Türkiye denizlerindeki iskorpit (Scorpaena spp.) türlerinin moleküler, morfometrik ve otolit biyometrisi yöntemleriyle ayrımı
Discrimination of scorpionfish (Scorpaena spp.) species in turkish seas by molecular, morphometric and otolith biometry methods
Yazar: SERDAR YEDİER
Danışman: PROF. DR. DERYA BOSTANCI
Ordu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Biyoloji = Biology ; Genetik = Genetics ; Morfoloji = Morphology
Dizin: Deniz biyolojisi = Marine biology ; Hidrobiyoloji = Hydrobiology ; Moleküler biyoloji = Molecular biology ; Moleküler genetik = Molecular genetic

Özet:
Bu çalışmada, Scorpaena cinsine ait Türkiye denizlerinde yayılım gösteren S. elongata, S. maderensis, S. notata, S. porcus ve S. scrofa türlerinin ilk olarak moleküler yöntemler kullanılarak, ikinci olarak morfometrik ölçümlerle meristik karakterleri kullanılarak, son olarak da otolit biyometrisi kullanarak tür ve popülasyon ayrımları yapılmıştır. Analizler Karadeniz'de Şile ve Ordu'dan, Ege Denizi'nde Balıkesir ve İzmir'den, Akdeniz'de Antalya ve Hatay'dan, Marmara Denizi'nde Marmara Ereğlisi ve Çanakkale'den olmak üzere sekiz farklı istasyondan yakalanan toplam 1865 balık bireyi üzerinden gerçekleştirilmiştir.
Moleküler analizler Scorpaena cinsine ait beş türün COI gen bölgesinin 652 bç'lik kısmı üzerinden yapılmıştır. Çalışmada, S. elongata, S. maderensis ve S. scrofa türleri için 3'er, S. notata türü için 4 ve S. porcus için ise 5 tane olmak üzere toplam 18 haplotip tespit edilmiştir. Genetik çeşitliliği belirlemeye yönelik analizler sonucunda en düşük nükleotit çeşitliliğinin S. scrofa (Pi=0.00186) türünde iken en yüksek nükleotit çeşitliliğinin ise S. notata (Pi=0.00716) türünde olduğu belirlenmiştir. Haplotip çeşitliliği ise yine en düşük S. scrofa (Hd=0.5520) türünde iken en yüksek haplotip çeşitliliği ise S. porcus (Hd=0.7424) türünde tespit edilmiştir. Scorpaena cinsine ait türler arası haplotip çeşitliliği (Hd) 0.9365 olarak hesaplanmıştır. Bu cinse ait türler arasında haplotip varyans (VHd) değeri 0.00017 olarak belirlenirken nükleotit çeşitliliği (Pi) ise 0.10830 olarak belirlenmiştir. Scorpaena cinsine ait türler için en yüksek ve en düşük ham DNA çeşitliliği değerleri sırasıyla dXY=0.1749 (S. porcus ile S. notata türleri arasında) ve dXY=0.0489 (S. elongata ile S. scrofa türleri arasında) olduğu tespit edilmiştir. Net DNA çeşitliliği S. notata ile S. porcus (dA=0.1699) türleri arasında en yüksek iken, S. elongata ile S. scrofa (dA=0.0448) türleri arasında ise en düşük olduğu bulunmuştur. Barkodlama aralığı için yapılan analizlerde tür içi K2P genetik uzaklık ortalama ve ortanca değerleri sırasıyla S. elongata türü için 0.006581 ve 0.007011, S. maderensis türü için 0.004493 ve 0.006187, S. notata türü için 0.007280 ve 0.007768, S. porcus türü için 0.002952 ve 0.003086 ve S. scrofa türü için 0.001886 ve 0.003080 olarak belirlenmiştir. Barkodlama aralığı analizinin sonucunda Scorpaena cinsine ait tür içi ve türler arası K2P genetik mesafeleri arasında bir çakışma olmadığı belirlenmiştir. Bu çalışmada COI geninin Scorpaena cinsine ait türleri tanımlamada %100 oranında barkodlama başarısı sağladığı ortaya çıkarılmıştır.
