پیوندهای مفید
اخبار و اعلانات
آمار
| تعداد نشریات | 44 |
| تعداد شمارهها | 1,877 |
| تعداد مقالات | 15,278 |
| تعداد مشاهده مقاله | 43,731,024 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 17,563,120 |
Study of evolution and developmental mechanism of stamen in Salvia hypoleuca Benth. (Lamiaceae) and related taxa using Electron Microscopy and molecular phylogenetic tools | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Taxonomy and Biosystematics | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| مقاله 10، دوره 6، شماره 19، بهمن 2014، صفحه 111-122 اصل مقاله (975.72 K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| نویسندگان | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Maryam-Sadat Asadollahi1؛ Taher Nejad-Sattari؛ Ali Sonboli2؛ Iraj Mehregan* 1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1Department of Biology, Islamic Azad University, Science and Research Branch, Tehran, Iran | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2Department of Biology, Medicinal Plants and Drugs Research Institute, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| چکیده | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| The genus Salvia L. includes a group of plants having two stamens with a special morphology. Natural groups within this genus consist of species with special type of stamen morphology. In this paper, phylogenetic placement and developmental stages of stamen of S. hypoleuca Benth. were studied. Examination of this and related species showed that each flower had two stamens with posterior thecae not expressed and the distal posterior ends of the adjacent connectives were fused into a complex structure blocking access to nectar. All species with such type of stamens grouped into a monophyletic clade with robust support. Study of stamen development in S. hypoleuca showed that normal, anterior thecae were evolved before the other organs and that the stamen found its final matured form before flower opened. In an opened flower, stamen and reproductive organs could be found in their final maturestage. In addition, it seemed that stamen development in related species should be similar. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| کلیدواژهها | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Development؛ Phylogeny؛ Lamiaceae؛ Salvia hypoleuca Benth | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| اصل مقاله | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
مقدمه تیره نعناییان (Lamiaceae/Labiatae) با بیش از 230 سرده و 7000 گونه در دنیا (Stevens, 2001) و بیش از 35 جنس و 370 گونه در ایران یکی از مهمترین تیرههای گیاهان گلدار به شمار میآید Kharazian, 2009)؛ (Jamzad, 2012. این تیره به 7 زیرتیره تقسیم شده است و سرده Salvia L. با حدود 1000 گونه در مناطق مختلف دنیا، به زیرتیره Nepetoideae، طایفه Mentheae تعلق دارد (Walker and Sytsma, 2007). همچنین، دو سرده Lepechinia Willd و Melissa L. به این سرده بسیار نزدیک هستند و در کنار یکدیگر گروهی تکنیا را درون طایفه Mentheae تشکیل میدهند. Bentham (1848) سرده Salviaرا به 12 بخش تقسیم کرد. علیرغم تنوع زیادی که در شکل رویشی، ترکیب شیمیایی متابولیتهای ثانویه، ریختشناسی گل و مکانیسم گردهافشانی گونههای مختلف Salvia