ساختار ژنتیکی فضایی، اختلاط جمعیت و برآوردهای تنوع زیستی به کمک ISSR در اکوتیپ‌های محلی زعفران از 18 منشأ مختلف ایران

در اینجا، تنوع ژنتیکی و الگوهای ساختار ژنتیکی فضایی حاکم بر مجموعه ۹۰ نمونه‌ای از اکوتیپ زعفران ایرانی جمع‌آوری‌شده از ۱۸ منشأ با استفاده از ۲۰ نشانگر ISSR مورد بررسی قرار گرفت. 17 از 20 آغازگر ISSR چندشکلی با 130 آمپلیکون چندشکلی از 4 تا 15 باند در هر آغازگر، با میانگین 7.647 نشان دادند. با در نظر گرفتن حداکثر مقادیر PIC (0.37)، قدرت تفکیک (D؛ 0.71) و هتروزیگوسیتی مورد انتظار (H؛ 0.497)، هر دو آغازگر ISSR-7 و ISSR-9 برای ایجاد حداکثر تمایز و هتروزیگوسیتی انتخاب شدند.

بر اساس درخت فیلوژنتیک و PcoA، اکوتیپ‌ها به دو گروه عمده طبقه‌بندی شدند، اما با توزیع جغرافیایی ناسازگار بودند. به طور مشابه، از طریق اعمال خوشه‌بندی ساختار جمعیت بیزی، دو زیرجمعیت (K = 2) مشاهده شد، چهار اکوتیپ مخلوط بودند (Q <0.70)، و بقیه اکوتیپ‌های خالص بودند (Q ≥ 0.70). زیرجمعیت 1 از نظر ژنتیکی تنوع کمتری داشت (FST = 0.1658) نسبت به جمعیت 2 (FST = 0.5593). در مورد AMOVA، 56.563٪ و 43.436٪ از کل تنوع ژنتیکی به ترتیب به تنوع بین جمعیتی و درون جمعیتی تقسیم شدند. بر اساس PCA فضایی (sPCA)، سیگنال‌های قوی ساختارهای «جهانی» و «محلی» شناسایی شد، تنها مورد اول از نظر آماری معنی‌دار بود (001/0p<). الگوهای IBD قابل‌توجهی نیز از طریق آزمون Mantel که بین فواصل ژنتیکی Nei اصلی/بی‌طرفانه و فواصل جغرافیایی (p<0.001) در کل مجموعه داده محاسبه شده است، مشاهده شد.

نتایج قابلیت‌های ISSR را در اثرانگشت DNA زعفران و ارزیابی تنوع زیستی، تنوع ژنتیکی متوسط ​​تا بالا در کنار ساختار ژنتیکی فضایی جهانی در میان اکوتیپ‌های زعفران، و به دنبال آن سطوح پایین جریان ژن (Nm = 0.2801) و الگوهای ترکیبی را نشان داد.

Here, genetic variability and spatial genetic structure patterns governing on a 90-sample collection of Iranian saffron ecotype gathered from 18 provenances were scrutinized using 20 ISSR markers. 17 out of 20 ISSR primers exhibited polymorphism with 130 polymorphic amplicons from 4 to 15 bands per primer, with an average of 7.647. Considering maximum values of PIC (0.37), discrimination power (D; 0.71), and expected heterozygosity (H; 0.497), both ISSR-7 and ISSR-9 primers were nominated to generate maximal discrimination and heterozygosity. Based on phylogenetic tree and PCoA, the ecotypes were classified into two major groups, but inconsistent with the geographical distribution.

Similarly, via applying Bayesian population structure clustering, two sub-populations (K = 2) were observed, four ecotypes were admixture (Q < 0.70), and the rest were pure ecotypes (Q ≥ 0.70). Sub-population 1 was less genetically diverse (FST = 0.1658) than sub-population 2 (FST = 0.5593). As to AMOVA, 56.563% and 43.436% of total genetic variation were partitioned into inter- and intra-population variation, respectively. Based on spatial PCA (sPCA), robust signals of “global” and “local” structures were recognized, only the former was statistically significant (p < 0.001). Significant IBD patterns were also observed via Mantel test calculated between original/unbiased Nei’s genetic distances and geographic distances (p < 0.001) across full dataset.

The results revealed ISSR capabilities in saffron DNA fingerprinting and biodiversity assessment, moderate-high genetic variability alongside significant global spatial genetic structure among saffron ecotypes, followed by low levels of gene flow (Nm = 0.2801) and admixture patterns.