نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 گروه تنوع زیستی و مدیریت اکوسیستمها، پژوهشکده علوم محیطی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران
2 گروه تنوع زیستی و مدیریت اکوسیستم،پژوهشکده علوم محیطی دانشگاه شهید بهشتی،تهران،ایران
3 گروه تنوع زیستی و مدیریت اکوسیستم، پژوهشکده علوم محیطی، دانشگاه شهید بهشتی،تهران، ایران
چکیده
کمتاران به طور کلی به عنوان یک گروه شناختهشده از بیمهرگان خاک با پراکنش جهانی، از دو نقطه نظر زیستمحیطی و تاکسونومیکی مورد توجه قرار گرفتهاند. در این پژوهش تنوعگونهای کرمهای کمتار از هفت ایستگاه رودخانهی جاجرود در فصول پاییز و زمستان مورد بررسی قرار گرفت. نمونهها با استفاده از روش ضربه و با کمک الک با چشمی ریزصید (500 میکرون) جمعآوری شدند. امروزه استفاده از روشهای نوین از جمله نشانگرهای ژنتیکی، شناخت دقیقتری از گونهها ارائه میدهند. به منظور ارزیابی تنوع و شناسایی گونهها، از روش مولکولی خط-شناسه گذاری DNA توسط ناحیه ژن میتوکندریایی سیتوکروم c اکسیداز زیرواحد یک (COI) و کلیدهای شناسایی مرفولوژیک استفاده شد. در طی مطالعه، پنج گونه از خانوادهی Lumbricidae و Naididae مربوط به سه جنس Eiseniella، Eisenia و Tubifex شناسایی شد. نمونههای شناساییشده عبارتند از Tubifex tubifex،Tubifex sp.، Eiseniella tetraedra، Eisenia fetida و Eisenia sp.. نتایج نشان داد گونه E. tetraedra فراوانترین گونه است که چهار دودمان مجزا را شامل میشود.
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
DNA Barcoding and species diversity of Oligochaeta in Jajrood River
نویسندگان [English]
1 Department of Biodiversity and Ecosystem Management,Enviromental Sciences Research Institute ,Shahid Beheshti University,Tehran,Iran
2 Department of Biodiversity and Ecosystem Management,Environmental sciences Research Institute,Shahid Beheshti University,G.C., Tehran,Iran
3 Department of Biodiversity and Ecosystem Management,Environmental Sciences Research Institute , Shahid Beheshti University, G.C., Tehran, Iran
چکیده [English]
Generally, oligochaetes as a well-known group of earthworm invertebrates with global distribution have been considered from two Ecological and taxonomical point of view. Species diversity of oligochaetes was investigated in Jajrood River, Caspian Southern basin, Iran. This research began in autumn and winter and specimens were collected from 7 collecting stations using a kick sampling approach across the river. Today, the use of modern methods, including genetic markers, provides a more accurate understanding of the species To evaluate the diversity and facilitate identification of the oligochaete species, both DNA barcoding, using the mitochondrial gene cytochrome c oxidase subunit I (COI), and morphological identification keys were utilized. As a result, five species including Tubifex tubifex, Tubifex sp., Eiseniella tetraedra, Eisenia fetida, and Eisenia sp. belonging to the families Lumbricidae and Naididae were identified. The results showed E. tetraedra to be the most abundant species, which consists of four divergent lineages in this river system.
کلیدواژهها [English]
خطشناسه گذاری DNA و بررسی تنوعگونهای کرمهای کمتار رودخانه جاجرود
زرانگیس نهاوندی، اصغر عبدلی*، فراهم احمدزاده و محمد جاویدکار
ایران، تهران، دانشگاه شهید بهشتی، پژوهشکده علوم محیطی، گروه تنوع زیستی و مدیریت اکوسیستمها
تاریخ دریافت: 14/5/1398 تاریخ پذیرش: 10/6/1399
چکیده
کمتاران به طورکلی به عنوان یک گروه شناختهشده از بیمهرگان خاک با پراکنش جهانی، از دو نقطه نظر زیستمحیطی و تاکسونومیکی مورد توجه قرارگرفتهاند. دراین پژوهش تنوعگونهای کرمهای کمتار از هفت ایستگاه رودخانهی جاجرود در فصول پاییز و زمستان مورد بررسی قرارگرفت. نمونهها با استفاده از روش ضربه و با کمک الک با چشمی ریزصید (۵۰۰ میکرون) جمعآوری شدند. امروزه استفاده از روشهای نوین از جمله نشانگرهای ژنتیکی، شناخت دقیقتری از گونهها ارائه میدهند. به منظور ارزیابی تنوع و شناسایی گونهها، از روش مولکولی خطشناسه گذاری DNA توسط ناحیه ژن میتوکندریایی سیتوکروم c اکسیداز زیرواحد یک (COI) و کلیدهای شناسایی مرفولوژیک استفاده شد. در طی مطالعه، پنج گونه از خانوادهی Lumbricidae و Naididae مربوط به سه جنس Eiseniella، Eisenia و Tubifex شناسایی شد. نمونههای شناساییشده عبارتند از Tubifex tubifex،Tubifex sp.،Eiseniella tetraedra، Eisenia fetida و Eisenia sp.. نتایج نشان داد گونه