Morfometrik analizler 30 metrik ve meristik karakterler birlikte değerlendirilen 40 tane karakter indisi üzerinden yapılmıştır. Bu analizler sonucunda 12 morfometrik ölçümün S. elongata'nın tür içi ayrımında oldukça önemli oldukları ve %94.6 oranında başarı sağladığı, 10 morfometrik ölçümün S. maderensis'in tür içi ayrımında oldukça önemli oldukları ve %90.5 oranında başarı sağladığı, 13 morfometrik ölçümün S. notata'nın tür içi ayrımında oldukça önemli oldukları ve %96.7 oranında başarı sağladığı, 13 morfometrik ölçümün S. porcus'un tür içi ayrımında oldukça önemli oldukları ve %96.5 oranında başarı sağladığı, 10 morfometrik ölçümün S. scrofa'nın tür içi ayrımında oldukça önemli oldukları ve %92.2 oranında başarı sağladığı belirlenmiştir. Scorpaena cinsine ait beş türün morfometrik analiz sonuçlarına göre 13 morfometrik ölçümün bu cinse ait türlerin türler arası ayrımında oldukça etkili oldukları ve çalışma kapsamında değerlendirilen Scorpaena cinsine ait türlerin ayırımında %97.4 oranında başarı sağladığı sonucuna varılmıştır.
Otolit biyometrisi analizleri 26 otolit değişkeniyle birlikte değerlendirilen 18 otolit morfolojik karakter üzerinden yapılmıştır. Bu analizler sonucunda 10 otolit değişkeninin S. elongata'nın tür içi ayrımında oldukça önemli oldukları ve %93.4 oranında başarı sağladığı, 6 otolit değişkeninin S. maderensis'in tür içi ayrımında oldukça önemli oldukları ve %98.5 oranında başarı sağladığı, 10 otolit değişkeninin S. notata'nın tür içi ayrımında oldukça önemli oldukları ve %98.6 oranında başarı sağladığı, 8 otolit değişkeninin S. porcus'un tür içi ayrımında oldukça önemli oldukları ve %93.9 oranında başarı sağladığı, 8 otolit değişkeninin S. scrofa'nın tür içi ayrımında oldukça önemli oldukları ve %98.8 oranında başarı sağladığı belirlenmiştir. Scorpaena cinsine ait beş türün otolit biyometrisi analiz sonuçlarına göre 26 otolit değişkeninden 10 tanesinin bu cinse ait türlerin türler arası ayrımında oldukça etkili oldukları ve çalışma kapsamında değerlendirilen Scorpaena cinsine ait türlerin ayırımında %97.7 oranında başarı sağladığı sonucuna varılmıştır. Bu cinsine ait bu beş türün 18 otolit morfolojik karakterinden de 9 tanesinin bu türler arasında farklılık gösterdiği ve bunların tür ayrımında kullanılabileceği belirlenmiştir.
Gerek yurt dışı çalışmaları gerekse yurt içi çalışmaları değerlendirildiğinde, bu çalışma Scorpaena türleri üzerine moleküler, morfometrik ve otolit biyometrisi yöntemlerinin üçünün birden aynı anda multidisipliner olarak uygulandığı, tür ve popülasyon ayrımlılarının yapıldığı dört farklı denizde birden yürütülen ilk çalışma olduğu görülmektedir. Bu çalışma sonucunda, moleküler, morfometrik ve otolit biyometrisi verilerinin birbirlerini destekleyici nitelikte oldukları belirlenmiştir. Bu yüzden tür içi ve türler arası gerçekleştirilecek olan ileriki çalışmalarda geleneksel (morfometrik), güncel (moleküler) ve yenilikçi (otolit biyometrisi) yaklaşımların bir arada kullanılması önerilmektedir.

Abstract:
In this study, S. elongata, S. maderensis, S. notata, S. porcus and S. scrofa species which belonging to the Scorpaena genus and spread in the Turkish seas were discriminated in species and populations levels using the firstly molecular methods, secondly morphometric measurements and meristic characters and finally otolith biometry. The analyzes were carried out on a total of 1865 fish individuals caught from eight different stations, from Şile and Ordu in the Black Sea, from Balıkesir and İzmir in the Aegean Sea, from Antalya and Hatay in the Mediterranean Sea, from Marmara Ereğlisi and Çanakkale in the Sea of Marmara.
