Türkiye kıyılarında dağılım gösteren Pomatoschistus marmoratus (Risso,1810) popülasyonlarının genetik yapı analizi
Genetic structure analysis of Pomatoschistus marmoratus (Risso, 1810) populations distributed in Turkish coasts
Yazar: DİLRUBA SEYHAN ÖZTÜRK
Danışman: PROF. DR. SEMİH ENGİN
İzmir Katip Çelebi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Su Ürünleri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Su Ürünleri = Aquatic Products

Özet:
Bu çalışmada Türkiye kıyılarında dağılım gösteren kum kaya balığı Pomatoschistus marmoratus (Risso, 1810) popülasyonlarının genetik yapıları, tarihsel demografik hikayeleri ve birbirleri ile olan genetik ilişkileri incelenmiştir. Ayrıca, diğer kum kaya balığı tür ve cinslerinin filogenetik ilişkileri irdelenmiş ve taksonomik durumları değerlendirilmiştir. Örnekleme çalışmaları dalış marifetiyle gerçekleştirilmiş olup Türkiye kıyılarınının tamamını temsil edecek şekilde Karadeniz'de 6, Marmara Denizi'nde 2, Ege Denizi'nde 4 ve ülkemiz Levant kıyılarında 4 istasyonda gerçekleştirilmiştir. İstasyonlar her bir popülasyonda en az 30 birey olacak şekilde gruplandırılarak; Karadeniz'de 3, Marmara Denizi'nde 1, Ege Denizi'nde 2 ve Levant kıyılarımızda 3 farklı popülasyon örneklenmiştir. Filogenetik analizlerde kullanılan diğer kum kaya balığı türleri ise en az 5 birey olmak üzere örneklenmiştir.
Genetik analizler mtDNA COI (652 bp) ve cyt-b (526 bp) bölgeleri kullanarak ayrı ayrı gerçekleştirilmiştir. Her iki gen bölgesi için yapılan analizlerde de popülasyon gruplarının yüksek haplotip sayısı ve haplotip çeşitliliğe sahip olduğu, ancak nükleotid çeşitliliğinin oldukça düşük olduğu tespit edilmiştir. Bununla beraber, Türkiye'nin Levant kıyılarına ait popülasyonların diğer tüm popülasyonlardan genetik olarak farklı olduğu ve gen akışınında çok sınırlı olduğu belirlenmiştir. Mitokondriyal COI verilerine dayalı moleküler varyans analizine (AMOVA) göre Pomatoschistus marmoratus popülasyonlarının Levant, Ege ve Karadeniz/Marmara olmak üzere üç ana grup altında kümelendiği gözlemlenmiş ancak, daha yavaş evrildiği bilinen cyt-b geninin bu varyasyonu desteklemediği tespit edilmiştir.
Popülasyon gruplarına uygulanan tarafsızlık ve uyumsuzluk dağılımı analiz sonuçları bir bütün olarak değerlendirildiğinde ise, Karadeniz ve Marmara denizlerini kapsayan haplogrubun dengede olduğunun ancak, Levant kıyılarından örneklenen popülasyonları kapsayan haplogrubun popülasyon dar boğazını takip eden ani demografik genişleme modeli altında olduğu tespit edilmiştir. Popülasyon dar boğazını takip eden ani demografik genişlemeye işaret eden genetik çeşitlilik indekslerini ve popülasyon yapılanmalarını "yıldız benzeri" yapıdaki haplotip ağları da desteklemiştir.
Popülasyonların birbirlerinden tahmini farklılaşma zamanlarına bakıldığında ise; cyt-b geni baz alınarak yapılarak analizlerde Levant ve Marmara/Karadeniz haplogruplarının tahmini ayrılma zamanları (19,3-9,65 myö) Paratetis'in Akdeniz'den ilk izole olduğu dönemlere denk geldiği saptanmıştır. Daha hızlı evrildiği ve mutasyon biriktirdiği bilinen COI analizlerinin sonuçlarına göre ise hem Ege ile Levant hem de Levant ile Karadeniz/Marmara popülasyonlarının tahmini ayrılışı (sırasıyla 6,95-3,48 ve 5,85-2,98 myö) Messiniyan tuzluluk krizinin Cebelitarık Boğazı'nın tekrar açılmasıyla sonlandığı döneme denk geldiği tespit edilmiştir. Benzer şekilde, Ege ve Karadeniz/Marmara popülasyonlarının tahmini ayrılma zamanlarına (1,35-0,68 myö) bakıldığında ise 4. Jeolojik zamanda yaşanan ve Würm olarak bilinen son buzul çağına (0,12 – 0,011 myö) denk geldiği saptanmıştır.
