بررسی تنوع ژنتیکی شگ ماهی خزری (Alosa braschnikowi broodine, 1904)

شگ ماهی خزری

پایان نامه بررسی تنوع ژنتیکی شگ­ماهی خزری (Alosa braschnikowi broodine, 1904) در سواحل جنوبی دریای خزر با استفاده از نشانگر ریزماهواره

فهرست مطالب

عنوان        صفحه

1- مقدمه شگ ماهی خزری

1-1- کلیات… 2

2-1- رده‌بندی.. 2

3-1- خصوصیات کلیدی.. 3

4-1- پراکنش و تخمریزی شگ ماهی خزری  .. 3

5-1- زیستگاه شگ ماهی خزری 3

6-1- سن و رشد. 3

7-1- غذا 4

8-1- ذخیره 4

9-1- مطالعه فرا جمعیت­ها 5

10-1- تنوع ژنتیکی و کمی کردن شگ ماهی خزری  . 6

11-1- عوامل مؤثر بر تنوع ژنتیکی.. 6

1-11-1- رانش ژنتیکی.. 7

2-11-1- گردنه بطری.. 7

3-11-1- انتخاب طبیعی.. 8

4-11-1- روش تولید مثل شگ ماهی خزری  .. 8

12-1- انواع نشانگرهای ژنتیکی.. 8

1-12-1- نشانگرهای مورفولوژیکی.. 9

2-12-1- نشانگرهای پروتئینی.. 9

3-12-1- نشانگرهای مولکولی DNA و RNA.. 10

13-1- سنجش فراوانی آللی.. 13

14-1- تغییر فراوانی آللی.. 14

15-1- موازنه هاردي- واينبرگ و دلایل انحراف از آن. 14

16-1- آماره F. 16

17-1- فاصله ژنتیکی (Nei, 1978) 17

18-1- ضرورت تحقیق.. 18

19-1- اهداف… 19

20-1- فرضیه­ها 20

1-2- مروری بر مطالعات انجام شده در داخل کشور. 22

2-2- مروری بر مطالعات انجام شده در خارج از کشور. 24

3- مواد و روش­ها 30

1-3- نمونه‌برداري از شگ ماهی خزری .. 30

2-3- استخراج DNA.. 31

3-3- نحوه استخراج DNA.. 33

4-3- مراحل استخراج DNA.. 33

5-3- ارزیابی کیفیت و کمیت DNA استخراج شده 34

6-3- ارزیابی کیفیت DNA با استفاده از الکتروفورز افقی ژل آگارز یک درصد. 36

7-3- واکنش زنجیره­ای پلیمراز. 37

1-7-3- انجام واکنش زنجیره­ای پلیمراز (PCR) 37

8-3- بهینه‌سازی PCR.. 38

9-3- الکتروفورز محصول PCR، با استفاده از ژل پلی آکریل آمید 6%. 38

10-3- روش تهيه ژل آكريل آميد. 39

11-3- رنگ آمیزی ژل پلی آکریل آمید با روش نیترات نقره 40

12-3- ثبت تصاویر. 40

13-3- آنالیز آماری شگ ماهی خزری .. 41

4- نتایج.. 44

1-4- نتایج حاصل از بررسی کیفیت و کمیت DNA استخراجی از شگ ماهی خزری  براشنیکوی در مطالعه حاضر  44

