توصيفگر ها :
ساختار ژنتيكي , مدلسازي تركيبي , آشيان بوم شناختي , همپوشاني آشيان بومشناختي
چكيده فارسي :
مديريت پايدار ذخاير ژنتيكي، نيازمند آگاهي از وضعيت تبارشناسي و تبارشناسي جغرافيايي گونهها و تعيين ساختار ژنتيكي جمعيتها ميباشد. بلوط ايراني يكي از مهمترين گونههاي موجود در جنگلهاي زاگرس در غرب ايران ميباشد كه در سالهاي اخير به دليل دخالتهاي انساني و خشكسالي ناشي از تغييرات اقليمي، وسعت و كيفيت اين جنگلها كاهش يافتهاست. هدف اول در اين مطالعه، تعيين وضعيت تبارشناسي و تاريخچهي تكاملي جمعيتهاي بلوط ايراني در غرب ايران بود. به منظور ثبت نقاط حضور و جمعآوري بافت گياهي براي بررسيهاي ژنتيكي، نمونهگيري با استفاده از روش طبقهبندي تصادفي صورت گرفت. از هر نقطه دو تا پنج نمونه با فاصلهي بيش از 1000 متر تهيه شد. در مجموع، 72 نمونه از 21 نقطه تهيه شد. استخراج DNA از نمونهها صورت گرفت و ژن ITS با روش PCR تكثير شد. نمونههاي داراي كيفيت مناسب براي توالييابي استفاده شد. توالي هاي حاصل به همراه ساير گونههاي بلوط متعلق به جنس Quercus در ايران و غرب آسيا، براي ترسيم درخت تبارشناسي، با استفاده از دو روش حداكثر احتمال و تحليل بيزين، بهكار گرفته شد. شبكهي هاپلوتايپي نيز با سه الگوريتم شبكهي اتصال ميانه، شبكهي پوشاي حداقل و TCS براي نمونههاي بلوط ايراني تهيه گرديد. زمان واگرايي گونههاي مختلف بلوط نيز با استفاده از تحليل ساعت مولكولي صورت گرفت. در هدف دوم، ارزيابي تنوع بين و درون جمعيتهاي بلوط ايراني با شرايط رويشگاهي مختلف در گستره زاگرس، انجام شد و شاخصهايي نظير تنوع نوكلئوتيدي، تنوع هاپلوتايپي، آناليز واريانس مولكولي و شاخص تثبيت محاسبه گرديد. ساختاربندي ژنتيكي اين گونه نيز با روش گروهبندي بيزين انجام شد. در هدف سوم، وضعيت آشيان بومشناختي اين گونه و زيرتبارهاي آن به همراه دو گونهي بلوط حلبي و لبناني با استفاده از روش تركيبي با كمك بستهي Biomod2 در نرمافزار R مدلسازي شد و همپوشاني آشيان اقليمي آنها با استفاده از بستهي ecospat و با روش PCA-env به صورت دوبهدو مورد بررسي قرار گرفت. نتايج تبارشناسي، نمونههاي متعلق به گونهي بلوط ايراني در اين مطالعه را به سه زيرتبار مجزا تفكيك كرد. نتايج شبكهي هاپلوتايپي و وجود الگوي ستارهاي در آن نيز، وجود اين سه زيرتبار را تأييد ميكرد. نتايج ساعت مولكولي نيز جديدترين جد مشترك بلوط ايراني را در حدود 19 ميليون سال پيش در دورهي ميوسن و هم زمان با شروع كوهزايي زاگرس برآورد نمود. نتايج تحليل واريانس مولكولي نشان داد كه ميزان تغييرات درون جمعيتها (13/78%) بيش از تنوع درون زيرتبارهاست (98/19%). ميزان شاخص تثبيت نيز 22/0 و از نظر آماري معنيدار بود. همچنين، گروهبندي بيزين وجود سه جمعيت در نمونهها را نشان ميداد كه وجود ساختار ژنتيكي در جمعيت بلوط ايراني را تأييد ميكرد. ميزان تنوع هاپلوتايپي در گونه 98/0، تنوع نوكلئوتيدي 01/0 و تنوع نوكلئوتيدي در زير تبارها به ترتيب 01/0، 01/0 و 008/0 بود. نتايج مدلسازي آشيان بومشناختي نشان داد كه سه الگوريتم جنگل تصادفي، Maxent و Maxnet دقت زياد و انطباق بيشتري با واقعيات زميني داشتند و به همين دليل براي ساخت نقشهي تركيبي استفاده شد. طبق نتايج، مقدار بارندگي سالانه مهمترين فاكتور اثرگذار بر مطلوبيت آشيان بومشناختي بلوطها به ويژه بلوط ايراني است. آزمون مشابهت و همساني براي سه گونه بلوط نيز نشان داد كه آشيان سه گونه بلوط به طور معنيداري همپوشاني زيادي داشته و شباهت آنها بيشتر از حالت تصادفي است. نتايج اين دو آزمون براي سه زيرتبار بلوط ايراني نيز نشان داد كه آشيان اقليمي زيرتبارها به صورت دو به دو شباهت بيشتر از حالت تصادفي است و شرايط اقليمي آشيان زيرتبارها يكسان ميباشد. اين نتايج وجود نگهداشت آشيان در بين سه گونه بلوط و سه زيرتبار را تأييد ميكرد.
