وابستگی های گروه منابع طبیعی و توسعه پایدار ، انستیتوی پلی تکنیک Castelo Branco ، دبیرستان کشاورزی ، کاستلو برانکو ، پرتغال ، اکولوژی گیاه مرکز ، دانشکده کشاورزی ، دانشگاه لیسبون ، Help Tapada ، لیسبون ، پرتغال

انستیتوی وابسته به زیست شناسی و منابع بیورس ، شورای تحقیقات ملی ، از طریق مدونا دل پیانو 10 ، فیورنتینو Sesto (Firenze) ، ایتالیا

بخش وابستگی منابع طبیعی و توسعه پایدار ، انستیتوی پلی تکنیک Castelo Branco ، مدرسه عالی کشاورزی ، Castelo Branco ، پرتغال

وابستگی INIAV ، انستیتوی ملی تحقیقات کشاورزی و دامپزشکی ، I. P. ، Av. جمهوری ، Quinta do Marquis Oeiras ، پرتغال

وابسته به مرکز تحقیقات جنگل ، دانشکده کشاورزی ، دانشگاه لیسبون ، راهنما ، لیسبون ، پرتغال ، INIAV ، انستیتوی ملی تحقیقات کشاورزی و دامپزشکی ، I. P. ، Av. جمهوری ، Quinta do Marquis Oeiras ، پرتغال

بوم شناسی گیاه وابسته/ گروه بوم شناسی و ژنتیک ، مرکز زیست شناسی تکاملی ، دانشگاه اوپسالا ، نوربووگن 18 د ، اوپسالا ، سوئد

انستیتوی وابسته به زیست شناسی و منابع بیورس ، شورای تحقیقات ملی ، از طریق مدونا دل پیانو 10 ، فیورنتینو Sesto (Firenze) ، ایتالیا

تنوع ژنتیکی و واگرایی در Arbutus Unedo L. (Ericaceae)

• ماریا مارگاریدا ریبیرو ،
• آندره پیوتی ،
• الکساندرا ریکاردو ،
• دانیل گاسپار ،
• ریتا کاستا ،
• لورا پاردوچی ،
• جیووانی جوزپه

• منتشر شده: 6 آوریل 2017
• https://doi.org/10. 1371/joual. pone. 0175239

• نظرات خواننده

ارقام

خلاصه

جنگل های مدیترانه اکوسیستم های شکننده ای در برابر گرم شدن کره زمین اخیر و کاهش بارش آسیب پذیر هستند و با افزایش خشکسالی و در مناطقی که در اثر آتش سوزی سوزانده می شوند ، تأثیر منفی طولانی مدت بر روی پوشش گیاهی پیش بینی می شود. ما توزیع مکانی تنوع ژنتیکی Arbutus Unedo در شبه جزیره ایبریا غربی را با استفاده از نشانگرهای پلاستیک با اهداف طراحی مناطق حفاظت و تحریک بررسی کردیم. این گونه در حال حاضر در حال انجام یک فرآیند اهلی شدید در منطقه است و مانند سایر گونه ها ، به طور فزاینده ای تحت تهدید تغییرات آب و هوایی ، تکه تکه شدن زیستگاه و آتش سوزی قرار می گیرد. ما از 451 درخت از 15 جمعیت طبیعی از شرایط مختلف زیست محیطی استفاده کردیم که دامنه توزیع کل گونه ها در منطقه را شامل می شود. ما از تجزیه و تحلیل بیزی استفاده کردیم و چهار خوشه (شمال ، مرکز ، جنوب و یک خوشه تک جمعیت) را شناسایی کردیم. آمووا سلسله مراتبی تمایز بالاتری در بین خوشه ها نسبت به جمعیت درون خوشه ها نشان داد. تمایز نسبتاً کم در داخل کلبه ها را می توان با یک تاریخ مشترک پس از یخبندان جمعیت های اطراف توضیح داد. ساختار ژنتیکی یافت شده ، که توسط معدود سوابق موجود در palaeobotanical پشتیبانی شده است ، نمی تواند فرضیه دو مستقل را حذف کند. Unedo Refugia در شبه جزیره ایبریا غربی در آخرین حداکثر یخبندان. بر اساس نتایج ، ما با انتخاب جمعیت برای حفاظت بر اساس غنای آللی و تنوع و انتقال دقیق بذر سازگار با ساختار ژنتیکی گونه های فعلی ، یک استراتژی حفاظت را توصیه می کنیم.