مشاهده میشود، تا مدتها همه آنها به دلیل داشتن صفت مشترک داشتن دو پرچم، هر یک با رابط طویل شده بین دو نیمه بساک به عنوان یک گروه تکنیای طبیعی شناخته میشدند (Walker et al., 2004). با این وجود، مطالعه Walker و همکاران (2004) و همچنین مطالعه Walker و Sytsma (2007) نشان داد که گونههای این سرده گروهی طبیعی و تکنیا نیستند. گروههای تشخیص داده شده درون سرده Salvia ارتباطی مشخص با پرچم نشان میدهد (Walker and Sytsma, 2007). شکل اجدادی ریختشناسی بساک را میتوان به صورت پرچمی به نیمههای بساک به هم پیوسته در نظر گرفت. در برخی گونهها، دو نیمه پشتی بساک رشد یافته، اما به هم متصل نشدهاند. در گروهی دیگر، دو نیمه پشتی بساک رشد نیافته، اما دو انتهای عقبی به صورت یک ساختار پیچیده به هم متصل شدهاند که دسترسی گردهافشانها به شهد گل را دشوار میسازد. در گروهی دیگر، نیمههای پشتی بساک وجود دارد اما به هم متصل نشدهاند. در برخی گونهها، دو نیمه بساک پشتی عقیم است و به طور کامل به هم متصل نیستند یا اتصال کوچکی دارند. در بخش Calosphace (Benth.) Epling از این سرده، به طور معمول دو نیمه بساک نازا توسط رابط اتصالدهنده به هم متصل هستند. در زیر سرده Audibertia (Benth.) Epling رابط بلند است؛ در برخی گونهها نیمههای بساک پشتی عقیم، در بعضی دیگر نیمههای بساک پشتی کامل تحلیل رفته هستند. برخی گونههای این سرده دارای بساک پشتی کاهش یافته است که یا به میزان ناچیزی دانه گرده تولید میکنند یا هیچ گاه دانه گرده تولید نمیکنند. در این گروه، پرچم دارای بساک بادبزنی شکل است و دو بساک پشتی ممکن است کاملاً به هم متصل باشد یا به آسانی از هم جدا شوند. در این گروه، بساکهای پشتی با رشد در خارج از محور بساک، تخت شده و این وضعیت به ایجاد بساکهای بادبزنی شکل که از گلویی جام گل بیرون زده بودند منجر میشود. ممکن است نیمههای دو بساک مجاور کاملاً با هم ممزوج شوند، حتی اگر مانع دسترسی جانوران گردهافشان به شهد نشود. تنوع ریختشناسی پرچمها ارتباط نزدیکی با نوع گردهافشانی در گونههای مختلف این سرده دارد و به همین علت به عنوان عنصری کلیدی در فرآیند گونهزایی سازشی در نظر گرفته میشود (Claβen-Bockhoff et al., 2003; 2004a;b). فرآیند تکامل شکلهای مختلف ریختشناسی بساک در سرده Salviaکاملاً مورد توافق نیست. در حالی که Claβen-Bockhoff و همکاران (a2004)برای این فرآیند نوعی هم ساختی با منشأ یکسان را در نظر میگیرند، مطالعات Walker و Sytsma (2007) نشان میدهد که فرآیند تغییرات ریختشناسی رابط بساکها دارای حداقل سه منشأ مستقل از یکدیگر بوده و باعث شباهت ظاهری برخی شکلها (تکامل موازی) شده است. در هر دو دیدگاه، گونههای نزدیک به هم دارای ریختشناسی یکسان بساک هستند. در مطالعه حاضر، تکوین پرچم و جایگاه تکاملی گونه S. hypoleuca Benth. بررسی شده است. مطالعات مولکولی، جایگاه تکاملی آن را در گروه Salvia مشخص خواهد نمود. به علاوه، مراحل مختلف تکوین پرچم در این گونه با بررسیهای میکروسکوپ الکترونی مشخص خواهد شد. همچنین در ایران چندین گونه Salvia با ریختشناسی نزدیک به S. hypoleuca رویش دارد که پژوهش حاضر در نظر دارد تا جایگاه فیلوژنتیک آنها و ارتباطشان را با یکدیگر مشخص کند. این مطالعه به بررسی این گروه کوچک از گونههای ایرانی Salvia پرداخته است و فرآیند احتمالی تکوین پرچم در آنها را مشخص کرده است.
