 139–149.

Mantel, N., The detection of disease clustering and a generalized regression approach, Cancer Res., 1967, vol. 27, pp. 209–220.

Mareiy, S.A., Farid, M.A., and Karima, A.R., Morphological and molecular characterization of some Egyptian barley cultivars under calcareous soil conditions, Middle East J., 2018, vol. 7, no. 2, pp. 408–420.

Nevo, E., Genome evolution of wild cereal diversity and prospects for crop improvement, Plant Genet. Res., 2006, vol. 4, pp. 36–46.

Ojaghi, J. and Akhundova, E., Genetic diversity in doubled haploids wheat based on morphological traits, gliadin protein patterns and RAPD markers, Afr. J. Agric. Res., 2010, vol. 5, no. 13, pp. 1701–1712.

Olgun, M., Ayter, N.G., Budak Başçiftçi, Z., Turan, M., Koyuncu, O., Ardiç, M., and Takil, E., Identification of genetic divergence in some bread wheat varieties by RAPD and ISSR analyses, Süleyman Demirel Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 2015, vol. 10, no. 2, pp. 94–101.

Rahimi, M., Hervan, I., Valizadeh, V., Kajori, F., and Ebrahimpour, F., Genetic diversity among wild and cultivated barley by ISSR marker, Bull. Environ. Pharmacol. Life Sci., 2014, vol. 3, no. 10, pp. 57–62.

Sadigova, S., Sadigov, H., Eshghi, R., Salayeva, S., and Ojaghi, J., Application of RAPD and ISSR markers to analyse molecular relationships in Azerbaijan wheat accessions (Triticum aestivum L.), Bulg. J. Agric. Sci., 2014, vol. 20, no. 1, pp. 97–105.

Salayeva, S., Ojaghi, J., Pashayeva, A., Izzatullayeva, V., Akhundova, E., and Akperov, Z., Genetic diversity of Vitis vinifera L. in Azerbaijan, Russ. J. Genet., 2016, vol. 52, no. 4, pp. 391–397.

Santos, L.F., Oliveira, E., Silva, A.S., Carvalho, F.M., Costa, J.L., and Padua, J.G., ISSR markers as a tool for the assessment of genetic diversity in Passiflora, Biochem. Genet., 2011, vol. 49, nos. 7–8, pp. 540–545.

Sharma, R., Sharma, S., and Kumara, S., Pair-wise combinations of RAPD primers for diversity analysis with reference to protein and single primer RAPD in soybean, Annal. Agrar. Sci., 2018, vol. 16, pp. 243–249.

Singh, A., Dikshit, H.K., Jain, N., Singh, D., and Yadav, R.N., Efficiency of SSR, ISSR and RAPD markers in molecular characterization of mungbean and other Vigna species, Indian J. Biotechnol., 2014, vol. 13, pp. 81–88.

SYSTAT 13. Systat Software, San Jose, 2009.

Tiwari, J.K., Rastogi, N.K., Chandrakar, P.K., and Verulkar, S.B., Fingerprinting of rice (Oryza sativa) cultivars using inter simple sequence repeat markers, Curr. Adv. Agric. Sci., 2013, vol. 5, no. 2, pp. 250–253.

Verma, K.S., Haq, S., Kachhwaha, S., Kothari, S.L., RAPD and ISSR marker assessment of genetic diversity in Citrullus colocynthis (L.) Schrad: a unique source of germplasm highly adapted to drought and high-temperature stress, 3 Biotech, 2017, vol. 7, no. 288, pp. 1–24.