استناد: Ribeiro MM ، Piotti A ، Ricardo A ، Gaspar D ، Costa R ، Parducci L ، et al.(2017) تنوع ژنتیکی و واگرایی در Arbutus Unedo L. (Ericaceae) غربی ترین توزیع. PLOS ONE 12 (4): E0175239. https://doi.org/10. 1371/joual. pone. 0175239

ویراستار: Tzen-Yuh Chiang ، دانشگاه ملی چنگ کونگ ، تایوان

دریافت: 31 آگوست 2016 ؛پذیرفته شده: 22 مارس 2017 ؛منتشر شده: 6 آوریل 2017

کپی رایت: © 2017 Ribeiro و همکاران. این یک مقاله دسترسی آزاد است که تحت شرایط مجوز انتساب Creative Commons توزیع شده است ، که اجازه استفاده ، توزیع و تولید مثل بدون محدودیت را در هر رسانه ای می دهد ، مشروط بر اینکه نویسنده و منبع اصلی اعتبار داشته باشند.

در دسترس بودن داده ها: کلیه داده های مربوطه در داخل مقاله و پرونده های اطلاعاتی پشتیبانی آن قرار دارند.

بودجه: Fundação para a ciência e a tecnologia grant ptdc/agr-for/3746/2012 تأمین مالی MMR ، RC ، AR و DG. کمک های مالی UID/AGR/00239/2013 و SFRH/BSAB/113895/2015 علاوه بر این با بودجه MMR. سرمایه گذاران هیچ نقشی در طراحی مطالعه ، جمع آوری داده ها و تجزیه و تحلیل ، تصمیم به انتشار یا تهیه نسخه خطی نداشتند.

منافع رقابتی: نویسندگان اعلام کرده اند که هیچ منافع رقابتی وجود ندارد.

معرفی

ساختار ژنتیکی معاصر یک گونه اطلاعات مهمی را در مورد پاسخ های آن به وقایع زمین شناسی و اقلیمی گذشته ارائه می دهد ، که اغلب در شکل دادن به محدوده توزیع فعلی نقش مهمی ایفا کرده بودند. توزیع مکانی تنوع ژنتیکی به شدت تحت تأثیر فرآیندهای خنثی و سازگار است و در سطح جمعیت ، میزان تنوع ژنتیکی موجود در حفظ پتانسیل تطبیقی برای مواجهه با تغییرات محیطی آینده نقش اساسی دارد [1]. از جمله عوامل دیگر ، عدم اتصال ژنتیکی بین جمعیت می تواند باعث از بین رفتن ژنتیکی درون جمعیت در گیاهان چوبی شود [2]. در حوضه مدیترانه ای ، جداسازی جغرافیایی در مقیاس بیوگرافی عمدتاً توسط نوسانات آب و هوایی پلیستوسن ترویج می شد ، که تعیین حضور مناطق دوباره خوراکی که اغلب میزبان سلسله های ژنتیکی مختلف از گونه های گیاهی است [3]. شبه جزیره ایبری (IP) یکی از مهمترین مناطق بازپرداخت یخبندان پلیستوسن برای گونه های اروپایی است که در آن چندین رکورد وجود دارد [4،5]. جنگل های مدیترانه ای که روی IP رشد می کنند اکوسیستم های شکننده ای هستند که در حال حاضر توسط فعالیت های مرتبط با انسان مانند چرا ، آتش سوزی و برش جنگل فشرده تهدید می شوند. این منطقه همچنین به ویژه در برابر گرم شدن کره زمین اخیر و کاهش بارش آسیب پذیر است ، و مطالعات شبیه سازی اثر منفی طولانی مدت در پوشش گیاهی را به دلیل افزایش خشکسالی و منطقه سوخته در اثر آتش سوزی نشان می دهد [6].