2-4- نتایج حاصل از واکنش زنجیره­ای پلیمراز. 45

3-4- فراوانی و تعداد آلل­ها 47

4-4- تعداد آلل­های واقعی (N_a) و مؤثر (N_e) 50

5-4- تنوع ژنتیکی.. 51

6-4- شاخص شانون. 52

7-4- تعادل هاردی- واینبرگ… 53

8-4- نتایج آزمون واریانس مولکولی (AMOVA) 54

9-4- شباهت و فاصله ژنتیکی بر اساس شاخص نئی شگ ماهی خزری  (Nei Index) 56

5- بحث… 60

1-5- مطالعات تعداد نمونه، روش استخراج DNA و انتخاب نشانگرها 60

2-5- مطالعات تنوع ژنتیکی.. 61

3-5- مطالعات مربوط به تعادل هاردی- واینبرگ… 65

4-5- مطالعات مربوط به تمایز جمعیتی.. 67

5-5- مطالعات مربوط به شباهت و فاصله ژنتیکی.. 68

6-5- نتیجه‌گیری کلی.. 69

7-5- پیشنهادات اجرایی.. 69

8-5- پیشنهادات پژوهشی.. 70

فهرست منابع. 72

مقدمه

 كليات

دریای خزر باقیمانده دریای تتیس، به عنوان بزرگترین دریاچه جهان تعداد زیادی از گونه­های آبزی را در خود جای داده است و حفظ این گونه­ها به پایداری این اکوسیستم کمک شایانی می­نماید. تنوع ژنتیکی به عنوان یکی از سه سطح تنوع زیستی، به­عنوان پایه­ای و کلیدی­ترین بخش در سلسله مراتب تنوع نقش ایفا می­کند. یکی از خانواده­های مهم ماهیان در دریای خزر، خانوده شگ ماهیان (Clupeidae) است که به فراوانی در سرتاسر دریای خزر پراکنش یافته است (پاتیمار و همکاران، 2013).

این خانواده در دریای خزر شامل دو جنس بوده که از جنس­های معروف آن می­توان به جنس Alosa با بیشتر از چهار گونه در آب­های دریای خزر اشاره کرد (عبدلی و نادری، 2008). شگ ماهی خزری براشنیکووی (Alosa braschnikowi Borodin, 1904) از جمله ماهیان استخوانی حاضر در این دریاست که از تراکم و پراکنش نسبتاً مناسبی برخوردار است و بومی این دریا محسوب می­شود و معمولاً در صیدهای پره به عنوان صید ضمنی مشاهده می­گردد ولی در خارج از فصل صید پره با استفاده از تورهای گوشگیر نیز صید می­شود. شگ­ماهیان بطور عمده پلانکتون‌خوار بوده و نقش مهمی را در هرم اکولوژیک اکوسیستم دریای خزر به عنوان بزرگترین دریاچه جهان بازی می­کند (عبدلی و نادری، 2008).

 رده بندی شگ ماهی خزری

رده: Actinopterygii

راسته: Clupeiformes

خانواده: Clupeidae

جنس: Alosa

گونه: Alosa braschnikowi

اسم فارسی: شگ­ماهی براشنیکووی، شگ­ماهی خزری

اسم انگلیسی: Caspian marine shad, braschnikowi shad

خصوصیات کلیدی شگ ماهی خزری

شگ ماهی خزری  با بدن نسبتا کشیده و گرد به شکل بدن هرینگ مرتبط می­شود ولی نه به عمیقی بدن برخی گونه­هایی که به شکل هرینگ مرتبط می­شوند. خارهای آبششی کوتاه و به تعداد 18 تا 49 عدد می­باشد و دندان­ها به خوبی در آرواره­ها توسعه یافته­اند. طول استاندارد بدن به 50 سانتی متر می­رسد ولی میانگین طول بدن 27 تا 34 سانتی متر می­باشد (کد، 2013).

 پراکنش و تخم­ریزی

شگ ماهی خزری در فصل زمستان بطور عمده در جنوب دریای خزر پراکنش دارد و در فصل بهار جهت تخم­ریزی به قسمت­های شمالی مهاجرت می­کند و از نظر جغرافیای زیستی محدود به دریای خزر است (کد، 2013).

