Phylogenetic analysis of Colchicum L. species with chloroplast genome-specific markers


Öğrenci: MEHMET AYDEMİR

Danışman: AHU ALTINKUT UNCUOĞLU

Özet:

COLCHICUM L. TÜRLERİNİN KLOROPLAST GENOMUNA ÖZGÜ MARKÖRLER İLE FİLOGENETİK ANALİZİ Colchicum türlerinin moleküler yöntemler kullanılarak taksonomik sınıflandırılmasını amaçlayan çalışmaların sayısı oldukça sınırlıdır. Colchicum türlerinin yaygın dağılımı ve çok sayıda endemik türlerin bulunması, Türkiye’nin Colchicum çeşitliliği açısından önemli bir merkez olduğunun göstergesidir. Otuzikisi endemik 49 tür ve 16 aday türü kapsayan toplam 168 Colchicum populasyonunda, kloroplast genomuna ait trnT-trnL-trnF genler arası bölgelerin DNA dizi analiz bilgilerine göre filogenetik ilişkiler incelenmiştir. Bitki örnekleri Atatürk Bahçe Kültürleri Merkez Araştırma Enstitüsü (ABKMAE - Yalova)’nden temin edilerek genomik DNA’ları izole edilmiştir. Bu çalışmada kloroplast genomunun kodlama yapmayan trnT-trnL-trnF bölgeleri Polimeraz Zincir Reaksiyonu (PZR) çoğaltılarak “ABI 310 Genetik Analiz Sistemi’nde dizi analizleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen dizi bilgileri ClustalW programı kullanılarak karşılaştırılmıştır. Tez çalışmasında yer alan ve Türkiye’nin yedi coğrafik bölgesinden toplanmış Colchicum genotiplerinin muhtemel alt gruplarını da içeren genel populasyon yapısını belirlemek amacıyla STRUCTURE (v.2.3) yazılımı kullanılmıştır. Bu gen havuzunda yer alan Colchicum genotiplerinin populasyonlar içindeki genetik varyasyonlarını ortaya koymak için GenAlEx (v.6.41) programı kullanılarak Temel Bileşen Analizi (PCA - Principal Component Analysis) gerçekleştirilmiştir. Filogenetik analiz için MEGA 6.06 programı kullanılarak Neigbour-joining temelli genetik ağaç oluşturulmuştur. PCA, STRUCTURE ve filogenetik analizler büyük uyum göstermiştir. Analizler genotipleri iki gruba ayırmıştır. En büyük farklılık C6501 (C. kurdicum (Bornm.) Stef.) ve C4207 (C. variegatum Linnaeus) populasyonları arasında 0.023 olarak bulunmuştur. Tür adayları kısmen birbirlerinden ayrılmıştır. Colchicum üzerine simdiye kadar çok az filogenetik araştırma yapılmıştır. Analizlerimiz, Colchicum türleri içindeki filogenetik boşlukları doldurmak adına önemli bilgiler sunmuş ve Colchicum cinsi hakkındaki bilgilerimizi arttırmıştır. ABSTRACT PHYLOGENETIC ANALYSIS OF COLCHICUM L. SPECIES WITH CHLOROPLAST GENOME-SPECIFIC MARKERS The number of studies aimed to tackle the taxonomic classification of Colchicum species via molecular tools is extremely limited. Occurrence of the high frequencies of Colchicum species in Turkey and the elevated number of the endemics is an indication that Turkey is a major center of diversity for Colchicum. Phylogenetic relationships among 49 species, of which 32 are endemic and 16 candidate species covering 168 populations of large Colchicum genus were investigated using DNA sequence data from the chloroplast intergenic region trnT-trnL-trnF. Plant materials were obtained from Atatürk Central Horticultural Research Institute (AKMAE - Yalova) and genomic DNAs were isolated. In this study, non-coding trnT-trnL-trnF regions of chloroplast genome were amplified and PCR products were directly sequenced using “ABI 310 Genetic Analysis System”. The sequences were aligned with ClustalW software. In orderto identify population structure of possible subgroups belong to Colchicum genotypes, collected from seven regions of Turkey, the software program STRUCTURE (v.2.3) was used. Principle Component Analysis (PCA) was conducted for determination of genetic variation among Colchicum genotypes by GenAlEx (v.6.41) program. For phylogenetic analysis, a Neighbor-joining based genetic tree was constructed by MEGA 6.06. PCA, STRUCTURE and phylogenetic analyses showed great consistency. The analyses clustered the genotypes into two groups. The maximum dissimilarity coefficient was found to be as 0.023 between C6501 (C. kurdicum (Bornm.) Stef.) and C4207 (C. variegatum Linnaeus). Endemic C. szovitsii Fisch. Et Mey. ssp. szovitsii was found to be the most dispersed species. Candidate species were slightly seperated from one another. So far, very few phylogenetic studies on Colchicum have been performed. Our analysis presented valuable data to fill the gaps in phylogenetic relationships among Colchicum species and improved our knowledge of Colchicum genus.