E. tetraedra فراوانترین گونه است که چهار دودمان مجزا را شامل میشود.
واژههای کلیدی: خطشناسه گذاری DNA، تنوعگونهای، کمتاران، رودخانه جاجرود
* نویسنده مسئول، تلفن: 09123977258، پست الکترونیکی: A_Abdoli@sbu.ac.ir
مقدمه
در مناطق خشک و نیمهخشک ایران، رودخانههای آب شیرین از مهمترین اکوسیستمهای آبی هستند که از نظر تنوع زیستی و تأمین آب آشامیدنی مورد توجه قرارگرفتهاند (۲ و ۲1). رودخانهی جاجرود یکی از رودخانههای مهم حوضههای آب شیرین کشور است که به علت وجود پارکهای ملی سرخهحصار و خجیر در داخل منطقه حفاظتشدهی جاجرود از اهمیت ویژهای برخوردار است (3). این رودخانه با دارا بودن شیب زیاد، بستر سنگلاخی و انجام عمل خودپالایی کامل، اکوسیستمی مناسب برای موجودات آبزی (4) و یکی از منابع تأمینکنندهی بخش عمدهی آب شرب شهر تهران محسوب میشود که انواع متنوعی از آبزیان با ارزش را در خود جای داده است (۱). اغلب فراوانترین کفزیان با توزیع جهانی در اکوسیستمهای آب شیرین، کمتاران (Oligochaeta) هستند (۱4). چندین خانواده از کرمهای کمتار موجود است که ساکن محیطهای دریایی و یا آب شیرین هستند. کرمهای آب شیرین در طیف وسیعی از زیستگاهها مانند چشمهها، آبهای زیرزمینی، رودخانهها، خورها، استخرهای کوچک موقتی تا اعماق زیاد دریاچههای بزرگ زندگی میکنند (38). آنها در ساختار رسوبات اکوسیستم آب شیرین و در چرخهی غذایی نقش مهمی ایفا میکنند و انواع مختلف موجودات مانند باکتریها، قارچها، گیاهان و حیوانات دیگر را در این چرخه به هم متصل میکنند (36). فعالیت آنها، افزایش معدنی کردن مواد آلی، فعالیت میکروبی و هوادهی رسوبات را به دنبال دارد (۳2). همچنین جذب اکسیژن و نیتراتزدایی به هنگام فراوانی بالای این موجودات، افزایش مییابد (۴2) و درنهایت نقش مهمی در حفظ کیفیت و حاصلخیزی خاک ایفا میکنند (۵0). بعضی از کفزیان برای ارزیابی کیفیت اکوسیستمهای آبی کاربرد دارند که کمتاران آبزی بهعنوان شاخصهای زیستی بسیار عالی از تغییرات محیطی محسوب میشوند (10).
تقریباً ۱۱۰۰ گونه از گونههای شناختهشده زیرردهی کمتاران (بیش از ۵۰۰۰ گونه)، در آبهای شیرین زندگی میکنند (۳0) که تاکنون تنها ۲۶ گونهی آبزی در آبهای داخلی ایران فقط براساس ریختشناختی ثبت شدهاند (5،21،22،38). باتوجه به ویژگیهای جغرافیای کشور ایران مانند بزرگی منطقه، مناطق کوهستانی و همچنین ویژگیهای منحصربهفرد شبکه هیدرولوژیکی، به احتمال زیاد گونههای بسیاری از ایران هنوز گزارش نشدهاند (۲2).
امروزه خطشناسه گذاری DNA بهعنوان یک روش مولکولی جهت شناسایی گونهها و ارزیابی تنوع زیستی به کار برده میشود و توانسته تا حدودی مشکلات تاکسونومی کلاسیک را برطرف کند (16 و 44). هدف از این مطالعه بررسی تنوع گونهای و ژنتیکی کمتاران رودخانهی جاجرود بااستفاده از روش خط شناسه گذاری DNA است.
مواد و روشها
نمونهبرداری در فصلهای پاییز (آبان ماه) و زمستان (اسفند ماه) در هفت ایستگاه از حاشیه تا وسط بستر رودخانهی جاجرود انجام شد (شکل۱). نوع بستر در ایستگاهها به طور غالب قلوهسنگی و عمق نمونهبرداری بسته به رودخانه و ایستگاه از حدود 30 تا 100 سانتیمتر متفاوت بود. مختصات جغرافیایی ایستگاههای نمونهبرداری به وسیلهی GPS (Garmin eTrex Legend) ثبت شد (جدول۱).