مواد و روشها مطالعات ریختشناسی: نمونههای بررسی شده در مطالعه حاضر اغلب به صورت تازه از رویشگاههای طبیعی آن جمعآوری شد (جدول 1). بخشهای مورد نیاز برای مطالعات تکوینی، بلافاصله پس از جمعآوری در محلول تثبیتکننده FAA (الکل 70 درجه به میزان 85 درصد حجمی، فرمآلدهید 37 یا 30 درجه به میزان 10 درصد حجمی و استیک اسید گلاسیال به میزان 5 درصد حجمی) (Azizian et al., 2000) قرار داده شد. غنچههای گل در مراحل مختلف تکوینی حداقل به مدت 24 ساعت در محلول FAA تثبیت و پس از آن به مدت 24 ساعت با آب جاری شستشو داده شد. نمونهها پس از شستشو با آب جاری و آب مقطر، برای آبزدایی در شیبهای مختلف الکل: 30،50، 70، 90 و 100 درجه، هر کدام به مدت 15 تا 20 دقیقه قرار داده شد. نمونهها پس از آبزدایی با لایهای از طلا پوشانده شد و با میکروسکوپ الکترونی اسکن (SEM) عکسبرداری شد. نمونههای بررسی شده شامل غنچههای گل S. hypoleuca از بدو تشکیل تا پیش از باز شدن کامل گل بود. در هر مورد غنچهها با سوزن تشریح باز شد و از اندامهای مختلف عکسبرداری شد. برای مقایسه، نمونهها گل باز شده این گونه در کنار گونههای نزدیک به آن یعنی: S. candidissima Vahl، S. chloroleuca Rech. f. and Aellen، S. lachnocalyx Hedge،
جدول 1- مشخصات رویشگاهی وهرباریومی نمونههای مطالعه شده ازگونه Salvia hypoleuca و گونههای نزدیک به آن
مطالعات مولکولی: برای مطالعات مولکولی از برگ گیاهان تازه خشک شده با سیلیکاژل و نمونههای هرباریومی استفاده شد. در مجموع، ژنوم کامل تعداد 4 نمونه گونه S. hypoleuca جمعآوری شده از مناطق مختلف ایران، در کنار نمونههایی از S. ahendica، پروتکل PCR برای زوج پرایمرهای ITS18S و ITS28S شامل تقلیب اولیه به مدت 3 دقیقه در دمای 94 درجه سانتیگراد، سپس 35 چرخه دمایی شامل 18 ثانیه تقلیب در دمای 94 درجه، 30 ثانیه اتصال در دمای 55 درجه و 1 دقیقه طویل شدن در دمای 72 درجه سانتیگراد، به علاوه یک دوره اتصال اضافه به مدت 78 ثانیه در دمای 55 درجه سانتیگراد و یک دوره طویل شدن نهایی به مدت 7 دقیقه در دمای 72 درجه سانتیگراد بود. پس از توالییابی ترادف ناحیه ITS، کروماتوگرامهای حاصل از تعیین توالی DNA برای اطمینان و تصحیح اشتباهات احتمالی با کمک توالیهای معکوس در نرمافزار Sequencher به صورت چشمی بررسی شدند. برای مقایسه توالی به دست آمده با توالی ناحیه ITS گونههای دیگر سرده Salvia و سردههای نزدیک، از توالیهای موجود در بانک ژن استفاده شد. همردیفسازی ترادفها با استفاده از نرمافزار Mac Clade (Maddison and Maddison, 2002) انجام شد. ماتریس دادههای همردیفسازی شده در نرمافزار PAUP 4 (Swofford, 2002) با روش بیشینه صرفهجویی (Maximum Parsimony) آنالیز شد. به علاوه، دادهها پس از تعیین مدل تکاملی توسط نرمافزارهای PAUP و Modeltest 3.7 (Posada, 2008)، در نرمافزار MrBayes (Ronquist and Huelsenbeck, 2003) با روش بایسین (Bayesian Analysis) آنالیز شد.
نتایج مطالعات ریختشناسی: مراحل مختلف تکوین گل گونه S. hypoleuca در شکل 1 نشان داده شده است. شکل 1-A غنچه باز نشده گل و شکل 1-B غنچه باز شده همان گل را نشان میدهد. در این مرحله غنچه 2 تا 5/2 میلیمتر طول و حدود 5/0 میلیمتر عرض دارد و نیمههای زایای بساک شکل گرفتهاند. اما در این مرحله هنوز رابط اتصالدهنده و میله پرچم تکوین نیافته و قابل مشاهده نیست (شکل 1-B). خامه گل بسیار کوتاه، با طولی حدود 5/0 میلیمتر است. به علاوه، دیواره میانی تخمکها شکل گرفته، چهار برجستگی کوچک تخمدان قابل مشاهده است. با رشد گل و رسیدن طول غنچه به حدود 3 و عرض حدود 1 میلیمتر، اندازه نیمههای زایای بساک افزایش یافته، هنوز رابط و میله پرچم قابل مشاهده نیست (شکل 1-C). در این مرحله خامه گل رشد یافته و طول آن به حدود یک میلیمتر رسیده است. تخمدان نیز رشد کرده، حدود 5/0 میلیمتر قطر دارد. از این مرحله به بعد شکاف کلاله قابل مشاهده است. با افزایش رشد غنچه گل و رسیدن آن به طول حدود 4 و عرض حدود 2 میلیمتر، نیمههای زایای بساک بزرگتر شده، میله پرچم به طول 5/0 تا 1 میلیمتر و رابط اتصالدهنده قابل مشاهده است اما هنوز از دو