Yunanistan'dan toplanmış Brachypodium spp. (Poaceae) popülasyonlarının fenotipik ve genetik karakterizasyonu
Genetic and phenotypic characterization of Greek Brachypodium spp. (Poaceae) populations
Yazar: PARTHENA CHARALAMPIDOU AYDIN
Danışman: PROF. DR. METİN TUNA
Namık Kemal Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarla Bitkileri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Ziraat = Agriculture
Dizin: Buğdaygiller = Grasses ; Fenotip = Phenotype ; Genetik varyasyon = Genetic variation ; Poaceae = Poaceae

Özet:
Brachypodium distachyon tek yıllık bir buğdaygiller olup, son 15 yıldır serin iklim mera ve yem buğdaygilleri için bir model bitki olarak kullanılmaktadır. Araştırma grupları, deneysel çalışmalarında kullanılmak üzere çok sayıda ve yüksek çeşitlilik gösteren B. distachyon doğal popülasyonlarına ihtiyaç duymaktadır. Bu çalışma kapsamında: Yunanistan'dan toplanmış B. distachyon'un yakın akrabaları B. hybridum ve B. stacei ile birlikte yeni bir koleksiyonu oluşturulmuş; bu türlerin genetik ve fenotipik çeşitliliği incelenmiştir. 
Bu nedenle, Yunanistan'ın değişik bölgelerinden 60 lokasyondan, 27 B. distachyon, 23 B. hybridum, 1 B. stacei ve 9 simpatrik popülasyonu toplanmıştır. Çekirdek DNA içeriklerini belirlemek için PI (Propidium Iodide) yöntemiyle Flow sitometri kullanılmış ve bu metotla B. distachyon türü, B. stacei türünden (sırasıyla 0.676 ve 0.616 pg/2C) başarılı bir şekilde ayrılmıştır. 
Koleksiyonun fenotipik karakterizasyonu, üç türün 603 bireyinde 15 morfo-anatomik ve fizyolojik karakteristiklerin değerlendirilmesi yoluyla gerçekleştirilmiştir. PCA (Pricipal Component Analysis) ve filogenetik analizler üç türü açık bir şekilde ayırt etmiş ve özellikle her türün bazı popülasyon ve bireylerinde yüksek seviyede bir varyasyon olduğunu göstermiştir. 
Üç türün 192 bireyinin genetik karakterizasyonu 43 mikrosatellit markör yardımıyla incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, B. distachyon'un kendileme doğası (f= 0.988) ile B. hybridum'un allotetraploidliğini doğrulamıştır. Üç çift için ikili genetik farklılaşma: B. distachyon-B. hybridum için Fst= 0.203; B. hybridum- B. stacei için Fst= 0.250 ve B. distachyon-B. stacei için Fst=0.302 değerlerinde olmuştur.
Mantel testiyle gerçekleştirilen coğrafik ve genetik uzaklık matrisleri arasındaki karşılaştırma, istatistiksel olarak pozitif orta seviyede bir korelasyon (Rxy=0.432, p=0.001) olduğunu ortaya koymuştur. Genetik ve fenotipik uzaklık matrisleri arasında Mantel testiyle yapılan kıyaslama da,  istatistiksel olarak pozitif orta seviyede bir korelasyon (Rxy=0.448, p=0.001) olduğu göstermiştir. Filogenetik analiz ile Bayes modeli kümeleme sonuçları PCoA ile genotipik karakterizasyon sonucunda ortaya çıkan desenle hemen hemen aynı olmuştur. Üç türün doğal popülasyon yapısını göz önüne alarak gerçekleştirilen tüm analizlerin özetleri şöyledir:
B. distachyon türünde üç farklı grup bulunmaktadır. İlk grup kontrol aksesyonlarından (Bd21, Bd21-3, HU1.6 ve Koz-3) oluşmaktadır. İkinci grup, Yunanistan'dan Kilk-1, Kilk-4, Kilk-6, Kilk-7, Edes-2, Edes-5, Edes-7 ve Linos-4 bireylerinden; üçüncü grup da geriye kalan tüm bireylerden oluşmaktadır. 
B. hybridum türünde ise, Fira ve Pros popülasyonlarıyla, popülasyonlar ve bireyler arasında yaygın bir çeşitlilik göstererek, diğerlerinde oldukça farklı genetik ve fenotipik karakteristikler göstermişdir. 
B. stacei türünde, Amfi-1 bireyi Yunanistan'dan toplanan diğer bireylerden ayrılarak, İspanya orijinli AL1.1 ve AL5.2 bireylerinin çok yakınında yer almıştır. B. stacei türü dünyada çok yaygın olmayıp, çok az aksesyon ve popülasyonu mevcuttur. İlk kez, bu çalışmayla, 4'ü Yunanistan'dan toplanan 7 farklı popülasyonun genetik ve fenotipik çeşitliliği sunularak, yakın akrabası B. distachyon ve B. hybridum türleri ile ilişkileri ele alınmıştır.

Abstract:
Brachypodium distachyon is an annual grass which the last 15 years is used as a model plant for the temperate cereals and forage grasses. The research community needs many and highly divergent natural populations of B. distachyon to utilize in the experimental projects. In this study we established the first collection from Greece of B. distachyon and its close relatives, B. hybridum and B. stacei, and we explored the genetic and phenotypic diversity of these species.
For this reason, 60 locations were sampled from different places in Greece and 27 B. distachyon, 23 B. hybridum, 1 B. stacei and 9 sympatric populations were collected. Flow cytometry with PI method was used for nuclear DNA content determination and via this method successfully were distinguished the B. distachyon from the B. stacei species (0.676 and 0.616 pg/2C respectively). 
Phenotypic characterization of the collection was conducted by evaluating 15 morpho-anatomical and physiological characteristics of 603 individuals for three species. The PCA and the phylogenetic analyses clearly discriminate the three species and revealed that there is high phenotypic variation particularly in the some populations and individuals of each species. 
The genetic characterization of 192 individuals of the three species explored with 43 microsatellite markers. The results testify the inbreeding nature of B. distachyon (f= 0.988) and the allotetraploidy of B. hybridum. The pairwise genetic differentiation of the three pairs is: for B. distachyon-B. hybridum Fst= 0.203, for B. hybridum- B. stacei Fst= 0.250 and for B. distachyon-B stacei Fst=0.302.
The comparison between geographic and genetic distance matrices via Mantel test revealed that there is statistically significant positive moderate correlation (Rxy=0.432, p=0.001). Also, the comparison of genetic and phenotypic distance matrices with Mantel test resulted a statistically significant positive moderate correlation (Rxy=0.448, p=0.001). The outcome of phylogenetic analysis and the Bayesian modeling clustering had almost the same pattern as resulted from the PCoA and phenotypic characterization. The summary of all conducted analyses regarding to the natural populations structure for the three species is:
In B. distachyon species there are three distinct groups. First group with the control accessions (Bd21, Bd21-3, HU1.6 and Koz-3). Second group with Kilk-1, Kilk-4, Kilk-6, Kilk-7, Edes-2, Edes-5, Edes-7 and Linos-4 individuals from Greece and the third group with all the rest individuals.
In B. hybridum species there is spread diversity among populations and individuals with two populations (Fira and Pros) to present very divergent genetic and phenotypic characteristics from all the others.
In B. stacei species the Amfi-1 individual diverged from the rest collected from Greece and is more near to the AL1.1 and AL5.2 from Spain. This species is not widespread and only few accessions and populations are available over the world. For first time, we present the genetic and phenotypic diversity of 7 different populations (4 of them collected from Greece), and the relatedness with the close relative species B. distachyon and B. hybridum.