شکل ۱- نقشه ایستگاههای مورد مطالعه در رودخانه جاجرود با استفاده از نرمافزار ArcGIS
(عبارتند از آبنیک، آبنیک پایین، شمشک، فشم، آهار، حاجیآباد، سعیدآباد)
جدول ۱- مشخصات ایستگاههای نمونهبرداری از رودخانه جاجرود
ارتفاع (m) |
طول جغرافیایی |
عرض جغرافیایی |
کد ایستگاه |
نام ایستگاه |
2404 |
697/37 °51 شرقی |
'197/59 °35 شمالی |
J1 |
آبنیک (ABN) |
2175 |
763/34 °51 شرقی |
'573/57 °35 شمالی |
J2 |
آبنیک پایین (ABL) |
1970 |
542/31 °51 شرقی |
'681/55 °35 شمالی |
J3 |
شمشک (SHM) |
1963 |
563/31 °51 شرقی |
'675/55 °35 شمالی |
J4 |
فشم (FSH) |
2097 |
808/27 °51 شرقی |
'039/56 °35 شمالی |
J5 |
آهار (AHR) |
1839 |
163/32 °51 شرقی |
'511/52 °35 شمالی |
J6 |
حاجیآباد (HAJ) |
1433 |
''52 '41 °51 شرقی |
''5/40 '43 °35 شمالی |
J7 |
سعید آباد-نزدیک ورودی پارک ملی خجیر (SAI) |
نمونهها با استفاده از روش ضربه و با کمک الک با چشمی ریزصید (۵۰۰ میکرون) جمعآوری و در لولههای حاوی الکل ۹۶% قرار داده شدند. الکل هر نمونه جهت ماندگاری و کیفیت بهتر نمونه، ۳ تا ۴ بار در طول روز اول با همان درصد الکل تعویض شد. سپس، نمونهها به آزمایشگاه مولکولی دانشگاه شهید بهشتی منتقل و در دمای °20- سانتیگراد نگهداری شدند.
استخراج DNA و واکنش زنجیرهای پلیمراز (PCR): نمونهها براساس کلیدهای شناسایی برینکهرست (1986، 1971)، پیندر (2010) و جابلونسکا و پسیک (2014) شناخته و کدگذاری شدند (12،13،25،37). این مرحله قبل از انجام استخراج در آزمایشگاه تنوع زیستی با استریومیکروسکوپ با بزرگنمایی ۵ (شرکت
Nisho Optical، ژاپن ) انجام شد.
برش کوچکی از قسمت انتهایی بدن نمونهها تهیه و از پروتکل Gentra (شرکت Qiagen، امریکا) برای استخراج DNA استفاده شد (۴1). در این مطالعه از ژن میتوکندریایی سیتوکروم c اکسیداز زیرواحد یک (COI) استفاده شد. واکنشهای زنجیرهای پلیمراز مطابق با جدول ۲، انجام شد (۲1 و 47). بعد از انجام PCR، محصولات هدف تکثیرشده (جدول3) برای توالییابی به شرکت ماکروژن کرهجنوبی فرستاده شدند (29).
جدول ۲- چرخه حرارتی PCR انجام شده برای کمتاران
مراحل PCR |
دما(° C) |
زمان |
|
واسرشتهسازی اولیه |
94 |
3 دقیقه |
|
واسرشتهسازی |
94 |
30 ثانیه |
34 سیکل |
اتصال |
48 (متغیر) |
30 ثانیه |
|
طویل سازی |
72 |
1 دقیقه |
|
طویل شدن نهایی |
72 |
5 دقیقه |
|
خنک شدن |
25 |
2 دقیقه |
|
جدول ۳- مشخصات مواد مورد نیاز برای انجام PCR
حجم (میکرولیتر) |
مواد |
5/12 |
مسترمیکس RED |
5/9 |
آب |
1 |
آغازگر پیشرو (LCO1490 ) |
1 |
آغازگر معکوس (HCO2198) |
1 |
DNA |
25 |
حجم نهایی |
آنالیزهای ژنتیکی: درمجموع ۱۸۰ نمونه جمعآوری شد و ۴۰ توالی (از هرایستگاه ۲ تا ۱۲ فرد) انتخاب شد. توالیها با نرمافزار Geneious v.11.1.4 (25) ویرایش شدند و سپس با استفاده از الگوریتم Blastn مربوط به Genbank از همساختی و تعلق توالیها به کرمهای کمتار اطمینان حاصل شد. همردیفسازی با الگوریتم MAFFT انجام شد (۲4). مجموعه دادهها به طور میانگین ۶۳۳ جفت باز طول داشت. توالیها سپس به صورت چشمی کنترل شدند تا از عدم خطاهای نرمافزاری در همردیفسازی اطمینان حاصل شود.