انتهای بخش نازا به هم متصل نشدهاند (شکل 1-D). به علاوه، در این مرحله، طول خامه گل به حدود 2 میلیمتر و قطر تخمدان به حدود یک میلیمتر رسیده است. با افزایش ابعاد غنچه گل و رسیدن طول آن به حدود 5 و عرض حدود 3 میلیمتر، نیمههای زایای بساک تقریباً به شکل و اندازه نهایی خود میرسند (شکل 1-E). در این مرحله، طول میله پرچم به حدود 1 تا 2 میلیمتر رسیده است. خامه گل طویلتر شده (حدود 3 میلیمتر)، لوبهای آن به سختی قابل تشخیص هستند. قطر تخمدان نیز بیشتر شده، به حدود 5/1 میلیمتر رسیده است. رابط اتصالدهنده در حال تشکیل است اما هنوز رابط دو پرچم به هم متصل نیستند، هر چند که نسبت به مرحله قبل، فاصله کمتری از یکدیگر دارند. با رسیدن طول غنچه به حدود 6 و عرض حدود 4-5/4 میلیمتر و پیش از شکوفایی گل، همه اندامها شکل نهایی خود را یافته، به طور کامل تشکیل شدهاند (شکل 1-F). نیمههای زایای بساک در شکل و اندازه نهایی خود، رابط اتصالدهنده به طور کامل تشکیل شده و در انتهای آن نیمههای نازای بساک دیده میشود. خامه گل کاملاً رشد یافته و به شکل و اندازه نهایی خود رسیده، در انتهای آن کلاله دو شاخه قابل مشاهده است. بررسی گل بالغ در گونههای S. candidissima، مطالعات مولکولی: در آنالیز مولکولی دادههای حاصل از ناحیه ITS در مجموع 4 نمونه از گونه
شکل 1- مراحل مختلف تکوین پرچم در گونه Salvia hypoleuca. (A غنچه باز نشده S. hypoleuca؛ (B غنچه باز شده به طول 2 میلیمتر؛
شکل 2- مورفولوژی پرچم در گونههای نزدیک به Salvia hypoleuca. (A پرچم در S. sahendica؛ (B پرچم در S. limbata؛ (C پرچم در
برای انجام آنالیز بایسین ابتدا آزمونی برای تعیین مدل تکاملی DNA انجام شد که نتایج آن به این شرح است: نوع مدل تکاملی: GTR+I+G؛ نرخ جانشینی بازها برای A-C برابر با 2686/1، A-G برابر با 7123/3، A-T برابر با 6569/2، C-G برابر با 5327/0، C-T برابر با 3084/5 و G-T برابر با 0000/1 بود؛ سهم جایگاههای ثابت برابر با 31316/0 و شاخص شکل پراکنش گاما 9084/0 چهار زنجیره محاسبهای مونت کارلو با 3000000 نسل انجام شد و یک چهارم آغازی نسلها حذف شدند. در پایان محاسبه، درخت اجماع 50 درصدی تشکیل شد که احتمالهای پسین روی هر یک از شاخههای آن نشان داده شده است (پیوست 1). درخت اجماع قاطع حاصل از تحلیل پارسیمونی کاملاً با درخت حاصل از آنالیز بایسین مطابق بود که در اینجا به صورت درختی مجزا آورده نشده است. نتایج حاصل از بوتاسترپ درخت حاصل از تحلیل پارسیمونی در پیوست 1 مشخص شده است. در پیوست 1 نشان داده شده است که گونههای مختلف Salvia در گروههای مختلفی قرار گرفتهاند. دو گونه سرده Perovskia در موقعیت خواهری نسبت به گروه اصلی با حمایت بوتاسترپ 86 درصد و احتمال پسین 99/0 دیده میشود. بخش عمدهای از گروههای تشکیل شده دارای میزان حمایت پایین است. با این وجود، اعضای هر یک از شاخههای تشکیل شده دارای نوع پرچم یکسانی هستند. تیپهای مختلف پرچم با ریختشناسی بساک و رابط خاص خود به چندین گروه تقسیم میشوند. گروههای پایهای دارای رابطهای کوتاه (تیپهای C، D، L، K و J در پیوست 1). در گروههای تاجی رابط بساکها بلندتر و نیمههای بساک غیر همسان بوده (تیپهای A، B، N، E، H، F و I) در برخی گروهها یکی از نیمهها نازا یا کاملاً تحلیل رفته است. گونههای مطالعه شده در تحقیق حاضر همگی در یک شاخه با حمایت بوتاسترپ 88 درصد و احتمال پسین 95/0 قرار گرفتهاند (شاخه B1). اعضای این شاخه مانند سایر اعضای گروه B دارای ریختشناسی پرچم از تیپ B هستند. در همه این گونهها، یکی از نیمههای بساک نازا و در دو پرچم مجاور به هم متصل شده، رابط بساکها بلندتر از میله پرچم است. نتایج این تحلیل نشان داد که ریختشناسی پرچم ارتباط مشخصی با نتایج حاصل از فیلوژنی نشان میدهد.