Evergreen Arbutus unedo L. (درخت توت فرنگی) یک درخت کوچک بومی منطقه مدیترانه است که در اروپای غربی ، مرکزی و جنوبی ، شمال شرقی آفریقا ، جزایر قناری و آسیای غربی یافت می شود. توزیع گونه ها عمدتاً نمونه ای از پوشش گیاهی اسکلروفیل و لورل مدیترانه ای است که عمدتاً در مناطق ساحلی و داخلی ، جایی که یخبندان یا خشکی تابستان خیلی شدید نیست [7]. ساختار ژنتیکی Arbutus Unedo در هر دو مقیاس محلی و بیوگرافی با استفاده از انواع مختلف نشانگرها مورد بررسی قرار گرفته است [5،8،9،10،11،12،13]. در پرتغال ، توت فرنگی درخت توزیع گسترده ای دارد که به شدت مربوط به خصوصیات خاک و آب و هوا و همچنین تکه تکه شدن چشم انداز ، آتش سوزی و اهلی کردن است [14]. آربوتوس Unedo Fruit دارای خواص آنتی اکسیدانی قوی است و می توان آن را تازه یا فرآوری کرد ، و در پرتغال برای تولید مشروبات الکلی "Aguardente" ، منبع مهمی از درآمد برای کاربران زمین استفاده می شود ، که منجر به یک روند مداوم از اهلی شده است. از گونه ها از طریق انتشار کلونال ژنوتیپ های انتخاب شده برای کیفیت میوه [15] و استفاده از دانه ها از منشأ ناشناخته. این گونه از اهمیت اقتصادی برای استفاده در پرتغال و اروپای جنوبی برخوردار است ، با استفاده های مختلف تجاری از تولید میوه فرآوری شده و تازه گرفته تا کاربردهای صنعتی زینتی ، دارویی و شیمیایی ، به دلیل اسیدهای فنولیک و ترکیبات ترپنوئید با فعالیت آنتی اکسیدانی قوی ، ویتامین C و تانینمحتوا [15 و منابع موجود در آن ، 16 ، 17]. با این وجود ، این گونه تا حد زیادی مورد استفاده قرار نمی گیرد ، و سازمان هایی مانند FAO [18] تلاش های خود را برای افزایش استفاده از آن گونه ها انجام دادند.

تأثیرات انسان شناسی بر منابع ژنتیکی جنگل شامل شیوه ها و فرآیندی است که ممکن است در چیدمان ژنتیکی جمعیت های طبیعی تأثیر بگذارد ، از جمله: (i) پرورش و انتخاب ، (ب) انتقال بذر و (iii) محیط زیست [19]. تأثیر آتش سوزی می تواند تا حد زیادی بر توزیع تنوع ژنتیکی در مقیاس منطقه ای تأثیر بگذارد ، زیرا نتیجه احتمالی آتش سوزی های مکرر ، کاهش اندازه جمعیت مؤثر و از بین رفتن تنوع ژنتیکی درون جمعیت است [20]. مناطقی که خشکسالی شدیدتر دارند نیز ممکن است تحت تأثیر افزایش فعالیت و شدت آتش سوزی قرار بگیرند ، که ممکن است تأثیرات زیادی بر چگالی و توزیع پوشش گیاهی داشته باشد. به عنوان مثال ، در حوضه مدیترانه ای ، منطقه سوزانده شده توسط آتش سوزی انتظار می رود تا پایان قرن XXI با ضریب 3 به 5 افزایش یابد [21]. امروزه تعداد کل آتش سوزی ها و درصد مناطق سوخته در پرتغال در حال حاضر به طور قابل توجهی بالاتر از سایر کشورهای دریای مدیترانه ای است که ارقام نشان دهنده تمایل شدید به افزایش در سالهای آینده است (شکل S1). این احتمالاً به دلیل کاهش مناطق کشاورزی به نفع جنگل های جنگلی است [22]. تغییر در کاربری اراضی همراه با رشد مزارع درختی (عمدتا غرفه مخروطی متراکم) باعث افزایش منظم آتش سوزی می شود و در نتیجه آتش سوزی های بزرگ و فاجعه بار ایجاد می شود که در چند دهه گذشته منجر به افزایش چشمگیر مناطقی که سالانه در پرتغال سوخته می شوند [23].