از یک گونه پرتارHermodice carunculata (Pallas, 1766) برای ریشهدار کردن درختهای فیلوژنتیکی استفاده شد (Accession Number: KF878476.1). جهت تعیین بهترین مدل جایگزینی نوکلئوتیدی برای تفسیر و آنالیز دادهها از نرمافزار Modeltest v.3.7 استفاده شد (39). طبق این آزمون، مدل نوکلئوتیدی TVM + G + I برای تحلیلهای فیلوژنتیکی انتخاب شد.
آنالیز درخت بیشینهی احتمال (Maximum Likelihood) با استفاده از نرمافزار v.1.6.1 IQ TREE با Bootstrap 1000 انجام شد (۳3). برای ویرایش درختهای ژنتیکی از نرمافزار FigTree v.1.4.3 استفاده شد (۴3). برای آنالیز شبکه هاپلوتایپی و مشاهدات روابط هاپلوتایپی گونههای این مطالعه و همچنین توالیهای گونههای موجود در بانک ژن از سایر نقاط جهان شامل آمریکا، فرانسه، آلمان، روسیه، انگلستان و نروژ (جدول ۴) برای ژن میتوکندریایی COI از نرمافزارHaplotype viewer (www.cibiv.at/~greg/haploviewer) براساس Median joining استفاده شد (46). فواصل ژنتیکی (P-distance) میان افراد مورد مطالعه در درون و بین گونه برای ژن میتوکندریایی COI با استفاده از نرمافزار v.10.0.1 MEGA-X محاسبه شد (27). به منظور بررسی شاخصهای تنوعژنتیکی (تنوع هاپلوتایپ و تنوع نوکلئوتیدی) از نرمافزار DnaSP v.6.11 استفاده شد (45).
نتایج
تنوع کمتاران در رودخانه جاجرود: براساس درخت بیشینه احتمال، میزان Bootstrap برای گرهها عمدتاً بالای ۹۰ درصد بود. پنج گونه از سه جنس Eiseniella، Eisenia و Tubifex شناسایی شد و سه کلاد مجزا از هم را تشکیل دادند. کلاد اول، Eiseniella tetraedra با تشکیل یک گروه هم نیا (BP=98) چهار دودمان (Lineage) مجزا را شامل شد که دودمان B و C با یکدیگر تشکیل رابطهی خواهری (BP=96) دادند. کلاد دوم شامل Eisenia fetida و Eisenia sp. (BP=98) و کلاد سوم Tubifex tubifex و Tubifex sp. را شامل شد (BP=100) (شکل ۲).
شکل ۲- درخت بیشینه احتمال با استفاده از ژن میتوکندریایی COI. مناسبترین مدل تکاملی نوکلئوتیدی برای این دادههای ژنیTVM + G + I محاسبه شد. درخت با استفاده از گونهی carunculata (Pallas, 1766) Hermodice ریشهدار شد. آزمون نسبت تقریبی احتمال برای هر شاخه و همچنین میزان Bootstrap برای هرگره به ترتیب روی هر شاخه با دو مقدار مشخص شده است (SH-aLRT support (%) / ultrafast bootstrap support (%) values). دودمانهای E. tetraedra براساس رنگ خاص خود تفکیکشدهاند (آبی: دودمان B، بنفش: دودمان C، زرد: دودمان A، سبز: دودمان D)
جدول ۴- مشخصات توالی مولکولی نمونههای کرمهای کم تار رودخانه جاجرود و توالیهای گرفتهشده از بانک ژن (ENG: انگلستان، GER: آلمان، USA: آمریکا، FRC: فرانسه، RUS: روسیه، NWR: نروژ). توالیها از ردیف ۱تا ۴۰ متعلق به رودخانهی جاجرود و از ردیف ۴۱ تا ۵۲ متعلق به سایر نقاط جهان است
ردیف |
گونه |
دودمان |
خانواده |
GenBank Accession number |
ES number |
مکان |
1 |
Eiseniella tetraedra |
A |
Lumbricidae |
MT271113 |
61-ES2159 |
J6 |
2 |
Eiseniella tetraedra |
A |
MT271114 |
65-ES2151 |
J 6 |
|
3 |
Eiseniella tetraedra |
A |
MT271115 |
73-ES2003 |
J1 |
|
4 |
Eiseniella tetraedra |
A |
MT271116 |
75-ES2005 |
J1 |
|
5 |
Eiseniella tetraedra |
A |
MT271112 |
49-ES2059 |
J3 |
|
6 |
Eiseniella tetraedra |
A |
MT271117 |
68-ES2093 |
J5 |
|
7 |
Eiseniella tetraedra |
B |
MT271102 |
66-ES2152 |
J6 |
|
8 |
Eiseniella tetraedra |
B |
MT271099 |
36-ES2060 |
J3 |
|
9 |
Eiseniella tetraedra |
B |
