بررسی تنوع ژنتیکی جنس Gammarus در چشمه ‏ها و رودخانه پارک ملی گلستان با استفاده از توالی ژن میتوکندریایی COI

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه محیط زیست، دانشکده شیلات و محیط زیست، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، اﯾﺮان.

2 گروه محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم و فنون دریایی خرمشهر، خرمشهر، ایران.

3 گروه تنوع و ایمنی زیستی، پژوهشکده محیط زیست و توسعه پایدار، سازمان حفاظت محیط زیست، تهران، ایران.

4 گروه زیست‌شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه تهران، تهران، ایران.

چکیده

گاماروس بزرگ‌ترین جنس از سخت‌پوستان آبزی خانواده Gammaridea است که بیش از 200 گونه در سراسر جهان دارد. این گروه از سخت‌پوستان اجزای بسیار مهم زنجیره غذایی در آب‌های جاری هستند. بنابراین تغییرات جمعیتی آن‌ها می‌تواند بر جوامع، به‌ویژه بر سلامت ذخایر ماهیان اثر گذاشته و تعادل اکوسیستم را برهم زند. به‌دلیل اندازه نسبتاً کوچک، فراوانی زیاد و حساس بودن به شرایط محیطی، به‌عنوان گونه‌های شاخص برای ارزیابی محیط‌های آبی مناسب هستند. این پژوهش، به بررسی تنوع ژنتیکی جنس گاماروس بین جمعیت‌های مختلف موجود در پارک ملی گلستان پرداخته است. پس از نمونه‌برداری جهت شناسایی ریختی اولیه از کلیدهای شناسایی رایج و جهت انجام مطالعات مولکولی از توالی ژن میتوکندریایی COI استفاده شد. روابط تبارشناختی با روش حداکثر درست‌نمایی (ML) تعیین شد. فاصله ژنتیکی موجود در جمعیت‌ها و برخی شاخص‌های تنوع ژنتیکی (تعداد هاپلوتایپ (h)، تنوع هاپلوتایپ (Hd) و تنوع نوکلئوتیدی (Pi)) محاسبه شد. بر اساس نتایج درخت‌های تبارشناسی نمونه‌های مورد مطالعه در 2 کلاد مجزا قرار گرفتند و با بوت‌استرپ بالا (0/92) از نمونه‌های اخذ شده از ژن بانک جدا شدند. نتایج تجزیه و تحلیل واریانس مولکولی نشان داد که تنوع بین جمعیت‌ها (72/49) بیش از تنوع درون جمعیت‌ها (27/51) است و مقدار شاخص Fst (0/68) تفاوت ژنتیکی بارز بین جمعیت‌ها و محدودیت جریان ژن را نشان می‌دهد. تنوع هاپلوتایپی برابر با 0/94 بود که بیش‌ترین و کم‌ترین آن به‌ترتیب مربوط به رودخانه خان‌دوشان (1/00) و چشمه گلستان (40/.) می‌باشد. هم‌چنین در بین هاپلوتایپ‌های شناسایی شده 17 هاپلوتایپ فقط دارای یک فرد بودند که این امر بیانگر تنوع بالای جمعیت‌های گاماروس در پارک ملی گلستان و وجود جمعیت‌های بومی می‌باشد. G .komareki، به‌عنوان یک مجموعه گونه‌ای غالب با گونه‌های پنهان فراوان در منطقه شناخته شد که هنوز به‌طور دقیق شناسایی نشده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigating the genetic diversity of the genus Gammarus in the springs and rivers of Golestan National Park using the COI mitochondrial gene sequence

نویسندگان [English]

  • Faezeh Hedayati Rad 1
  • Hamidreza Rezaei 1
  • Olyagholi Khalilipour 2
  • Javad Ramezani 3
  • Ahmadreza Katouzian 4
1 Department of Environmental Science, Faculty of Fisheries and Environment, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
2 Department of Environment, Faculty of Natural Resources, Khorramshahr University of Marine Sciences and Technologies, Khorramshahr, Iran.
3 Department of Biodiversity and Biosafety, Institute of Environment and Sustainable Development, Environmental Protection Organization, Tehran, Iran.
4 Department of Biology, Faculty of Sciences, University of Tehran, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Gammarus is the largest genus of aquatic crustaceans in the family Gammaridea, with more than 200 species worldwide. These crustaceans are very important components of the food chain in running waters. Therefore, their population changes can affect all communities, especially the health of fish stocks, and disturb the balance of the ecosystem. Due to their small size, high abundance and sensitivity to environmental conditions, they are suitable as indicator species for evaluation. This study investigated the genetic diversity of the genus Gammarus between different populations in Golestan National Park. After sampling, the common identification keys were used to identify the basic morphology and the COI mitochondrial gene sequence was used to conduct molecular studies. Genealogical relationships were determined by maximum likelihood (ML) method. The genetic distance in the populations and some indices of genetic diversity (number of haplotypes (h), haplotype diversity (Hd) and nucleotide diversity (Pi)) were calculated. Based on the results of the genealogical trees, the samples were placed in two separate clades (western and central) and separated from the gene bank samples with high bootstrap. The results of molecular variance analysis showed that the diversity between populations (72.49) is more than the diversity within populations (27.51) and the value of Fst index (0.68) shows the significant genetic difference between populations and the limitation of gene flow. Haplotype diversity is equal to 0.94, the highest and lowest of which is related to Khandushan River (1.00) and Golestan Spring (.40). Also, among the identified haplotypes, 17 haplotypes had only one individual, which indicates the high diversity of Gammarus populations in Golestan National Park. Also, G. komareki was identified as a dominant species complex with many hidden species in the region that have not yet been accurately identified.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Genetic diversity
  • Gene flow
  • Golestan
  • Gammarus