زیستگاه

در فصل زمستان شگ ماهی خزری به سمت آب­های عمیق­تر به طرف سواحل ایران حرکت می­کند. در ماه فروردین به سمت آب­های ساحلی لب­شور نزدیک می­شود ولی هرگز وارد آب­های شیرین نمی­شود (ویتچانین، 1984) و همچنین این گونه هرگز وارد رودخانه­ها در بخش جنوبی دریای خزر نمی­شود (جلودار و عبدلی، 2004). این گونه تا شوری بالای 6/47 درصد نیز زنده می­ماند. محل تخم­ریزی و تغذیه برای برخی جمعیت­ها در بخش شمالی دریای خزر است ولی مراحل دیگر سیر زندگی در بخش جنوبی دریای خزر است و اندازه کوچکی دارند.

سن و رشد

اعضای شگ ماهی خزری  در سن 2 تا 5 سالگی به بلوغ می­رسند و طول عمر به نزدیک 10 سال می­رسد؛ اگرچه در زیرگونه­ها می­تواند متفاوت باشد. اکثر فرم­های خزر جنوبی در سن 2 سالگی به بلوغ می‌رسند (اسویتوویدو، 1952). همچنین نرخ رشد در بین زیرگونه­ها متفاوت است. به عنوان مثال زیرگونه oriental یکی از کم سرعت­ترین زیرگونه­ها از نظر رشد است و سن آن تا 10 سال می­رسد.

 غذا

شگ ماهی خزری از نظر غذایی به ماهیان کوچک و یا مراحل لاروی ماهیان، میگوها و نرم­تنان وابسته بوده و رژیم تغذیه­ای آن در زمستان شامل85 درصد کیلکا (Clupeonella engrauliformis)، برخی گاوماهیان (Neogobius) و میگو بوده و در فصل بهار عمدتا از کیلکای معمولی خزری (Clupeonella caspia)، شیشه­ماهیان (Atherina boyeri) و میگو تغذیه می­نماید (کد، 2013).

مطالعه فرا جمعیت­ها در شگ ماهی خزری

بطور کلی جمعیت به گروهی متشکل از افراد یک گونه که قادر به تولید مثل با یکدیگر بوده و در محدوده جغرافیایی محدود و مشخصی زیست می­کنند، گفته می­شود. از نظر تئوری این تعریف بسیار ساده و مشخص به نظر می­رسد اما در عمل دلایل متعددی وجود دارد که نمی­توان به سادگی محدوده و مرز جمعیت­ها را مشخص کرد. به عنوان مثال یکی از عوامل گمراه کننده ممکن است این باشد که جمعیت­های یک گونه به صورت گروه­هابی مختلف در زمان­های مختلف در طول یک سال زیست می­کنند.

برای تفسیر نتایج حاصل از داده­های ژنتیکی در سطح بوم شناسی باید بدانیم که ژنتیک جمعیت­ها تحت تأثیر فرایندهای درون جمعیتی و بین جمعیتی است. به استثنای گونه­های نادر و در معرض خطر انقراض که پراکنش محدودی دارند، مطالعه سایر گونه­ها نشان داده است که در عمل بین جمعیت­ها تفاوت­های ژنتیکی وجود دارد. عدم وجود تفاوت بین جمعیت­ها بدین معناست که همه آن جمعیت­ها دارای فراوانی آللی یکسانی هستند.

چنین شرایطی در صورتی امکان­پذیر است که همه افراد یک گونه در یک جمعیت بزرگ که بطور تصادفی تولید مثل می­کند، متمرکز شده باشند. بنابراین در گونه­هایی که از چندین جمعیت تشکیل شده­ است معمولاً چنین حالتی وجود ندارد. یک نمونه استثنایی بر ­این قاعده که بسیار مورد توجه قرار گرفته است جمعیت­های مارماهی اروپایی (Anguilla anguilla) می­باشد. جمعیت­های شگ ماهی خزری  در مناطق جغرافیایی مختلف زمستان گذرانی کرده و سپس برای تولید مثل در تابستان به دریای سارگاسو مهاجرت می­کنند.