چكيده انگليسي :
Sustainable management of genetic resources requires knowledge about the phylogenetic and phylogeographic status of species, as well as the genetic structure of populations. Persian oak (Quercus brantii) is one of the most important species in the Zagros forests of western Iran. The quality and quantity of these forests have been reduced due to human destruction and drought-induced climate change. The first aim of this study was to examine the phylogeny and phylogeography of the Persian oak in western Iran. Stratified random sampling was used to collect occurrence points and genetic materials. In each location, 2-5 individuals were collected with a 1000-meter distance between them. In total, 72 samples were collected from 21 locations. DNA was extracted from samples, and the ITS gene was PCR amplified. Samples with high quality were sent for sequencing. The phylogeny of the Quercus genus was conducted using samples of Iranian oak, other oak species in Iran, and West Asian oak species. Maximum likelihood and Bayesian approaches were employed, and the time of divergence of different oak species was estimated using the molecular clock, calibrated with available fossils. The haplotype network was examined using minimum spanning, median joining, and TCS algorithms. The second objective was to evaluate the diversity among and within Iranian oak populations with different habitat conditions in the Zagros forests and to determine the geographic pattern of this species. Genetic difference indices, such as nucleotide diversity, haplotype diversity, Fst, and molecular variance analysis, were calculated within and between Persian oak subclades. Bayesian grouping was used to examine the genetic structure in Persian oak. In the third objective, the ecological niche of this species and its subclades, along with the two species Q. infectoria and Q. libani, were modeled in this area using ensemble modeling in biomod2, R software. The climatic niche overlap of these three species and three subclades of Persian oak was assessed using the PCA-env approach. The results of the phylogenetic analysis showed that the samples of Persian oak were divided into three subclades. The molecular clock showed that the most recent common ancestor of Persian oak existed about 19 million years ago in the Miocene era, corresponding to the Zagros Orogeny. Based on the analysis of molecular variance (AMOVA), the percentage of changes within populations (78.13%) is higher than among them (19.98%). The Bayesian grouping determined three clusters in Persian oak populations, confirming the genetic structure of Persian oak populations. The fixation index (Fst) was 0.22, which was statistically significant. The haplotype and nucleotide diversity were 0.98 and 0.01 in the species, respectively. The nucleotide diversity of subclades was 0.01, 0.01, and 0.008. The ecological niche modeling showed that Random Forests, Maxent, and Maxnet algorithms were the most accurate and corresponded to reality. For this reason, these algorithms were used to produce the ensemble map of ecological niches. Based on the results, annual precipitation was identified as the most important factor influencing the niche suitability of the three oak species and three subclades of Persian oak in the Zagros region. The similarity and equivalency tests confirmed that the niche overlap among these species is significantly high. In addition, these two tests confirm a high niche overlap among three subclades of the Persian oak. These results confirm the niche conservatism among the three mentioned oak species and three subclades of the Persian oak.