مراجع

ابراهیم نژاد م.، حسینی ل.، ساری ع. 1384. جمع‌آوری و شناسایی گونه‌های جنس Gammarus در رودخانه زاینده رود. زیست شناسی ایران. 18(3): 227-218.
آزادکارلنگرودی ی.، شعبانی پور ن. 1392. بررسی صفات گاماروس دریای خزر (Pontogammarus maeoticus) و اجزای ضمائم دهانی آن در تصاویر میکروسکوپ الکترونی نگاره (SEM). فیزیولوژی و بیوتکنولوژی آبزیان. 1(2): 93-81.
تقوی‌جلودار ح. 1395. مطالعه هماوری و ساختار جمعیتی گاماروسmaeoticus   Pontogammarusدر سواحل جنوبی دریای خزر، مجله علمی شیلات ایران. 26(1): 178-167.
دهداردرگاهی م.،  مخدوم م. 1381. زون بندی پارک ملی گلستان. محیط شناسی. 28(29): 77-71.
شعبانی ب. 1396. بررسی تنوع فنوتیپی و ژنوتیپی جمعیت‌های گاماروس سواحل استان گیلان و ارتباط آن با ویژگی‌های اکولوژیک منطقه، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، شیلات، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه ارومیه. 20-15.
یوسفی سیاهکلرودی س.، یوسفی سیاهکلرودی ه.، چناری ف.، خاتمی ش. 1399. شناسایی مولکولی و فیلوژنی گونه (Gammarus komareki) از رودخانه جاجرود با روش بارکدگذاری DNA. شیلات ایران 29(3): 69-57.
Astrin J.J., Stüben P.E. 2008. Phylogeny in cryptic weevils: molecules, morphology and new genera of western Palaearctic Cryptorhynchinae (Coleoptera: Curculionidae). Invertebrate Systematics 22, 503-522.
Beermann A.J., Elbrecht V., Karnatz S., Ma L., Matthaei C.D., Piggott J.J., Leese, F. 2018. Multiple-stressor effects on stream macroinvertebrate communities: A mesocosm experiment manipulating salinity, fine sediment and flow velocity. Science of the Total Environment 610, 961-971.
Brookes A. 1995. Challenges and objectives for geomorphology in UK river management. Earth Surface Processes and Landforms 20(7), 593-610.‏
Bruford M.W., Hanotte, O., Brookfield J.F., Burke T. 1998. Multilocus and single-locus DNA fingerprinting. Molecular Genetic Analysis of Populations: A Practical Approach 2, 287-336.‏
Copilaş-Ciocianu D., Petrusek A. 2017. The southwestern Carpathians as an ancient centre of diversity of freshwater gammarid amphipods: insights from the Gammarus fossarum species complex. Molecular Ecology 24(15), 3980-3992.
Darriba D., Taboada G.L., Doallo R., Posada D. 2012. jModelTest 2: more models, new heuristics and parallel computing. Nature Methods 9(8), 772-772.‏
Dogan H., Akdemir F., Tasdemir S., Atis O., Diyarbakir E., Yildirim R., Ikbal M. 2014. A novel insertion mutation identified in exon 10 of the MEFV gene associated with Familial Mediterranean Fever. BMC Medical Genetics 15(1), 1-6.‏
Excoffier L., Lischer H.E.L. 2010. Arlequin suite ver 3.5: a new series of programs to perform population genetics analysis under Linux and Windows .Molecular Ecology Resources 10, 564-567.
Goedmakers A., Pinkster S. 1981. Population dynamics of three gammarid species (Crustacea, Amphipoda) in a French chalk stream. Part III. Migration. Bijdragen tot de Dierkunde 51(2), 145-180.‏
Grabowski M., Mamos T., Bącela-Spychalska K., Rewicz T., Wattier R.A. 2017. Neogene paleogeography provides context for understanding the origin and spatial distribution of cryptic diversity in a widespread Balkan freshwater amphipod. PeerJ 5, 3016.‏
Grabowski M., Pesic V. 2007. New data on the distribution and checklist of fresh-and brackishwater Gammaridae, Pontogammaridae and Behningiellidae (Amphipoda) in Bulgaria. Lauterbornia 59, 53-62.
Hadrys H., Balick M., Schierwater B. 1992. Applications of random amplified polymorphic DNA (RAPD) in molecular ecology. Molecular Ecology 1(1), 55-63.‏
Hou Z., Sket B., Fišer C., Li S. 2011. Eocene habitat shift from saline to freshwater promoted Tethyan amphipod diversification. Proceedings of the National Academy of Sciences, USA 108, 14533-14538.