وجود یک منطقه مشترک تولید مثلی به این گونه اجازه می­دهد که با افراد مختلف بطور تصادفی تولید مثل نموده و ژن­های موجود در این جمعیت بطور یکنواخت پراکنده شوند. به­همین دلیل، با استفاده از ژن­های میتوکندری و آلوزایم ساختار ژنتیکی خاصی در این جمعیت­ها مشهود نیست (آویس و همکاران، 1986). در سالیان اخیر محققان با استفاده از هفت لوکوس ریزماهواره توانستند تفاوت­های ژنتیکی بین گروه­های مارماهی زمستان­گذران را در چندین منطقه مطالعه کنند. تشخیص تقسیم شدگی یک جمعیت به چندین زیر جمعیت معمولاً دشوار است، اما با استفاده از روش­های مولکولی و انتخاب نشانگر مناسب می­توان اطلاعات ارزشمندی به‌دست آورد (ویرس و برناچز، 2001).

تنوع ژنتیکی و کمی کردن شگ ماهی خزری

تنوع ژنتیکی شگ ماهی خزری  به­عنوان پایه­ترین اصل در سلسله مراتب تنوع زیستی نقش ایفا می­کند. این طبقه از تنوع دربرگیرنده جمعیت­های متمایز از یک گونه می­باشد و یا تفاوت­های ژنتیکی افراد داخل یک جمعیت را نشان می­دهد. به بیان دیگر تنوع ژنتیکی بیان کننده تفاوت در تعداد و نوع آلل­های موجود در لوکوس­های کروموزومی است و به دلیل نقش کلیدی که در ساختار ذخایر طبیعی ماهیان دارد، طی سالیان اخیر علاقه مندان زیادی را در مباحث مطالعات جمعیتی به خود جلب کرده است.

محیط­ها همواره در حال تغییرند و تنوع ژنتیکی برای تداوم تکامل و سازگاری گونه­ها برای زیست در شرایط جدید لازم است. علاوه براین تنوع ژنتیکی اندک منجر به افزایش درون آمیزی شده که می­تواند برازندگی افراد و جمعیت­ها را کاش دهد. بنابراین ارزیابی تنوع ژنتیکی موجود در یک جمعیت از مهم­ترین اهداف در مطالعه ژنتیک جمعیت­هاست و کاربرد بسیار مهمی در زیست­شناسی حفاظت دارد. تنوع ژننتيكي را می­توان در سطوح مختلف بررسی و اندازه­گیری نمود.

یکی از این سطوح، تعیین توالی قطعه­ای از DNA و بررسی تفاوت آن در میان افراد مختلف است. همچنین می­توان تفاوت­های پروتئینی که نتیجه وجود تنوع در توالی­های رمز کننده DNA است را مورد بررسی قرار داد. گاهی اوقات از تفاوت­های فنوتیپی موجودات که نتیجه تنوع ژنتیکی در تنها یک یا دو جایگاه هستند، به این منظور استفاده می­شود (کیوان­شکوه و درافشان، 1389).

 عوامل مؤثر بر تنوع ژنتیکی

تنوع ژنتیکی تحت تأثیر عوامل متعددی است و این عوامل در جمعیت­های مختلف متفاوت است. از مهم­ترین عوامل تعیین کننده تنوع ژنتیکی می­توان مواردی نظیر رانش ژنتیکی[1]، گردنه بطری[2]، اتخاب طبیعی و روش تولید مثل را نام برد. باید توجه داشته باشیم که هیچ فرایندی به­صورت مستقل عمل نمی­کند. به­عنوان مثال، هنگامی که یک جمعیت یک گردنه بطری را پشت سر گذاشت، بازسازی آن جمعیت به بوم­شناسی تولید­مثل آن بستگی دارد. از طرفی دیگر مشخص کردن مقدار تأثیر یک پدیده بر تنوع ژنتیکی یک جمعیت ساده نیست؛ چراکه هیچ دو جمعیتی مانند یکدیگر نیستند. در ادامه این عوامل مورد بحث قرار می­گیرند.

