Xρήση της γλώσσας προγραμματισμού R στην επεξεργασία μοριακών δεδομένων «DNA barcoding» από είδη του γένους Sideritis
Creators: name: Μπαλτσαβιά, Ισμήνη Χρήστου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2018
Subjects: Τσάι του βουνού
Μοριακή φυλογενετική ανάλυση
Διάκριση πληθυσμών
Sideritis
DNA barcoding
INDELs

description: Τα taxa γνωστά με την κοινή ονομασία τσάι του βουνού αντιπροσωπεύονται στην Ελλάδα από το γένος Sideritis, section Empedoclia. Η ταξινόμηση του section κρίνεται δύσκολη και έχουν προταθεί διαφορετικές ταξινομήσεις τόσο σε επίπεδο είδους, όσο και υποείδους. Οι κυριότεροι μορφολογικοί χαρακτήρες που λαμβάνονται υπόψη για τη διάκριση των διαφορετικών taxa είναι το μέγεθος και η υφή των βρακτίων φύλλων, το μήκος της απόληξης αυτών (acumen), η πυκνότητα έκφυσης των σπονδύλων της ταξιανθίας και η παρουσία ή όχι χρωματισμένων λωρίδων στη στεφάνη. Με εξαίρεση τον τελευταίο, ο οποίος διαχωρίζει τρία από τα εφτά είδη του section, σύμφωνα με την Vascular Plants of Greece, οι υπόλοιποι χαρακτήρες δεν παρουσιάζουν διακριτά όρια μεταξύ των taxa με αποτέλεσμα να προκαλείται σύγχυση στην κατάταξή τους. Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η χρήση «DNA barcoding» στη διάκριση ειδών του section. Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιεί περιοχές DNA, ως δείκτες, ώστε να διακρίνει taxa. Ο δείκτης που χρησιμοποιείται, εν προκειμένω, για τη διάκριση είναι η διαγονιδιακή χλωροπλαστική περιοχή trnH-psbA, η οποία παρουσιάζει μεγάλο βαθμό διαφοροποίησης μεταξύ ακόμα και πολύ συγγενικών taxa. Η διαφοροποίηση αυτή οφείλεται κατά κύριο λόγο στην παρουσία απαλοιφών και εισαγωγών βάσεων (INDELs). Τα INDELs παρουσιάζουν κοινά πρότυπα μεταξύ των taxa και δημιουργούν κενά κατά την ευθυγράμμιση αλληλουχιών DNA, τα οποία δεν λαμβάνονται υπόψη στη μοριακή φυλογενετική ανάλυση. Στην παρούσα εργασία κωδικοποιήθηκαν τα κενά με δύο μεθόδους· ως πέμπτος χαρακτήρας, πέρα από τις τέσσερις νουκλεοτιδικές βάσεις και με τη μέθοδο κωδικοποίησης συνεχόμενων κενών ως αποτέλεσμα ενός γεγονότος απαλοιφής/εισαγωγής (modified complex indel coding). Στόχος ήταν η ποσοτικοποίηση των προτύπων INDELs που παρατηρούνται, ώστε να διερευνηθούν οι μοριακές φυλογενετικές σχέσεις που προκύπτουν λαμβάνοντας υπόψη αυτή την επιπρόσθετη πληροφορία διαφοροποίησης, πέραν των μονονουκλεοτιδικών πολυμορφισμών (SNPs). Η κωδικοποίηση των κενών και η μετέπειτα μοριακή φυλογενετική ανάλυση πραγματοποιήθηκε στη γλώσσα προγραμματισμού R. Συγκρίθηκαν μοριακά φυλογενετικά δέντρα χωρίς κωδικοποίηση των κενών με δέντρα στα οποία είχαν συμπεριληφθεί τα κενά, κωδικοποιώντας τα με τις δύο προαναφερθείσες μεθόδους. Η συμπερίληψη των κενών ανέδειξε τη γενετική διαφοροποίηση που προκύπτει από INDELs και κατάφερε να αποδώσει πιο αποτελεσματικά ακόμη και πολύ μικρές γενετικές αποστάσεις. Οι μοριακές φυλογενετικές σχέσεις που προκύπτουν εντοπίζουν πληθυσμούς ενδοειδικά και τους ομαδοποιούν με τρόπο που έχει νόημα, λαμβάνοντας υπόψη τη γεωγραφική εξάπλωση του κάθε taxon. Σε επίπεδο είδους διαχωρίζεται το S. sipylea από τα υπόλοιπα taxa του section Empedoclia στην Ελλάδα.
description: Plants of genus Sideritis in Greece, known as mountain tea, belong to section Empedoclia. It is a difficult taxonomic group and many efforts have been held to determine the taxonomic status of its taxa, with controversial suggestions regarding the species and subspecies ranks. Main morphological characters considered to distinguish taxa of this section are bracts size, acumen length, space among verticillasters and presence/absence of corolla stripes. Except for the latter, which discriminates three out of seven species accepted in Vascular Plants of Greece, none of these characters display sharp discontinuities among taxa, resulting in problems applying a taxonomic rank for each taxon. Implementation of “DNA barcoding” to resolve the taxonomy of species of section Empedoclia is suggested in this diploma thesis. “DNA barcoding” uses short DNA regions, as barcodes to achieve species delimitation. The barcode selected is trnH-psbA, a chloroplastic intergenic region. This region appears highly divergent even among very closely related taxa. Most of this genetic variation is due to insertions and deletions (INDELs) and patterns of these INDELs have been detected. Their presence introduces gaps in sequence alignment and although they are very informative, are excluded from phylogenetic analysis. Including genetic variation INDELs carry in phylogenetic analysis was the main goal of this study. For this purpose, two strategies were selected; coding each gap as a fifth character, added to the four bases found in deoxyribonucleotides, and coding gaps as complexes using the modified complex indel coding method (MCIC). Genetic distances estimated by these gap treatments and distances by single nucleotide polymorphisms (SNPs) were then combined. Coding and phylogenetic analysis were conducted via R programming. Molecular phylogenetic trees regarding gaps as missing data were compared with trees estimated with gap treatment methods. Including gaps in phylogenetic analysis captured genetic distances more accurately, even in low values and showed off the genetic variation caused by INDELs. Molecular phylogenetic relations resulted from this study detect intraspecific populations, being grouped in a way that follows the distribution of each taxon. Discrimination in species level, regarding taxa occurring in Greece, was accomplished for Sideritis sipylea species.