Molecular analyzes were performed on 652bp of COI gene region of five species of the Scorpaena genus. In the study, a total of 18 haplotypes were determined, 3 for S. elongata, S. maderensis and S. scrofa, 4 for S. notata and 5 for S. porcus. As a result of analysis to determine genetic diversity, it was determined that the lowest nucleotide diversity was S. scrofa (Pi=0.00186), while the highest nucleotide diversity was S. nota (Pi=0.00716). The haplotype diversity was the lowest in the S. scrofa (Hd=0.5520), while the highest haplotype diversity was determined in the S. porcus (Hd=0.7424). The interspecies haplotype diversity (Hd) of the Scorpaena genus was calculated as 0.9365. Among the species of this genus, haplotype variance (VHd) value was determined as 0.00017, while nucleotide diversity (Pi) was determined as 0.10830. The highest and lowest raw DNA divergence values for Scorpaena species were determined as dXY=0.1749 (between S. porcus and S. notata) and dXY=0.0489 (between S. elongata and S. scrofa), respectively. Net DNA diversity was highest between S. notata and S. porcus (dA=0.1699) species, while it was lowest between S. elongata and S. scrofa (dA=0.0448) species. In the analysis for barcoding gap, mean and median values of intra-species K2P genetic distance are determined as 0.006581 and 0.007011 for S. elongata, 0.004493 and 0.006187 for S. maderensis, 0.007280 and 0.007768 for S. notata, 0.002952 and 0.003086 for S. porcus and 0.001886 and 0.003080 for S. scrofa respectively. As a result of the barcoding gap analysis, it was determined that there was no overlap between intra- and inter-specific K2P genetic distances of the Scorpaena genus. In this study, it was revealed that the COI gene provides 100% barcoding success for identification of Scorpaena species.
Morphometric analyzes were performed on 40 character indexes which were evaluated together with 30 metric and meristic characters. As a result of these analyzes, it was found that 12 morphometric measurements were quite important in intra-species discrimination of S. elongata with 94.6% success rate, 10 morphometric measurements were important in intra-species discrimination of S. maderensis with 90.5% success rate, 13 morphometric measurements are quite important in intra-species discrimination of S. notata with 96.7% success rate, 13 morphometric measurements are quite important in the intra-species discrimination of S. porcus with was 96.5% success rate, 10 morphometric measurements were important in intra-species discrimination of S. scrofa with 92.2% success rate were determined. According to the results of the morphometric analysis of the five species belonging to the genus Scorpaena, it was concluded that 13 morphometric measurements were quite effective in the species discrimination belonging to this genus with 97.4% success rate in the discrimination of the Scorpaena species evaluated within the current study scope.
Otolith biometry analyzes were performed on 18 otolith morphological characters evaluated with 26 otolith variables. As a result of these analyzes, it was found that 10 otolith variables were quite important in intra-species discrimination of S. elongata with 93.4% success rate, 6 otolith variables were important in intra-species discrimination of S. maderensis with 98.5% success rate, 10 otolith variables were important in S. notata intra-species discrimination with 98.6% success rate, 8 otolith variables were quite important in intra-species discrimination of S. porcus with 93.9% success rate, and 8 otolith variables were quite important in the intra-species discrimination of S. scrofa with 98.8% success rate were determined. According to the results of the otolith biometry analysis of five species belonging to Scorpaena genus, it was concluded that 10 of the 26 otolith variables were quite effective in distinguishing the species belonging to this genus with 97.7% success rate in the discrimination of Scorpaena species evaluated in the study. It was determined that 9 of the 18 otolith morphological characteristics of these five species of this genus differed between these species and could be used in species discrimination.
When both national and international studies are evaluated, it is seen that this study is the first study to discriminate species and populations of Scorpaena where molecular, morphometric and otolith biometry methods are applied simultaneously as a multidisciplinary are carried out in four different seas. As a result of this study, it was determined that molecular, morphometric and otolith biometry data support each other. Therefore, it is recommended to use traditional (morphometric), current (molecular) and innovative (otolith biometrics) approaches together in the future studies that will be carried out intra- and inter-species.