Ülkemiz kıyılarından örneklenen Pomatoschistus türleri ile (P. marmoratus, P. nanus, P.bathi, P. quagga, P. anatoliae ve P. adriaticus) yakın ilişkili oldukları ve aynı soyhattını paylaştıkları bilinen Ninnigobius, Knipowitschia, Orsinigobius,Economidichthys, Buenia, Deltentosteus, Lebetus, Speleogobius, Crystallogobius vePseudaphya cinslerine dahil türlere ait diziler COI ve cyt-b geni kullanılarakfilogenetik analizlere tabi tutulmuşlardır. Elde edilen sonuçlarda, Pomatoschistus veKnipowitschia cinslerinin, ikinci nesil türler arasındaki ilişkilerin hala tam olarakaydınlatılamadığı ya da göreceli olarak yeni evrildiğinin göstergesi olan parafiletikyapıda olduğu, saptanan düşük seç bağla değerlerinin ve kısa dal uzunluklarınıngözlemlenen bu parafiletik yapıyı desteklediği tespit edilmiştir. Filogenetik analizlersonucunda ise Pomatoschistus pictus türününün sinonimi olarak bildirilenPomatoschistus adriaticus'un geçerli bir tür olduğu bu çalışma ile teyit edilmiştir.
Gerçekleştirilen çalışma ile, kum kaya balıklarının hem paleoiklimsel ve paleocoğrafik hem de güncel ekolojik stres faktörlerinin etkilerinin araştırıldığı popülasyon genetiği çalışmaları için oldukça elverişli organizmalar olduğu kanaatine varılmıştır.

Abstract:
In this study, historical demographic stories, genetic relationships and structures of Pomatoschistus marmoratus (Risso, 1810) populations distributed along the Turkish coasts were investigated. In addition, the phylogenetic relationships of other sand goby species were examined and their taxonomic status was evaluated. Samplings were conducted with diving activities in 6 stations in Black Sea, 2 stations in Sea of Marmara, 4 stations in Aegean Sea and 4 stations in Levantine coasts of Turkey. The stations were grouped with at least 30 individuals in each population. Hereby, 3 populations in the Black Sea, one population in the Sea of Marmara, 2 populations in the Aegean Sea and 3 populations in the Levantine coasts of Turkey were sampled. The other sand goby species used in phylogenetic analyzes were sampled as at least 5 individuals. Molecular analyzes were performed using the partial fragments of mtDNA COI (652 bp) and cyt-b (526 bp) regions. It was found that the population groups had high haplotype numbers and haplotype diversity while the nucleotide diversity was quite low for both gene regions. In addition, it was determined that the group consisting of Levantine populations (LEV) were genetically different from other populations and the gene flow between LEV and the other population groups was very limited. According to the results of the molecular variance analysis (AMOVA), it was observed that the populations were clustered under three main haplogroups (LEV / EGE / KARMAR) but the cyt-b gene, which is known to evolve more slowly than the COI gene, was insufficient to determine the variation between the EGE and KARMAR haplogroups. When the results of the analyzes of neutrality and mismatch distributions applied to the population groups were evaluated as a whole, it was determined that the KARMAR group that represents the Black Sea and Sea of Marmara was stable but that the LEV group which represents the Levantine populations was under the sudden demographic expansion model following the population bottleneck. The genetic variance indices and population structure which indicates sudden demographic expansion following population contraction were supported by star-shaped haplotype networks. The estimated differentiation times of the populations are indicated that; Based on the cyt-b gene analysis, the estimated separation times of Levant and Marmara / Black Sea haplogroups (19,3-9,65 myr) coincided with the periods when Paratethys was first isolated from the Mediterranean. According to the results of COI analyzes which are known to evolve faster and accumulate mutations, the estimated differantation time of both Aegean and Levant and Levant and Black Sea / Marmara populations (6,95-3,48 and 5,85-2,98 myr respectively) was found to coincide with the period of reopening of the Straits of Gibraltar which ended with of the Messinian salinity crisis.
Similarly, when the estimated differantation times of the Aegean and Black Sea/Marmara populations (1,35-0,68 myr) was found that they corresponded to the last glacial age known as Würm (0,12 - 0,011 myr) in the 4th geological time.Pyhlogenetic relationships of the Pomatoschistus species that were sampledfrom our coasts (P. marmoratus, P. nanus, P. bathi, P. quagga, P. anatoliae and P. adriaticus) and other closely related sandy gobies which share the same lineages (Ninnigobius, Knipowitschia, Orsinigobius, Economidichthys, Buenia, Deltentosteus, Lebetus, Speleogobius, Crystallogobius ve Pseudaphya) were also investigated using COI and cyt-b genes. The results indicated that Pomatoschistus and Knipowitschia genera are parafiletic structure, which indicates that the relations between the descendants are still not fully elucidated or relatively newly evolved, and that the observed low bootstrap values and short branch lengths support this observed parafiletic structure. As a result of phylogenetic analyzes, Pomatoschistus adriaticus, which is reported as synonym of Pomatoschistus pictus, has been confirmed as a valid species by this study. In this study, it was concluded that sand gobies are suitable organisms for population genetics studies in which both paleoclimatic and paleogeographic and current ecological stress factors are investigated.