بررسی تنوع ژنتیکی میگوی سر تیز metapenaeus affinis در خلیج فارس با استفاده از توالی یابی ژنوم میتوکندریایی

دانستن ساختار ژنتیکی آبزیان و تمایز جمعیتهای متفاوت برای حفاظت از گونه ها و جمعیت ها و حفظ تنوع زیستی حائز اهمیت می باشد. شناسایی ژنتیکی ذخایر همچنین یکی از اولویت های مهم به منظور یافتن منابع طبیعی بکر در جهت اطمینان از به گزینی گونه ها می باشد. ذخایر گوناگون اغلب روند یکسانی از رشد، مقاومت در برابر بیماری یا نشان دادن خصوصیت های مهم از خود بروز نمی دهند (9)، بنابراین اطلاع در زمینه این خصوصیات و ارتباط آنها با ژنوتیپ های مشخص در جهت بهبود برنامه ها و توسعه سیستم تکثیر و پرورش گونه های مورد مطالعه موثر می باشد. تمایز جمعیتهای آبزیان به سه روش متداول مانند استفاده از ویژگیهای ریخت شناسی، نشانگرهای پروتئینی و مولکولی dna) و mtdna) انجام می گیرد. روش مولکولی استفاده از تفاوت در توالی های dna از دقیق ترین روشها در طبقه بندی موجودات و تعیین تمایز ژنتیکی آنها می باشد، به طوری که امروزه نشانگرهای dna به ابزاری قابل اعتماد در مطالعات تنوع گونه ای تبدیل شده اند (16). ژنوم میتوکندریایی (mtdna) به طور گسترده ای در بررسی جمعیت های گونه های مختلف آبزیان مورد استفاده قرار می گیرد و کارایی خوبی در بررسی ساختار ژنتیکی و جداسازی جمعیت ها دارد. ژنوم میتوکندری از طریق مادری به ارث میرسد و بنابراین پدیده کراسینگ اور و نوترکیبی در آن صورت نمی گیرد. این خاصیت باعث بروز اختلاف ژنتیکی بیشتر در ژنوم میتوکندری نسبت به ژنوم هسته شده است و از این رو برای تفکیک گروه های مختلف موجودات که برای سالها از هم جدا بوده اند نشانگر خوبی می باشد (19). توالی یابی ژنوم میتوکندریایی (mtdna sequencing) یکی از پرکاربردترین روشها برای تعیین رابطه فیلوژنتیکی (شجره شناسی ژنتیکی) و فیلوژئوگرافی (شجره شناسی جغرافیایی) بین جمعیت ها و گونه های نزدیک به هم محسوب می شود (2). ژن 16srrna یکی از نواحی بسیار متغیر در ژنوم میتوکندریایی می باشند که می توان با استفاده از تکنیک توالی یابی این ناحیه، ساختار ژنتیکی را بررسی نمود (3). میگوی سرتیز metapenaeus affinis (h. milne edwards, 1837) متعلق به خانواده penaeidae و جنس metapenaeus، یکی از گونه های مهم میگو در آب های خلیج فارس به خصوص در استان هرمزگان به شمار می رود که هر سال در فصل صید میگو از لحاظ میزان صید رتبه دوم بعد از میگوی موزی را به خود اختصاص می دهد و ذخایر آن در معرض برداشت بی رویه قرار دارد. از آنجا که اطلاعات خاصی در مورد ساختار ژنومیک این گونه موجود نمی باشد در تحقیق حاضر با استفاده از روش توالی یابی ژنوم میتوکندریایی، ساختار جمعیتی این گونه در خلیج فارس بررسی می شود. با بررسی ساختار ژنتیکی جمعیت میگوی سرتیز در خلیج فارس میتوان مدیریت مناسب تری را برای برنامه های بلند مدت حفظ و ارزیابی ذخایر، ارزیابی وضعیت زیست شناختی و بوم شناختی گونه و به دنبال آن برنامه های تکثیر و پرورش اعمال نمود. همچنین با توجه به لزوم مولدسازی در تکثیر و پرورش این گونه در آینده