بحث و نتیجهگیری گل بالغ در گونه S. hypoleucaدارای دو پرچم است که در هر یک آنها دو نیمه پشتی بساک رشد نیافته است اما دو انتهای عقبی به صورت یک ساختار پیچیده به هم متصل شده است که به صورت مانعی در برابر نفوذ آسان جانوران گردهافشان عمل میکند. بررسی مراحل تکوین و رشد پرچم در این گونه نشان داد که ظهور و نمو نیمههای زایای بساکها پیش از سایر اندامهای زایشی است. به علاوه، رشد نهایی پرچم در این گونه پیش از باز شدن گل اتفاق میافتد و گلهای باز شده مرحله نهایی تکوین پرچم و دستگاه زایشی را نشان میدهد. .تیپهای ریختشناسی پرچم در سرده Salvia: در تیپ A نیمههای پشتی بساک رشد یافتهاند. اما به هم متصل نشدهاند. در تیپ B دو نیمه پشتی بساک رشد نیافتهاند اما دو انتهای عقبی به صورت یک ساختار پیچیده به هم متصل شدهاند که دسترسی گردهافشان را به شهد دشوار میسازد. درتیپ N نیمههای پشتی بساک اندکی رشد یافته یا کاملاً عقیم است به طوری که یا دانه گرده تولید نمیکنند یا بسیار اندک تولید میکنند. این نوع پرچم شکلی شبیه بادبزن دارد. در این تیپ، بساکهای پشتی با رشد در سمت خارج از محور بساک تخت شده و این وضعیت به ایجاد بساکهای بادبزنی شکل که از گلویی جام گل بیرون زده بودند منجر میشوند، دو بساک مجاور ممکن کاملاً به درون یکدیگر نفوذ کرده، ممکن است کاملاً به هم متصل باشند یا به آسانی از هم جدا شوند، در صورتی که ممکن است دسترسی به شهد حتماً بلوک نشده باشد. در تیپ E نیمههای پشتی بساک عقیم هستند و توسط رابط اتصالدهنده به هم متصل شدهاند. در تیپ H نیمههای پشتی بساک عقیم هستند و بازوی اتصالی وجود دارد. در تیپ F دو نیمه پشتی بساک عقیم هستند و نیمههای عقبی بساک یا اصلاً به هم متصل نشدهاند یا کمی به هم متصل شدهاند. در تیپ I نیمههای پشتی بساک تحلیل رفتهاند (پیوست 1). با توجه به فیلوژنی سرده Salvia، ارتباط نزدیک بین ریختشناسی پرچم و فیلوژنی کاملاً آشکار است. در واقع هر یک از گروههای دارای ریختشناسی پرچم یکسان، متشکل از گونههایی با منشأ یکسان از نظر فیلوژنی هستند. گونههای ایرانی که در مطالعه حاضر بررسی شدهاند (شاملS. candidissima،S. chloroleuca،
سپاسگزاری پژوهش حاضر بخشی از نتایج پایاننامه کارشناسی ارشد است. نگارندگان از کارکنان هرباریوم دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران (IAUH) و هرباریوم پژوهشکده گیاهان دارویی دانشگاه شهید بهشتی (MPH) سپاسگزاری مینمایند.
پیوست 1- درخت اجماع 50 درصد حاصل از آنالیز بایسین (Bayesian Analysis) دادههای حاصل از ITS گونههای مختلف از تیره Lamiaceae سرده Salvia و خویشاوندان. اعداد بالای شاخهها احتمال پسین (Posterior Probability) و اعداد پایین شاخهها حمایت بوتاسترپ شاخههایی را نشان میدهد که در آنالیز بیشینه صرفهجویی (Maximum Parsimony) به صورت گروههای تکنیا با حمایت بالاتر از 50 درصد به دست آمدند. ریختشناسی پرچم در گروههای مختلف گونهای در سرده Salvia سمت راست آنها رسم شده است.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| مراجع | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 1,024 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 631 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||