MT271101 |
62-ES2161 |
J6 |
|
10 |
Eiseniella tetraedra |
B |
MT271100 |
63-ES2164 |
J6 |
|
11 |
Eiseniella tetraedra |
C |
MT271054 |
76-ES2266 |
J7 |
|
12 |
Eiseniella tetraedra |
C |
MT271055 |
85-ES2275 |
J7 |
|
13 |
Eiseniella tetraedra |
C |
MT271056 |
48-ES2084 |
J4 |
|
14 |
Eiseniella tetraedra |
C |
MT271065 |
50-ES2071 |
J3 |
|
15 |
Eiseniella tetraedra |
C |
MT271060 |
79-ES2269 |
J7 |
|
16 |
Eiseniella tetraedra |
C |
MT271064 |
82-ES2272 |
J7 |
|
17 |
Eiseniella tetraedra |
C |
MT271063 |
78-ES2268 |
J7 |
|
18 |
Eiseniella tetraedra |
C |
MT271061 |
30-ES2028 |
J2 |
|
19 |
Eiseniella tetraedra |
C |
MT271062 |
29-ES2027 |
J2 |
|
20 |
Eiseniella tetraedra |
C |
MT271059 |
81-ES2271 |
J7 |
|
21 |
Eiseniella tetraedra |
C |
MT271058 |
80-ES2270 |
J7 |
|
22 |
Eiseniella tetraedra |
D |
MT271083 |
71-ES2001 |
J1 |
|
23 |
Eiseniella tetraedra |
D |
MT271087 |
67-ES2086 |
J5 |
|
24 |
Eiseniella tetraedra |
D |
MT271082 |
69-ES2094 |
J5 |
|
25 |
Eiseniella tetraedra |
D |
MT271086 |
27-ES2046 |
J2 |
|
26 |
Eiseniella tetraedra |
D |
MT271074 |
77-ES2267 |
J7 |
|
27 |
Eiseniella tetraedra |
D |
MT271077 |
74-ES2004 |
J1 |
|
28 |
Eiseniella tetraedra |
D |
MT271079 |
56-ES2117 |
J5 |
|
29 |
Eiseniella tetraedra |
D |
MT271078 |
72-ES2002 |
J1 |
|
30 |
Eiseniella tetraedra |
D |
MT271084 |
1-ES2018 |
J2 |
|
31 |
Eiseniella tetraedra |
D |
MT271076 |
28-ES2006 |
J2 |
|
32 |
Eiseniella tetraedra |
D |
MT271081 |
54-ES2096 |
J5 |
|
33 |
Eiseniella tetraedra |
D |
MT271080 |
55-ES2111 |
J5 |
|
34 |
Eiseniella tetraedra |
D |
Lumbricidae |
MT271089 |
4-ES2034 |
J2 |
35 |
Eiseniella tetraedra |
D |
MT271088 |
ES2029-2 |
J2 |
|
36 |
Tubifex sp. |
Naididae |
MT271128 |
ES2273-83 |
J7 |
|
37 |
Tubifex sp. |
Naididae |
MT271129 |
ES2274-84 |
J7 |
|
38 |
Eisenia fetida |
Lumbricidae |
MT271119 |
ES2083-42 |
J4 |
|
39 |
Eisenia sp. |
Lumbricidae |
- |
ES2276-86 |
J7 |
|
40 |
Tubifex tubifex |
Naididae |
MT271130 |
ES2277-87 |
J7 |
|
41 |
Eiseniella tetraedra |
A |
Lumbricidae |
KY284189.1 |
- |
ENG |
42 |
Eiseniella tetraedra |
A |
Lumbricidae |
KY284336.1 |
- |
GER |
43 |
Eiseniella tetraedra |
A |
Lumbricidae |
KY284292.1 |
- |
USA |
44 |
Eiseniella tetraedra |
B |
Lumbricidae |
KY284226.1 |
- |
FRC |
45 |
Eiseniella tetraedra |
B |
Lumbricidae |
KY284232.1 |
- |
USA |
46 |
Eiseniella tetraedra |
R |
Lumbricidae |
KY284297.1 |
- |
GER |
47 |
Eiseniella tetraedra |
C |
Lumbricidae |
KY289303.1 |
- |
RUS |
48 |
Eiseniella tetraedra |
C |
Lumbricidae |
KY289302.1 |
- |
USA |
49 |
Eiseniella tetraedra |
C |
Lumbricidae |
KY284293.1 |
- |
GER |
50 |
Eiseniella tetraedra |
D |
Lumbricidae |
KY284324.1 |
- |
ENG |
51 |
Eiseniella tetraedra |
D |
Lumbricidae |
KY284309.1 |
- |
USA |
52 |
Eiseniella tetraedra |
D |
Lumbricidae |
KY284202.1 |
- |
NWR |
فاصله ژنتیکی: میانگین فاصلهی ژنتیکی بینگونهای
(p-distance) بین 2/18-1/25 % است. تغییرات فاصلهی ژنتیکی درونگونهای بین دودمانهای E. tetraedra (دودمانهای A، B، C و D) بهصورت تقریبی بین 2-10 % محاسبه شد (جدول ۵).