نزدیک، آگاهی از ساختار جمعیتی این گونه به منظور تولید مولدین مناسب با ذخایر ژنی متفاوت و دارای ضریب رشد بالا و درصد بقای بالای لاروی لازم و اساسی به نظر می رسد. در تحقیق حاضر جهت استخراج dna از پای شنای میگوی سرتیز از روش فنل- کلروفرم استفاده گردید. dna های استخراج شده دارای کیفیت قابل قبولی جهت انجام pcr بودند به طوری که تمامی محصول pcr روی ژل آگارز بدون هیچ گونه آلودگی پروتئینی و یا باند اضافه مشاهده شد. استفاده از روش فنل کلروفرم از متداول ترین روشها در اکثر آزمایشات مولکولی در جهت دستیابی به dna با وزن مولکولی و کیفیت بالا در مطالعات ژنتیک جمعیت می¬باشد (7 و 10). یکی از مهمترین شاخص های تفکیک جمعیت ها، میزان fst می باشد که نشان دهنده تمایز یا جدایی بین جمعیت هایی است که در مناطق مختلف جغرافیایی زیست می نمایند. در بررسی حاضر میزان fst با احتمال 95% بین جمعیت منطقه بندرعباس و دو منطقه دیگر معنی دار بود (05/0 ?p). بر پایه این شاخص بیشترین فاصله جمعیتی بین نمونه های بندرعباس و خوزستان و کمترین فاصله جمعیتی بین مناطق بوشهر و خوزستان دیده شد. فاکتور fstتوصیف کننده تمایز جمعیت¬ها در سطوح مختلف ساختار ژنتیکی می-باشد و بیانگر آن است که هرچه میزان جریان ژنی بین مناطق بیشتر باشد اختلاف ژنتیکی کمتر خواهد بود. مقدار fst به طور تئوری بین صفر و یک ارزیابی می گردد. مقدار fst به سمت یک نشان دهنده میزان تمایز بالای جمعیت ها از یکدیگر است و مقدار کم آن نشان دهنده پایین بودن پلی مورفیسم در جمعیت است. در حقیقت مقدار صفر نشان دهنده یک جمعیت پانمکتیک است که دو جمعیت دارای رابطه آمیزشی آزاد هستند و مقدار یک به معنای این است که دو جمعیت کاملاً از هم جدا بوده و هیچ گونه جریان ژنی در بین جمعیت ها وجود ندارد. بر طبق نظریه رایت (1978) اگر fst بین صفر تا 05/0 باشد نشان دهنده تمایز پایین، مقدار 05/0 تا 15/0 تمایز متوسط، مقدار 15/0 تا 25/0 تمایز بالا و مقدار بالای 25/0 تمایز خیلی بالاست. بنابراین در بررسی حاضر بر طبق نظریه رایت تمایز جمعیتی بین مناطق بندرعباس و بوشهر (545/0) و بین مناطق بندرعباس و خوزستان (750/0) بسیار بالاست (22). بنابراین می توان استنباط نمود که جمعیت میگوی سرتیز ناحیه بندرعباس احتمالاً یک خزانه ژنی مستقل و جداگانه از دو منطقه دیگر می باشد. آزمون تفاوت جمعیت ها (non-differentiation exact p values) در داخل هر جمعیت و در سطح احتمال 05/0 معنی دار بود. فاکتور fst و آزمون تفاوت بین جمعیت ها که هر دو معنی دار بودند (05/0 ?p) باعث قبول و تأیید مجدد وجود تفاوت و تمایز بین جمعیت ها بود. در درخت های تکاملی رسم شده نیز مسئله جدایی جمعیت منطقه بندرعباس از دو منطقه دیگر به وضوح دیده شد به طوری که نمونه های منطقه بندرعباس با تائید درصد بالا در یک شاخه جداگانه و مشخصی قرار داشتند. درخت هاپلوتیپی مشخص می کند که احتمالاً جمعیت میگوی سرتیز مناطق بوشهر و خوزستان مستقل نبوده و در سال های نه چندان دور بسط و گسترش و در واقع جریان ژنی بین جمعیت های این دو منطقه صورت گرفته است. بنابراین میگوی سرتیز منطقه