Molecular characterisation and association mapping with morphological data of Colchicum L. species in the flora of turkey


Öğrenci: ABDURRAHMAN UMUT TÜYEL

Danışman: AHU ALTINKUT UNCUOĞLU

Özet:

TÜRKİYE FLORASINDA BULUNAN COLCHICUM L. TÜRLERİNİN MOLEKÜLER KARAKTERİZASYONU VE MORFOLOJİK VERİLER İLE GENOM DÜZEYİNDE İLİŞKİLENDİRME HARİTALAMASI Colchicum L. 100’den fazla türü ile soğan benzeri “korm” adı verilen yapılardan gelişen bir cins olup % 47’lik endemizm oranı ve 49 türü ile ülkemizde bulunan bir geofittir. Bu çalışmada Türkiye florasına ait Colchicum L. türlerinin 32 morfolojik karakteri ile Polimeraz Zincir Reaksiyonu (PZR) temelli moleküler markörler arasında genom çapında ilişkilendirme haritalaması gerçekleştirilmiş, ayrıca ilgili gen havuzında genetik çeşitlilik ve filogenetik ilişkiler araştırılmıştır. Rastgele Çoğaltılmış Polimorfik DNA (RAPD; Random Amplified Polymorphic DNA), Basit Dizi Tekrar Ara Bölgesi (ISSR; Inter Simple Sequence Repeat), Çoğaltılmış Parça Uzunluk Polimorfizmi (AFLP; Amplified Fragment Length Polymorphism) markörleri kullanılarak yapılan genotipleme çalışmalarında toplam 8459 allel belirlenmiştir. RAPD markörleri kullanılarak yapılan genotipleme çalışmasını takiben yapılan genetik çeşitlilik analizleri sonucunda RAPD markörleri için ortalama allel frekansı (MAF) 0.0353 ± 0.0319, ortalama allel sayısı (ANA) 143 ± 20.61, gen çeşitliliği (He) 0,986 ± 0.0088, ve polimorfizm bilgi içeriği (PIC) 0,989 ± 0.009 olarak bulunmuştur. Aynı analizler ISSR markörleri için sırasıyla 0.0241 ± 0.015, 155 ± 15.04, 0,992 ± 0.002635, 0.9923 ± 0.00269 olarak; AFLP markörler için ise sırasıyla 0.0193 ± 0.0089, 164 ± 3.46, 0.9936 ± 0.000469, 0.9936 ± 0.000412 olarak tespit edilmiştir. Genetik çeşitlilik analizlerine ek olarak morfolojik karakterler ve moleküler veriler kullanılarak Esas Bileşen Analizleri (PCA; Principal Component Analysis) yapılmıştır. Yapılan PCA sonucunda RAPD ve ISSR markörleri populasyonların 3 gruba ayrılmasını sağlarken, AFLP markörleri 5 gruba bölmüş ve morfolojik karakterler sonucunda herhangi bir gruplaşma görülmemiştir. Bu çalışmada aynı zamanda 168 genotip üzerinden 49 Colchicum L türüne yönelik PZR tabanlı markörler aracılığı ile filogenik incelemesi yapılmıştır. RAPD, ISSR ve AFLP markörleri kullanılarak oluşturulan 4 farklı “neighbor joining” kladogramında benzer sonuçlar rastlanamaması dolayısı ile tüm markörleri kapsayacak şekilde bir konsensus kladogram oluşturulmuştur. Bu konsensus kladogramında C.serpentinum woron and C.hirsutum K. Pers türlerinin birbirlerinden en uzak türler olarak bulunduğu saptanmıştır. İki farklı istatistiksel model (genel lineer model ve karışık lineer model) kullanılarak 32 morfolojik parametre ve 3623 RAPD, 3388 ISSR, 1441 AFLP markörleri arasında yapılan genom çapında ilişkilendirme haritalaması sonuçlarına göre R1114, R3358, A538, ve I2391 markörleri ile yaprak tüylülüğü arasında, I1527 ve I73 markörleri ile koku arasında (GLM) ile; R1114, A538 markörleri ile tüylülük arasında MLM ile anlamlı ilişkiler bulunmuştur. Bu çalışma genom dizisi mevcut olmayan, moleküler analizlerin son derece sınırlı olduğu Colchicum genusunda RAPD, ISSR, AFLP tipi dominant markörlerin kullanımıyla gerçekleştirilen ilk genom çapında ilişkilendirme haritalamasıdır. ABSTRACT MOLECULAR CHARACTERISATION AND ASSOCIATION MAPPING WITH MORPHOLOGICAL DATA OF COLCHICUM L. SPECIES IN THE FLORA OF TURKEY Colchicum L. is a perennial flowering genus containing over 100 species and grows bulb like corms which exists with 49 species in turkey with an endemism rate of 47%. In this study genetic diversity, phylogenetic relations, morphological characteristics of Colchicum L. species were investigated in addition to Genome-Wide Association Mapping of morphological characteristics to the molecular markers. The molecular genotyping was conducted by RAPD, ISSR and AFLP markers, and a total of 8459 alleles were produced by these marker types. Diversity analyses following to genotyping was conducted and The results indicated mean allele frequence (MAF) 0.0353 ± 0.0319, average number of alleles (ANA) 143 ± 20.61, gene diversity (He) 0.986 ± 0.0088, and polymorphism information content (PIC) 0,989 ± 0.009 for RAPD markers, (MAF) 0.0241 ± 0.015, (ANA) 155 ± 15.04, (He) 0.992 ± 0.002635, (PIC) 0.9923 ± 0.00269 for ISSR markers, and (MAF) 0.0193 ± 0.0089, (ANA) 164 ± 3.46, (He) 0.9936 ± 0.000469, (PIC) 0.9936 ± 0.000412 for AFLP markers respectively. Following to diversity analysis PCA was conducted for both molecular and morphological markers. While RAPD and ISSR markers were seperated the genotypes into 3 groups, AFLP markers seperated to 5 groups and morphological markers didn’t showed up any grouping on the genotypes. When both markers used as a whole data set the PCA analysis showed up 4 major groups. In this study the phylogenetic relations between 49 Colchicum species including 168 genotypes from flora of Turkey were investigated by Polymerase Chain Reaction (PCR)-based molecular markers. Four different neighbor joining cladograms were constituted accordance to the Random Amplified Polymorphic DNA (RAPD), Inter Simple Sequence Repeats (ISSR), Amplified Fragment Length Polymorphism (AFLP) markers. Due to not seeing the same cladograms through different marker types a consensus cladogram of all markers were constituted. In consensus cladogram of RAPD, ISSR and AFLP markers two species namely C.serpentinum woron and C.hirsutum K. Perss were seen as most distant genotypes. Based on Genome-wide association analysis with 3623 RAPD loci, 3388 ISSR loci and 1441 AFLP loci and 32 morphological characters with two different statistical models (GLM and MLM) a signficant association between R1114, R3358, A538, I2391 markers and leaf hairness, and I1527, I73 markers and odor were discovered by GLM while MLM showed significant association between R1114, A538 markers and leaf hairiness trait. In addition the use of RAPD, ISSR, and AFLP type of markers were used for the first time in an association mapping study that’s why the major statement of this dissertation should be “R1114 and A538 markers may be significantly in close relationship with a gene loci of leaf hairiness” This findings are very important for being the first associations found in Colchicum species.