جدول ۵- فاصله ژنتیکی تصحیحنشده براساس ژن COI بین گروههای مختلف گونهای کرمهای کمتار رودخانه جاجرود
(A، B، C و D دودمانهای گونهی E. tetraedra هستند)
|
Tubifex tubifex |
Tubifex sp. |
Lineage A |
Lineage B |
Lineage D |
Lineage C |
Eisenia fetida |
Tubifex tubifex |
|||||||
Tubifex sp. |
182/0 |
||||||
Lineage A |
230/0 |
243/0 |
|||||
Lineage B |
241/0 |
247/0 |
022/0 |
||||
Lineage D |
231/0 |
251/0 |
091/0 |
097/0 |
|||
Lineage C |
232/0 |
248/0 |
084/0 |
086/0 |
063/0 |
||
Eisenia fetida |
241/0 |
243/0 |
210/0 |
208/0 |
217/0 |
195/0 |
|
Eisenia sp. |
224/0 |
243/0 |
217/0 |
221/0 |
211/0 |
204/0 |
080/0 |
شبکه هاپلوتایپی برای گونهی E. tetraedra در ایران و نقاط مختلف جهان: شبکه هاپلوتایپی درمجموع هشت هاپلوتایپ را تشکیل داد که دودمان A یک هاپلوتایپ، دودمان B یک هاپلوتایپ، دودمان C دو هاپلوتایپ و دودمان D چهار هاپلوتایپ را شامل شد. دودمان D بیشترین فراوانی (۴۰ درصد) را نشان داد. هاپلوتایپ دودمان A با آمریکا، انگلستان و آلمان، هاپلوتایپ دودمان B با آمریکا و فرانسه، هاپلوتایپهای دودمان C با آمریکا، روسیه و آلمان و هاپلوتایپهای دودمان D با آمریکا، انگلستان و نروژ تشکیل هاپلوتایپهای مشترک دادند (شکل ۳).
شکل ۳- شبکه هاپلوتایپ ترسیمشده بین هاپلوتایپهای موجود دودمانهای این مطالعه و توالیهای گرفتهشده از بانک ژن برای گونهی E. tetraedra براساس ژن میتوکندریایی COI. گرههای آبی جهشها هستند که با عدد (1) نشان داده شد. هر ایستگاه و کشور بر اساس رنگ خاص خود تفکیک شدهاند. (آبنیک:ABN، آبنیکپایین:ABL، حاجیآباد:HAJ، آهار:AHR، شمشک:SHM، فشم:FSH، سعیدآباد:SAI، آلمان:GER، آمریکا:USA، فرانسه:FRC، روسیه:RUS، نروژ:NWR، انگلستان:ENG)
بررسی ساختار جمعیتی- تنوع ژنتیکی E. tetraedra: مطابق جدول ۶، بیشترین تنوع هاپلوتایپی و بیشترین تنوع نوکلئوتیدی در ایستگاه شمشک (به ترتیب ۱ و ۰۰۶۲/۰) و کمترین تنوع هاپلوتایپی در ایستگاه سعیدآباد (۲۵/۰) و کمترین تنوع نوکلئوتیدی در ایستگاههای حاجیآباد و سعیدآباد (به ترتیب ۰۱۲/۰ و ۰۰۱۵/۰) محاسبه شد. همچنین مقدار تنوع نوکلئوتیدی کم بهدست آمد. بهطورکلی مقدار تنوع هاپلوتایپی و نوکلئوتیدی دودمانهای E. tetraedra در ایستگاههای بالادست و میاندست رودخانه بالاتر از پاییندست رودخانه محاسبه شد.
جدول ۶- شاخصهای تنوع هاپلوتایپ (h) و نوکلئوتید (π) گونهی E. tetraedra در هر ایستگاه
|
آبنیک |
آبنیک پایین |
شمشک |
فشم |
آهار |
حاجیآباد |
سعیدآباد |
h |
6/0 |
81/0 |
1 |
- |
333/0 |
8/0 |
25/0 |
π |
05/0 |
03/0 |
062/0 |
- |
028/0 |
012/0 |
015/0 |
محاسبهی شاخصهای تنوع برای ایستگاه فشم به علت داشتن تنها یک توالی مقدور نشد زیرا شرط محاسبه داشتن بیش از یک توالی است. |
فراوانی کمتاران در هر ایستگاه نمونهبرداری: بیشترین درصد فراوانی گونه در تمامی ایستگاهها برای
E. tetraedra ثبت گردید (87%). فراوانی گونههای
E. fetida، Eisenia sp.، Tubifex sp. و T. tubifex بین 2-5 درصد محاسبه شدند (شکل ۴).
شکل ۴- فراوانی کل گونههای کرم کمتار براساس درصد در ایستگاههای نمونهبرداری در رودخانه جاجرود
بحث و نتیجهگیری
مطالعات اندکی در خصوص تنوعزیستی کرمهای کمتار ایران صورت گرفته است و تحقیقات انجامگرفته تنها بر اساس ریختشناختی گونهها را شناسایی کرده است: اولین اطلاعات از کمتاران آبهای داخلی ایران، در سال 1920 با ثبت چهارگونه Chaetogaster diastrophus، Chaetogaster limnaei، Nais communis و Stylarialacustris گزارش شد (48). از سال 1996 پژوهشهای بیشتری در رابطه با کمتاران آبزی انجام شد. برای اندازهگیری فلزات سنگین در رسوبات سطحی در تالاب انزلی، بزرگ بیمهرگان کفزی را به عنوان شاخص زیستی مورد سنجش قرار دادند و Tubifex tubifex در این تالاب شناسایی شد (40). در رودخانههای جاجرود و برغان نمونههایی از بیمهرگان کفزی جمعآوری شدند که Tubifex tubifex وEiseniella sp. شناسایی شدند (18). با مطالعهی تنوع زیستی گونههای بیمهره کفزی در رودخانه ارس، چهار گونه از کمتاران آبزی ثبت شدند که شامل سه گونه جدید Aulodrilus pigueti، Branchiura sowerbyi و Spirosperma ferox شدند (7). با بررسی بزرگ بیمهرگان تالاب زرینه در جنوب دریاچه، تنها Branchiura sowerbyi و Limnodrilus hoffmeisteri گزارش شدند (6). در رودخانه جاجرود Ophidonais serpentina، گونهای جدید از کمتاران آبزی نیز گزارش شد (8). ده گونه از کمتاران طی مطالعهی بیمهرگان رودخانه زرینهرود ثبت شدند که چهار گونه جدید Limnodrilus udekemianus، Lumbriculus variegatus، Rhyacodrilus coccineus و Aulophorus furcatus را شامل شد (5). برای کاهش میزان لجن زبالههای زیستی تولیدشده در تأسیسات تصفیه فاضلاب در اهواز کرمهای آبزی به کار برده شدند که Lumbriculus variegatus شناسایی شد (9).
براساس چکلیست بهروز شده کمتاران آبزی ایران در سال 2014، علاوه بر ۱۴ گونه شناساییشده از مطالعات قبل، پنج گونه جدید Dero dorsalis، Embolocephalus velutinus، Haplotaxis gordioides، Pristina breviseta و Psammoryctides albicola شناسایی و ثبت شدند (22). این چکلیست با مطالعه نمونهها در رسوبات کف و پوشش گیاهی آبزی در تالاب بینالمللی انزلی با ثبت هفت گونه جدیدLimnodrilus claparedeianus، Potamothrix hammoniensis، Potamothrix bedoti، Nais pardalis، Dero digitata، Slavina appendiculata و Mesenchytraeus sp. بهروز شد (35).
در مطالعهی حاضر برای اولین بار از روش مولکولی جهت بررسی تنوعگونهای کمتاران آبزی استفاده شد. باتوجه به شکل ۲، پنج گونه شناسایی شد. دوگونه آبزی از خانواده Naididae، T. tubifex و Tubifex sp. ثبت شد. نتایج مطالعات چنگ و جیمز (2011) نشان میدهد که فاصلهی ژنتیکی کمتر از ۹ درصد گونه مشابه و بالاتر از ۱۵ درصد دو گونه را مجزا میکند (۱4). T. tubifex و Tubifex sp. با میانگین فاصلهی ژنتیکی بالا (جدول ۵) و قرار گرفتن در کلاد مجزا با ساپورت بالا (شکل ۲) به احتمال زیاد، دو گونه مجزا از هم محسوب میشوند. فقط T. tubifex در مطالعات گذشته نیز گزارش شد (5،18،34،40). از خانواده Lumbricidae، دو گونه احتمالاً خشکیزی Eisenia sp. و E. fetida و چهار دودمان مجزا از گونه نیمهآبزی
E. tetraedra ثبت شدند. گونه غیربومیE. fetida به صورت تصادفی در این مطالعه یافت شد که در سرتاسر جهان معرفی شده است. محدودهی اصلی آن آسیای مرکزی است، درحالیکه محدودهی فعلی آن به اروپا، آمریکای شمالی، آمریکای جنوبی، آفریقا، آسیا و استرالیا گسترش یافته است (15،20،28). T. tubifex، Tubifex sp. و Eisenia sp. تنها در ایستگاه سعیدآباد، E. fetida به صورت تصادفی فقط در ایستگاه فشم و دودمانهای
E. tetraedra در هر هفت ایستگاه مشاهده شدند (جدول۴). با توجه به مطالعات یابلوسکا و پسیچ در سال 2014، کشور ایران با دارا بودن ویژگیهای جغرافیایی و هیدرولوژیکی منحصربهفرد، تنوعگونهای بالایی از کرمهای کمتار در رودخانه انتظار میرفت (۲2)، اما در مطالعه حاضر تنوع آنها اندک بود. دراین مطالعه فراوانترین (۸۷%) نمونههای بهدستآمده متعلق به گونه E. tetraedra است (شکل۴) که چهار دودمان مجزا را تشکیل داد (شکل۲). E. tetraedra بومی مناطق غربی اروپا است که در حال حاضر عمدتاً در مناطق معتدل در هر دو نیمکره جهان گسترش یافته است و به اکثر نقاط جهان معرفی شده است (11 و 15). این گونه در مناطق غربی کالیفرنیا (49)، ژاپن (۱1)، استرالیا (۳1) و نیوزلند (26) بهعنوان گونه غیربومی از خانواده Lumbricidae شناخته شده است. در ایران نیز در کوههای البرز مرکزی در طول رودخانههای هراز و چالوس، غرب استان مازندران، استان تهران، استان کهگیلویه و بویراحمد و همچنین در دو رودخانهی حفاظتشدهی کوهستانهای البرز جنوبی (کرج و جاجرود) به ثبت رسیده است که زیستگاههای مرطوب را ترجیح میدهد، بنابراین در مناطق البرز و غرب مازندران به علت رطوبت و بارندگی بیشتر، توزیع گستردهتری دارد (19،20،23،28). نتایج مطالعه مارتینسون و همکاران (2015) با نتایج مطالعهی حاضر مطابقت دارد.
E. tetraedra که منشأ اروپایی دارد، دودمانهای آن در استرالیا بهعنوان گونهی غیربومی تنوع ژنتیکی درونگونهای بالایی (بین 0- 5/%5) داشت. این گونه با نمونههای دیگر از نقاط مختلف جهان (اروپا، آمریکای شمالی و مرکزی و آسیای شرق دور) هاپلوتایپهای مشترک تشکیل داد (۳5). در مطالعهی حاضر نیز دودمانهای E. tetraedra هاپلوتایپهای مشترک با سایر نقاط جهان تشکیل دادند (شکل۳) و تنوع درونگونهای بین10-2% را در طول رودخانه جاجرود نشان دادند (جدول۵). جاویدکار و همکاران (2020) پژوهش مشابه و بهطور همزمان در رودخانههای کرج و جاجرود انجام دادند که نتایج یکسانی با مطالعهی حاضر به دنبال داشت. E. tetraedra فراوانترین گونه با شش دودمان مجزا بود و دودمانهای آن با سایر نقاط جهان، تشکیل هاپلوتایپهای مشترک دادند. همچنین عدم ساختار جمعیتی مشخص از احتمال معرفی شدن توسط انسان حمایت میکند و فراوانی گونههای بومی را تحت تأثیر قرار داده است (۲3). عوامل مختلفی میتواند فراوانی این گونه را تحت تأثیر قرار دهد. یکی از علل گسترش E. tetraedra در اکثر مناطق جهان، تولیدمثل بکرزا (Parthenogenetic) آن است که قادر است تعداد زیادی پیله (Cocoon) تولید کند. نتایج دسوسا و همکاران (2017) نشان داد که دودمانهای این گونه تنوع ژنتیکی بالایی را در اسپانیا نشان دادند و ساختار جمعیتی مشخصی نداشتند که بیشترین تنوع دودمانها در میاندست محاسبه شد (17). در مطالعه حاضر نیز نتایج مشابه بود و در میاندست و بالادست، بیشترین تنوع را داشتند. تنوع پایین محاسبهشده در پاییندست، تأثیر فعالیتهای انسان و شرایط نامساعد بر تنوع ژنتیکی را نشان میدهد (جدول۶). باتوجه به فراوانی بالای E. tetraedra در رودخانه جاجرود ارزیابی اثرات و شناخت خطرات بالقوه اکولوژیک و تهدیدات آن بسیار ضروری است.