انواع نشانگرهای ژنتیکی

بطور کلی هر صفتی که بین افراد متفاوت باشد، ناشی از تفاوت موجود بین ردیف DNA کروموزوم­های آن­هاست که به نتاج نیز منتقل می­شود. حتی صفاتی که تحت تأثیر شرایط محیط نیز بصورت متفاوت بروز می­کنند (تفاوت در بین افراد در شرایط محیطی یکسان)، بازتاب تفاوت­های موجود در ردیف­های DNA هستند. این تفاوت­ها می­توانند به عنوان نشانه یا نشانگر ژنتیک استفاده شوند. به­طور کلی برای آن­که صفتی به­عنوان نشانگر ژنتیک مورد استفاده قرار گیرد باید حداقل دو ویژگی زیر را داشته باشد:

الف- در بین دو فرد متفاوت باشد (چند شکلی[1] نشان دهد)؛

ب- به توارث برسد.

جهت مشاهده نمونه های دیگر از مبانی نظری مهندسی کشاورزی کلیک کنید.

نمونه ای از منابع

• Abdoli, A. and Naderi, M. 2008. Fish species biodiversity of southern Caspian Sea. Abzian Scientific Publication. 242p.
• Amy, M., Mark, J., Suzanne, A. and Diane, E. 2006. Genetic diversity and structure of an estuarine fish (Fundulus heteroclitus) indigenous to sites associated with a highly contaminated urban harbor. Ecotoxicology. 15: 539–548.
• Appleyard, S. A., ward, R. d. and Grewe, P. M. 2002. Genetic stock structure of bigeye tuna in the Indian ocean using mitochondrial DNA and microsatellite. Journal of Fish Biology. 62: 987-999.
• Avise, J.c., Helfrnan, G. S., Saunders, N. C. and Hales, L. S. 1986. Mitochondrial DNA differentiation in North Atlantic eels: population genetic consequences of an unsual life history pattern. Proceedings of the national Academy of sciences USA. 83: 4350-4354.
• Bai, J., Lutz-Carrillo, D. J., Quan, Y. and Liang, S. 2008. Taxonomic status and genetic diversity of cultured largemouth bass (Micropterus salmoides) in China. Aquaculture Research. 278: 27-30.
• Balloux, F. and Lugon- Moulin, N. 2002. The estimation of population differentiation with microsatellite markers. Molecular ecology. 11(2): 155-165.
• Bartfai, R., Egedi, S., Yue, G.H., Kovacs, B., Urbanyi, B., Tamas, G., Horvath, L. and Orban, L. 2003. Genetic analysis of two common carp brood stocks by RAPD and microsatellite markers. Aquaculture Research. 219: 157-167.
• Botstein, D., White, R. L., Skolnick, M. and Davis, R. W. 1980. Construction of a genetic linkage map in man using restriction fragment length polymorphisms. Am J Human Genet, 32: 314-331.
• Birgitte, J., Hansen, M. and Loeschcke, V. 2005. Microsatellite DNA analysis of northen pike (Esox luscious L.) population: insights into the genetic structure and demographic history of a genetically depauperate species. Biological Journal of the Linnean Society. 84: 1-11.
• Chen, L., Li, Q. and Yang, J. 2008. Microsatellite genetic variation in wild and hatchery populations of the sea cucumber (Apostichopus Japonicus Selenka) from northern China. Aquaculture Research. 39: 1541-1549.
• Coad B. (2013) Fresh water fishes of Iran. Retrieved from http:// www. briancoad.com/ contents.htm. Retrieved on: 21 May 2013.
• Crispo, E., Hagen, C., Glenn, T., Geneau, G. and Chapman, L. J. 2007. Isolation and characterization of tetranucleotide microsatellite markers in a mouth-brooding haplochromine cichlid fish (Pseudocrenilabrus multicolor victoriae) from Uganda. Molecular Ecology Notes. 7: 1293-1295.
• Dahle, G., Jorstad, K. E., Rusaas, H. E. and Ottera, H. 2006. Genetic characteristics of brood stock collected from four Norwegian coastal cod (Gadus morpha) populations. Marine Science. 63: 209- 215
• …
• …