فرایند اهلی شدن مداوم ، همراه با فرکانس فزاینده آتش سوزی به دلیل درجه حرارت بالاتر و رسوبات پایین تر ، دانش بیشتر در مورد الف را می طلبد. تنوع ژنتیکی Unedo در مقیاس منطقه ای برای ساختن برنامه های حفاظت پویا در پرتغال [24 و منابع موجود در آن]. با توجه به کمبود اطلاعات در مورد سطح و توزیع تنوع ژنتیکی در مقیاس منطقه ای ، ما از 15 جمعیت طبیعی در سراسر غربی ترین قسمت IP نمونه برداری کردیم و 451 نفر را با استفاده از نشانگرهای میکروستولیت کلروپلاست (CPSSR) ژنوتیپ کردیم. ژنوم کلروپلاست به صورت مادری در درخت توت فرنگی (داده های منتشر نشده ما) به ارث می رسد و فقط جریان دانه را منعکس می کند. علاوه بر این ، این ژنوم از نظر جمعیت مؤثر کمتری دارد و این باعث می شود که بیشتر مستعد رانش ژنتیکی و تمایز جمعیت یا گونه ها باشد [25]. اهداف خاص ما این بود که: i) توزیع مکانی تغییرات ژنتیکی a. Unedo در پرتغال ، و به II) توصیه هایی را برای حفاظت از گونه ها و کمک به طراحی منطقه ارائه دهنده ارائه می دهد.

مواد و روش ها

گونه های مورد مطالعه

Arbutus unedo یک گونه همیشه سبز ، درختچه یا یک درخت کوچک تا 8-10 متر است. این میوه یک توت گرد (حدود 20 میلی متر عرض) و قرمز روشن هنگام رسیده در پاییز است. انواع توت ها با خمیر گوشتی عمدتاً توسط پرندگان پراکنده بذر خورده می شوند ، که نمایانگر اصلی A است. بردار پراکندگی بذر Unedo [26،27]. گل آذین یک وحشت است که در پاییز ظاهر می شود ، گلها گرده افشانی حشرات [28 و داده های منتشر نشده ما] هستند و تولید میوه محصول از زمانی شروع می شود که گیاهان حدود شش تا هفت سال قدمت دارند (F. Gomes ، ارتباط شخصی). الفگیاهان UNEDO به راحتی می توانند در صورت آسیب رساندن (به عنوان مثال ، با آتش یا چرا) زنده بمانند [29]. این گونه یک گیاه جنگلی حاشیه ای است که قادر به تحمل سایه و رقابت با موفقیت برای نور نیست [26]. Arbutus unedo بستر سیلیس یا دفع کربن را ترجیح می دهد و می تواند بر روی خاکهای قلیایی و نسبتاً اسیدی رشد کند ، اما در طیف بسیار گسترده ای از شرایط خاک ، با pH متفاوت از 4 تا 7 ، به استثنای خاکهای آبشار ، به طور رضایت بخش رشد می کند [26].

مجموعه نمونه

برگهای استخراج DNA در حدود جمع آوری شد. 30 نفر از 15 جمعیت طبیعی نمونه برداری در محدوده طبیعی گونه ها در پرتغال (جدول 1 ، شکل S2). نمونه ها در دمای 80 درجه سانتیگراد تا استخراج DNA ذخیره شدند. درختان نمونه برداری با حداقل مسافت حدود CA از هم جدا شدند. 30 متر برای جلوگیری از جمع آوری افراد مرتبط و مختصات برای هر فرد با یک گیرنده GPS بدست آمد. نمونه گیری ما تنوع زیست محیطی را در انواع مختلف خاک و آب و هوا [30،31] در پرتغال در نظر گرفت (جدول 1).