Hou Z., Fu J., Li S. 2007. A molecular phylogeny of the genus Gammarus (Crustacea: Amphipoda) based on mitochondrial and nuclear genes equences. Molecular Phylogenetics and Evolution 45, 596-611.
Hupało K., Mamos T., Wrzesińska W., Grabowski M. 2018. First endemic freshwater Gammarus from Crete and its evolutionary history an integrative taxonomy approach. PeerJ 6, 4457.‏
Karaman G.S., Pinkster S. 1977. Freshwater Gammarus species from Europe, North Africa and adjacent regions of Asia (Crustacea-Amphipoda). Part I. Gammarus pilex-group and related species. Bijdragen tot de Dierkunde 47(1), 1-97.‏
Karaman G.S., Pinkster S. 1977. Freshwater Gammarus species from Europe, North Africa and adjacent regions of Asia (Crustacea-Amphipoda): Part II. Gammarus roeseli-group and related species. Bijdragen tot de Dierkunde 47(2), 165-196.‏
Katouzian A.R., Sari A., Macher J.N., Weiss M., Saboori A., Leese F., Weigand A.M. 2016. Drastic underestimation of amphipod biodiversity in the endangered Irano-Anatolian and Caucasus biodiversity hotspots. Scientific Reports 6, 22507.
Krebes L., Blank M., Bastrop R. 2011. Phylogeography, historical demography and postglacial colonization routes of two amphi-Atlantic distributed amphipods. Systematics and Biodiversity 9, 259-273.
Kumar S., Stecher G., Tamura K. 2016. MEGA7: molecular evolutionary genetics analysis version 7.0 for bigger datasets. Molecular Biology and Evolution 33, 1870-1874.
Librado P., Rozas J. 2009. DnaSP v5: software for comprehensive analysis of DNA polymorphism data. Bioinformatics 25(11), 1451-1452.
Macher J.N., Salis R.K., Blakemore K.S., Tollrian R., Matthaei C.D., Leese F .2016. Multiple-stressor effects on stream invertebrates: DNA barcoding reveals contrasting responses of cryptic mayfly species. Ecological Indicators 61, 159-169.
Mamos T., Wattier R., Burzyński A., Grabowski M. 2016. The legacy of a vanished sea: a high level of diversification within a European freshwater amphipod species complex driven by 15 My of Paratethys regression. Molecular Ecology 25(3), 795-810.‏
Meyran J.C., Monnerot M., Taberlet P. 1997. Taxonomic Status and Phylogenetic Relationships of Some Species of the Genus Gammarus (Crustacea, Amphipoda) Deduced from Mitochondrial DNA Sequences. Molecular Phylogenetics and Evolution 8(1), 1-10.‏
Nylander J.A.A .2004. MrModeltest v2. Program distributed by the author. Evolutionary Biology Center, Uppsala University
Palumbi S.R., Benzie J. 1991. Large mitochondrial DNA differences between morphologically similar penaeid shrimp. Molecular Marine Biology and Biotechnology 1(1), 27-34.‏
Quan J., Zhuang Z., Deng J., Dai J., Zhang Y.P. 2004. Phylogenetic relationships of 12 Penaeoidea shrimp species deduced from mitochondrial DNA sequences. Biochemical Genetics 42(9), 331-345.‏
Siegismund H.R., Muller J. 1991. Genetic structure of Gammarus fossarum populations. Heredity 66, 419-436.
Stock J.H., Mirzajani A.R., Vonk R., Naderi S., Kiabi B.H. 1998. Limnic and brackish water Amphipoda (Crustacea) from Iran. Beaufortia 48(9), 173-234.
Väinölä R, Witt J.D.S., Grabowski M., Bradbury J.H., Jazdzewski K., Sket B. 2008. Global diversity of amphipods (Amphipoda; Crustacea) in freshwater. Hydrobiologia 595, 241-255.
Valentini A., Pompanon F., Taberlet P. 2009. DNA barcoding for ecologists. Trends in Ecology and Evolution 24(2), 110-117.
Zamanpoore M., Grabowski M., Poeckl M., Schiemer F. 2011. Taxonomic review of freshwater Gammarus (Crustacea: Amphipoda) from Iran. Zootaxa 3140(1), 1-14.‏
 
مجله علوم آبزی پروری
دوره 10، شماره 2
مهر 1401
صفحه 58-72

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار