Biyoçeşitlilik Araştırmalarında DNA Barkodlama
"Metodolojisi ve Kullanım Alanları"
E. Mahir KORKMAZ1, Mahir BUDAK1, Sarp KAYA2
1 Sivas Cumhuriyet Üniversitesi, Fen Fakültesi, Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü, 58140, Sivas
2 Antalya Akdeniz Üniversitesi, Fen Fakültesi, Biyoloji Bölümü, Kampüs/Antalya
Sorumlu yazar e-posta: [email protected]
DNA Barkodlama?
“DNA barkodu” olarak adlandırılan kısa ve standardize
edilmiş DNA dizileri (bir ya da birkaç standart gen bölgesi)
aracılığıyla türlere kimlik kazandırılması
Günümüzde organizma
düzeyinde kimliklendirme için
rutin olarak kullanılmaktadır.
DNA Barkodu
DNA Barkodlamanın Orijini
rRNA Genleri
Norman Pace ve ark., 1985
Bakterilerde 16S ribozomal RNA geni (çevresel
örneklem)
Silberman ve Walsh , 1992
Panulirus (Decapoda: Palinuridae) cinsinde
simpatri sergileyen üç türde, 28S ribozomal
RNA geni
DNA Barkodlamanın Orijini
Mitokondri
John Avise 1984 ve sonrası
Folmer ve ark., 1994
710 bç uzunluğunda COI gen bölgesi evrensel primerleri
(omurgasız hayvanların 11 şubesinde)
Baker ve Palumbi, 1994
Balinalarda mitokondri kontrol bölgesi
Hoelzel ve ark., 2001
Deniz fillerinde mitokondriyal kontrol bölgesi
Wynen ve ark., 2001
Denizaslanlarında mitokondriyal kontrol bölgesi ve cytb
Gomez ve ark., 2002
Brachionus plicatilis (Rotifera: Brachionidae), COI gen
bölgesi ve ITS1 bölgesi
İlk DNA Barkodlama Terimi
Floyd ve ark., 2002
Toprak solucanlarında 18S ribozomal RNA geni
Hebert ve ark, 2003
Hayvanlarda COI gen bölgesinin evrensel olarak kullanımı
DNA Barkodlama (makale sayısı)
Anahtar kelime: DNA barcoding
Bilimsel Makale Sayısı
2002-2010
(9 yıl)
Başlık
324
Konu
894
Son 13 yıl içerisinde
İlk 9 yıl içerisinde
Son 4 yıl içerisinde
2011-2014
(4 yıl)
478
1393
61,7 makale/yıl
36,0 makale/yıl
119,2 makale/yıl
3,3 kat artış
DNA Barkod Genleri
Prokaryotlarda
16S rRNA
Hayvanlarda
sitokrom c oksidaz I (COI) mitokondriyal gen bölgesi
DNA Barkod Genleri
Bitkilerde
matK (maturaz K) ve rbcL
(ribuloz-1, 5-bisfosfat karboksilaz oksijenaz
büyük alt ünite) kloroplast gen bölgeleri
Mantarlarda
ITS2 (internal transcribed spacer 2)
nüklear bölgesi
İdeal bir DNA barkodlama sistemi
Seçilen DNA bölgesi aynı türün bireyleri arasında
neredeyse aynı; ancak türler arasında farklı
Farklı taksonomik gruplar için aynı DNA bölgesi
kullanılabilmeli
Hedef DNA bölgesi yeterli filogenetik bilgiye sahip olmalı
Dizileme için yüksek derecede korunmuş primer bölgeleri
içermeli
Kısa bir fragman uzunluğuna sahip olmalı
Kumar ve Jain, 2011
Sitokrom c oksidaz (COI) barkod geni
5’ ucunda 648 bç uzunluğunda bölgesi
Tür içinde yüksek korunmuş bölgeler
Türler arasında ise ideale yakın genetik değişim
Diğer mtDNA genlerine oranla evrimleşme hızı yavaş (Simon ve ark.
1994)
Kendi içinde heterojenlik sergilemekte (Palenko ve ark. 2004)
Neden Barkodlama?
Fragmanlarla çalışır
Yaşamın tüm evrelerinde çalışılabilir
Belirsizlikleri azaltır
Benzerlikleri maskeler
Gelecekte yaşam barkodlayıcı gibi taşınabilir arazi
kılavuzlarının yolunu açabilme potansiyeli barındırır.
Erişimi demokratikleştirir
Yeni türlerin keşfine izin verir
Yaşam ağacında yeni dallar
şekillendirir
DNA Barkodlama Nasıl Yapılır?
Örnek Toplama
DNA izolasyonu ve PZR amplifikasyonu
Dizileme ve Hizalama
Veritabanları ya da kütüphanelere aktarılması
Uygulamaları
DNA Barkodlama Kuruluşları
Consortium for the Barcode of Life (CBOL)
Barcode of Life Data Systems
2004 yılı, Washington
(50 ülke ve 200 üye)
2007 yılı, University of Guelph, Kanada
(veritabanı)
The Canadian Centre for DNA Barcoding
International Barcode of Life
2009 yılı, Kanada
(50 üzerinde ülke, 700 araştırmacı)
2010 yılı, Kanada
(28 ülke)
DNA Barkodlama Projeleri
Tephritid Barcode Initiative
All Birds Barcoding Initiative
DNA Barkodlama Projeleri
Marine Barcode of Life
Health Barcode of Life
Trichoptera Barcode of Life
Lepidoptera Barcode of Life
The Mammal Barcode of Life
Sponge Barcoding Project
All Fungi Barcoding
Bee Barcode of Life Initiative
DNA Barkodlama Projesi
TÜBİTAK 113Z753 no.lu proje
Barkodlamada İkili Belirteç (COI ve ITS2) Sisteminin Bazı
Hemimetabol ve Holometabol Böceklerde Araştırılması
Hymenoptera
Coleoptera
Orthoptera
Hemiptera
270 tür ve 2700 birey
Proje Yürütücüsü: Yrd. Doç. Dr. Mahir BUDAK, Cumhuriyet Üniversitesi,
Fen Fakültesi, Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü
Araştırmacılar:
Prof. Dr. Hasan. H. BAŞIBÜYÜK, Cumhuriyet Üniversitesi, Biyoloji
Bölümü
Prof. Dr. Battal ÇIPLAK, Akdeniz Üniversitesi, Fen Fakültesi,
Biyoloji Bölümü
Doç. Dr. Bekir KESKİN, Ege Üniversitesi, Fen Fakültesi, Biyoloji
Bölümü,
Doç. Dr. M. Bora KAYDAN, Çukurova Üniversitesi, Ziraat Fakültesi,
Bitki Koruma Bölümü
Yrd. Doç. Dr. E. Mahir KORKMAZ, Cumhuriyet Üniversitesi,
Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümüc
Uzman Sarp KAYA, Akdeniz Üniversitesi, Biyoloji Bölümü
Yükseklisans öğrencileri Ayşenur PEKTAŞ ve Murat GüLER
ve CÜMSAG ekibi
Yaşamın Barkodlu Alemleri
BOLDSYSTEMS-Haziran 2014
Kullanım alanları
Taksonomi
Ekoloji
Koruma biyolojisi
Adli bilimler
Tarım, çiçekçilik ve ormancılık
çalışmalarında
Gıda sektörü
...
Taksonomi
Koleksiyonları barkodlara göre birimlere ayırma
Bilinen türler
Yeni türler
Morfolojik özellikleri bilinmeyen ya da yanıltıcı olan
türleri kimliklendirme
Türlerin sınırlarını belirlemede tamamlayıcı olarak
Schindel ve Miller, 2005
Ekoloji
Su örneklerinden mikrobiyal biyoçeşitlilik ve
istilacı türlerin tanımlanması
Toprak örneklerinden bakteri komünitelerinin
karşılaştırılması
Geçmiş dönemdeki hayvan ve bitki komünitelerini
değerlendirmek için buzullar
Geçmiş dönemdeki bitki komünitelerini
tanımlamak için kemirgen atıkları
Beslenme biçimi analizleri için fekal örnekler
Valentini ve ark. 2008
Koruma biyolojisi
Nesli tükenmekte olan türlerin korunması
Avlanma ve ticaretinin önlenmesi
Yanlış etiketlemenin önüne geçilmesi (Havyar örneği)
Desalle ve Birstein, 1996
Lokal yeniden tanışma için kaynak populasyonların tanımlanması
Rubinoff, 2006
Tehlike altındaki türlerden bazıları için barkodlama projesi başlatılmıştır.
Papağanlar
Su Kaplumbağaları
Havyar
Kara Kaplumbağaları
Akrepler
Köpek balıkları
Adli Bilimler Alanında
Coghlan ve ark, 2012
Tarım, çiçekçilik ve ormancılık çalışmalarında
QBOL (Quarantine organisms Barcode Of Life)
Bitki zararlılarının tanımlanması ve karantina altına alınması
Gıda denetiminde
Griffiths ve ark., 2013
Kaynakça
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Avise, J.C., E. Bermingham, L.G. Kessler, and N.C. Saunders. 1984. Characterization of mitochondrial DNA variability in a hybrid swarm between
subspecies of bluegill sunfish (Lepomis macrochirus). Evolution 38:931-941.
Baker C. S. and S. R. Palumbi. 1994. Which whales are hunted? Molecular genetic evidence for illegal whaling. Science 265: 1538-1539.
Coghlan ML, White NE, Parkinson L, Haile J, Spencer P, et al. (2012) Egg forensics: An appraisal of DNA sequencing to assist in species identification of
illegally smuggled eggs. Forensic Science International: Genetics 6: 268–273.
Desalle R., V. J. Birstein, 1996. PCR identification of black caviar. Nature 381, 197-198.
Floyd R., Abebe E., Papert A., Blaxter M. 2002. Molecular barcodes for soil nematode identification. Molecular Ecology, 11, 839–850.
Folmer O., Black M., Hoeh W., Lutz R., Vrijenhoek R. 1994. DNA primers for amplification of mitochondrial cytochromecoxidase subunit I from diverse
metazoan invertebrates. Mol Mar Biol Biotechnol 3:294–299.
Gómez A., Serra M., Carvalho G., Lunt H. 2002. Speciation in ancient cryptic species complexes: evidence from the molecular phylogeny of Brachionus
plicatilis (Rotifera). Evolution, 56, 1431–1444.
Griffths A. M., Miller D. D., Egan A., Fox J., Greenfield A., Mariani S..2013. DNA barcoding unveils skate (Chondrichthyes: Rajidae) species diversity in
'ray' products sold across Ireland and the UK. PeerJ 1:e129
Hebert, P. D. N., A. Cywinska, Ball S. L., and deWaard J. R.. 2003a. Biological identifications through DNA barcodes. Proc. Roy. Soc. Ser. B 270:313-321.
Hebert P. D. N, Ratnasingham S, de Waard J.R. 2003b. Barcoding animal life: cytochrome c oxidase subunit 1 divergences among closely related
species. Proceedings of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences 270, 96-99.
Hoelzel A.R., Campagna C. and Arnbom T. 2001. Genetic and morphometric differentiation between island and mainland southern elephant seal
populations. Proceedings of the Royal Society of London, Biology Sciences, 268, 325–332.
Kumar, V. and Jain, L. 2011. DNA Barcoding: An emerging tool for species identification. Agrobios 9(9):14-15.
Pace, N.R., D.A. Stahl, D.J. Lane, and G.J. Olsen. 1985.The analysis of natural microbial populations by ribosomal RNA sequences. ASM News 51: 4-12.
Palenko M.V, Mukha D.V & Zakharov I.A (2004) Intraspecific and interspecific variation of the mitochondrial gene of cytochrome oxidase I in ladybirds
(Coleoptera: Coccinellidae). Russian Journal of Genetics 40: 148–151.
Rubinoff, D. (2006) Utility of mitochondrial DNA barcodes in species conservation. Conserv. Biol. 20, 1026–1033
Schindel D. E., Miller S. E. (2005) DNA barcoding a useful tool for taxonomists. Nature 435, 17
Valentini A., Pompanon F., Taberlet P. (2008) DNA barcoding for ecologists. Trends Ecol Evol 24:110 –117
Silberman J. D. and Walsh P. J. 1992.Species identification of spiny lobster phyllosome larvae via ribosomal DNA analysis. Mol. Mar. Biol. Biotechnol.
1, 195-205.
Simon, C., Frati, F.. Beckenbach, A., Crespi, B., Liu, H. and Flook, P. (1994) Evolution, weighting and phylogenetic utility of mitochondrial gene
sequences and a compilation of conserved polymerase chain reaction primers. Ann Entomol SOC Amer87:651-701
Wynen L.P., S.D. Goldsworthy, S.J. Insley, M. Adams, J.W. Bickham, J. Francis, J.P. Gallo, A.R. Hoelzel, P. Majluf, R.W.G. White, and R. Slade. 2001.
Phylogenetic relationships within the eared seals (Otariidae: Carnivora): Implications for the historical biogeography of the family. Molecular
Phylogenetics and Evolution 21(2):270-284.
Download

Biyoçeşitlilik Araştırmalarında DNA Barkodlama "Metodolojisi ve