بندرعباس می تواند در قالب یک ذخیره ژنتیکی متفاوت مورد بررسی قرار گیرد و مدیریت صید بر این منابع، بازسازی ذخایر و همچنین مولد سازی جهت تکثیر و پرورش احتمالی این گونه در آینده می بایست به صورت متفاوت مدیریت شود. در تست تاجیما و fus fs، اعداد d و fs در صورت معنی دار بودن نشان دهنده بسط و گسترش جمعیت ها است (این دو آزمون فرض را بر این می گذارد که جمعیت ها در تعادل می باشند). هر دو آزمون گسترش جمعیتی (05/0 <p، 181/1= fs; 05/0 <p، 823/0- =d) نشان دادند که بسط و گسترشی در میگوی سرتیز در سه منطقه مورد مطالعه رخ نداده است. در واقع این دو آزمون نشان دادند که جمعیت های میگوی سرتیز در مناطق مورد مطالعه در حال تعادل می باشند. درصورت تعادل بودن جمعیت ها یعنی اینکه جمعیت ها از هم تفکیک شده می باشند. بنابراین نتایج آزمون های tajimas d و fus fs تأییدی بر جدایی جمعیتی میگوی سرتیز در مناطق مورد مطالعه است. یکی از مهم ترین عواملی که می تواند در تنوع و ساختار ژنتیکی جمعیت دو منطقه دخالت داشته باشند وجود سدهای فیزیکی و یا گیاهی از جمله خوریات و جنگل های حرا در مناطق مورد بررسی می باشد (18 و 23). در حقیقت جنگل های مانگرو که به صورت بسیار گسترده در ساحل شمالی خلیج فارس از بندر خمیر تا قشم و همچنین از هرمز تا جاسک در استان هرمزگان پراکنش دارند از مهمترین موانع محسوب شده در جهت ایجاد اشتقاق ژنتیکی بین جمعیت های میگو در این پهنه جغرافیایی با سایر مناطق محسوب می گردند. در این منطقه پراکنش جنگل های حرا زیستگاه های مناسبی را از جهت فراهم بودن منابع غذایی و وجود پناهگاه برای مرحله نوزادی و پست لاروی میگوها فراهم می آورد و نقش عمده ای در عدم انتقال مولدین و پست لاروها به مناطق پایین تر از جمله خوزستان خواهند داشت. یکی دیگر از عواملی که سبب ایجاد جمعیت های جدا در یک گونه می شوند جدایی جغرافیایی است که مهم ترین عامل شکل گیری ساختار ژنتیکی جمعیت ها است. بخشی از تنوع به وجود آمده بین جمعیت¬ها به علت فاصله مکانی بین جمعیت¬ها است. فاصله جغرافیایی زیاد بین جمعیت ها تأثیر مهمی روی ساختار ژنتیکی و جریان ژنی دارد (20). از آنجا که بین مناطق مورد بررسی در تحقیق حاضر فاصله جغرافیایی زیادی وجود دارد احتمالاً از دلایل اصلی جدایی جمعیت میگوی سرتیز بین مناطق بندرعباس با دو منطقه بوشهر و خوزستان، فاصله جغرافیایی زیاد این مناطق است. با افزایش فاصله جغرافیایی فاصله ژنتیکی افزایش می¬یابد که علت آن کاهش جریان ژنی در اثر وجود موانع فیزیکی و یا طبیعی می¬باشد (1). اصولاً اختلاف ژنتیکی بین جمعیت ها در نتیجه مجتمع شدن افراد در یک منطقه خاص به وجود می آید و جمعیت های یک گونه به واسطه آمیزش درونی با یکدیگر یک مخزن ژنی منحصر به همان جمعیت را ایجاد می کنند (12). مهاجرت یک فاکتور مهم تاثیر گذار بر میزان جریان ژنی و ساختار جمعیتی است. میگو های خانواده پنائیده اغلب در طول چرخه زندگی خود نقاط متفاوتی را جهت لانه گزینی انتخاب می کنند و مجبورند که برای کامل کردن چرخه زندگی خود دائماً بین این مناطق مهاجرت کنند. این گونه مهاجرت های افقی