Türkiye florasına ait Colchicum L. genusunun morfolojik parametreler ve DNA barkodlama sistemiyle tanımlanması


Öğrenci: EZGİ ÇABUK ŞAHİN

Eş Danışman: AHU ALTINKUT UNCUOĞLU, YILDIZ AYDİN

Özet:

TÜRKİYE FLORASINA AİT Colchicum L. GENUSUNUN MORFOLOJİK PARAMETRELER VE DNA BARKODLAMA SİSTEMİYLE TANIMLANMASI Colchicaceae ailesinden soğanlı bir süs bitkisi olan Colchicum L.’nin 35’i Türkiye için endemik olmak üzere 49 taksonu vardır ve tıbbi öneme sahip kolşisin maddesi içerir. Bu çalışmada Colchicum L.’ye ait toplam 168 haplotipi (16 aday tür dahil) tanımlamak için morfolojik karakterizasyon ve DNA barkodlama yöntemlerinden faydalanıldı. Yüz altmış sekiz Colchicum L. haplotipinin morfolojik karakterizasyonu için ilkbahar ve sonbahar türlerinde çiçek kısımlarına ait 10 morfolojik karakter (çiçek en, çiçek boy, çiçek sap çapı, tepal en, tepal boy, tepal yüzey şekli, tasellatlık, anter boy, filament boy ve stilus boy) kullanıldı. Morfolojik ölçüm verileri değerlendirilerek filogenetik ağaç ve Temel Bileşen Analizi (PCA) uygulamaları gerçekleştirildi. Morfolojik ölçüm sonuçları değerlendirildiğinde, morfolojik karakterizasyonun türleri tanımlamada yeterli olmadığı belirlendi. Colchicum haplotiplerini tanımlamak için ayrıca DNA temelli evrensel bir araç olarak önerilen çoklu-markör DNA barkodlama yöntemi kullanıldı. Bu amaçla “CBOL (The Barcode of Life Data - Yaşam Barkod Konsorsiyumu) Bitki Çalışma Grubu” tarafından önerilen rbcL, matK ve trnH-psbA kloroplast genleri seçildi. Tüm haplotiplere ait genomik DNA’lar ve bu barkod genlerine ait primerler kullanılarak PZR analizleri gerçekleştirildi. Elde edilen PZR ürünleri dizilendi ve SNP (Single Nucleotide Polymorphism - Tek Nükleotid Polimorfizmi) anlizleri yapıldı. Bu dizi bilgileri kullanılarak, 168 Colchicum L. haplotipinden sistematik olarak tanımlanmamış 16 aday tür hariç 152’si için DNA barkodları elde edildi. İlgili barkod genleri için elde edilen diziler aynı zamanda aday türler dahil toplam 168 haplotipin filogenetik ağaç, yapı analizi (Structure Analizi), PCA, barkod boşluğu analizi gibi biyoinformatik araçlar ve biyoistatistik programları kullanılarak analizleri gerçekleştirildi. Tüm analiz sonuçları birlikte değerlendirildiğinde, matK barkod geninin Colchicum L. türlerini ayırmada rbcL ve trnH-psbA barkod genlerine göre daha etkili olduğu belirlendi. rbcL barkod geniyle karşılaştırıldığında ise trnH-psbA gen bölgesinin türleri tanımlamada daha başarılı olduğu gösterildi. Çalışma sonucunda, aday türler dışında kalan 152 haplotipe ait DNA dizi verileri BOLD (The Barcode of Life Data) veri tabanına girilerek her haplotipin üç barkod genine (rbcL, matK ve trnH-psbA) ait DNA barkodları oluşturuldu. Ayrıca, NCBI veri tabanına kayıtları gerçekleştirilerek, her bir haplotip için erişim numaraları (rbcL; KX139565 - KX139716, matK; KX139747 - KX139898, trnH-psbA; KX139899 - KX140050) alındı. Anahtar Kelimeler: Colchicum L., morfolojik karakterizasyon, DNA barkodlama, matK, rbcL, trnH-psbA. ABSTRACT IDENTIFICATION OF Colchicum L. GENUS BELONG TO TURKEY’S FLORA BY MORPHOLOGICAL PARAMETERS AND DNA BARCODING SYSTEM The bulbous ornamental plant Colchicum L. belongs the family Colchicaceae that has 49 taxa and 35 of them are known endemic in Turkey and it has medicinal value of having colchicine. In this study, it was utilised from morphological characterization and DNA barcoding method to identify 168 haplotypes (16 new candidate species include) belongs to Colchicum L. For the morphological characterization of 168 Colchicum L. haplotypes, 10 morphological characters (flower width, flower length, flower peduncle diameter, tepal width, tepal length, shape of tepal surface, tassellation, anther length, filament length and stylus length) of flowers belong to spring and autumn Colchicum species were used. The phylogenetic tree and Principal Component Analysis (PCA) were performed using morphological data. When the morphological data were evaluated, it was determined that morphological characterization is inadequate for identifying of species. Also, to identify the Colchicum haplotypes, multi-marker DNA barcoding method, proposed as universal DNA-based tool for species identification was used. For this aim rbcL, matK and trnH-psbA chloroplast genes were choosen which were suggested by “CBOL - The Consortium for the Barcode of Life Plant Working Group”. PCR analyses were performed by using genomic DNA of all halotypes and primers of these barcode genes. Obtained PCR products were sequenced and SNP (Single Nucleotide Polymorphism) analysis was conducted. Using this sequence information, DNA barcodes were obtained for 152 Colchicum L. haplotypes except 16 candidate species not identified as systematic from the 168 Colchicum L. haplotypes. Also, sequence data of 168 Colchicum L. haplotypes obtained from related barcode genes was analyzed by using bioinformatic tools and biostatistics programs such as phylogenetic tree, Structure analysis, PCA, barcode gap analysis. When all the results were evaluated together, matK barcode gene were found to be more effective than rbcL and trnH-psbA barcode genes for the separation of species of Colchicum L. Compared rbcL barcode gene with the trnH-psbA gene, trnH-psbA was shown to be more successful to identify the species. As result of the study, DNA sequence data of staying out candidate species 152 haplotypes, were entered into BOLD (The Barcode of Life Data) database and DNA barcodes of each haplotype belong to the three barcode genes (rbcL, matK and trnH-psbA) were created. Furthermore, their registries into NCBI database were performed and accession numbers (rbcL; KX139565 - KX139716, matK; KX139747 - KX139898, trnH-psbA; KX139899 - KX140050) were taken for each haplotype. Keywords: Colchicum L., morphological characterization, DNA barcoding, matK, rbcL, trnH-psbA.