و عمودی در میگوهای خانواده پنائیده یکی از عوامل مهم در ایجاد جریان ژنی بین مناطق مورد بررسی می باشد. بنابراین، با توجه به نتایج تحقیق حاضر به نظر می رسد جابجایی و افزایش جریان ژنی بین جمعیت های بوشهر و خوزستان وجود دارد که به نسبت از تبادل ژنی بین منطقه بندرعباس و خوزستان بیشتر است. احتمالاً بین جمعیت منطقه بندرعباس با جمعیت دو منطقه دیگر رفتار مهاجرت و جریان ژنی کمتری برقرار بوده و شاخص های fst، گسترش جمعیتی و درخت تکاملی ترسیم شده نیز به وضوح تفکیک جغرافیایی بین این مناطق را نشان داد. یکی دیگر از علل اصلی وجود تفاوت های ژنتیکی در جمعیت های جانداران دریایی، توانایی گسترش و پراکندگی آنها است. لذا در صورتی که یکی از مراحل زندگی موجودات دریایی حالت پلانکتونی داشته باشد، گسترش آنها ممکن است در فواصل مختلف اتفاق بیفتد (4). به عبارت دیگر وجود مرحله لاروی پلاژیک در میگوها از دلایل عمده انتشار و گسترش آنها در فواصل جغرافیایی مختلف و در نتیجه افزایش میزان جریان ژنی می باشد (4). دارا بودن مراحل پلانکتونی و لارو پلاژیک در آبزیان می تواند به جمعیت هایی با پراکندگی بالا و غیر متمایز از نظر ژنتیکی در مقایسه با گونه هایی با فقدان مراحل پلانکتونی منجر شود (21). بنابراین به نظر می رسد انتشار و گسترش لارو میگوی سرتیز بین مناطق بوشهر و خوزستان به میزان بیشتری نسبت به جمعیت بندرعباس برقرار باشد که باعث تبادل آللی و جریان ژنی بیشتر بین این مناطق در مقایسه با جمعیت بندرعباس می شود. در جمع بندی، نتایج به دست آمده از تحقیق حاضر که اولین بررسی در مورد ساختار ژنتیکی جمعیت میگوی سرتیز در آبهای ساحلی بندرعباس، بوشهر و خوزستان با استفاده از توالی یابی ژن میتوکندریایی 16srrna می باشد نشان داد که جمعیت میگوی سرتیز منطقه بندرعباس احتمالاً یک خزانه ژنی مستقل و جداگانه از دو منطقه دیگر می باشد. با توجه به اختلاف ژنتیکی دیده شده در جمعیت های میگوی سرتیز در مناطق خوزستان و بندرعباس مدیریت برداشت از ذخائر این گونه در قالب دو جمعیت احتمالی مجزا جهت حفظ ذخائر ژنتیکی این گونه اجتناب ناپذیر است و انجام هر گونه برنامه بازسازی ذخائر و مولد سازی جهت تکثیر این گونه می بایست با در نظر گرفتن ذخائر ژنتیکی جمعیت های میگوی سرتیز در مناطق مورد مطالعه انجام پذیرد. در جمع بندی، نتایج به دست آمده از تحقیق حاضر که اولین بررسی در مورد ساختار ژنتیکی جمعیت میگوی سرتیز در آبهای ساحلی بندرعباس، بوشهر و خوزستان با استفاده از توالی یابی ژن میتوکندریایی 16srrna می باشد نشان داد که جمعیت میگوی سرتیز منطقه بندرعباس احتمالاً یک خزانه ژنی مستقل و جداگانه از دو منطقه دیگر می باشد. با توجه به اختلاف ژنتیکی دیده شده در جمعیت های میگوی سرتیز در مناطق خوزستان و بندرعباس مدیریت برداشت از ذخائر این گونه در قالب دو جمعیت احتمالی مجزا جهت حفظ ذخائر ژنتیکی این گونه اجتناب ناپذیر است و انجام هر گونه برنامه بازسازی ذخائر و مولد سازی جهت تکثیر این گونه می بایست با در نظر گرفتن ذخائر ژنتیکی جمعیت های میگوی سرتیز در مناطق مورد مطالعه انجام پذیرد.