Bitki Taksonomisi Üzerine Bir Deneme

Bu yazıda, Bitki Taksonomisi hakkında konuşacağız. Bu makaleyi okuduktan sonra öğreneceksiniz: 1. Bitki Taksonomisine Giriş 2. Bitki Taksonomisinde Faydalı Bileşikler 3. Taksonomik Önemi Semantidleri.

İçindekiler:

1. Bitki Taksonomisine Giriş Denemesi
2. Bitki Taksonomisinde Faydalı Bileşikler Üzerine Bir Deneme
3. Taksonomik Önemi Semantidleri Üzerine Bir Deneme

Deneme # 1. Bitki Taksonomisine Giriş:

Fitokimya tarihi, biyokimyasal mekanizmaları, fizyolojik fonksiyonları ve tıbbi prensipleri açıklamak için bitkilerle ilgili sayısız kimyasal araştırmayı içeren oldukça uzundur. Kimyanın bitki taksonomisi ile entegrasyon olanakları uzun süredir keşfedilmemiş kaldı.

İlk peygamberlik kelimesi, Helen Abbot’tan 1886’nın başlarında, “bir dizi iç biyokimyasal reaksiyonun dışsal tezahürlerini tamamen botanik bir bakış açısıyla, bitkilerin kimyasal prensipleriyle ilgili nispeten az bir çalışma yapıldı” dedi.

Abbot'un bitkilerde saponinlerin dağılımı ve evrimin yorumlanmasındaki kimyasal verilerin değeri hakkında genel iddia üzerine yaptığı çalışma kesinlikle bu yöndeki öncü ve en unutulmaz çabalardan biridir. Buna rağmen, Hegnauer (1954, 1958) 'kemotaksonomi' terimini kullandığında kimya 1950'lerin ortasına kadar bitki taksonomisi alanında tanınması için kendisini bekletmek zorunda kaldı.

'Chemotaxonomie der Pflanzen' (Hegnauer, 1962-86), 'Biyokimyasal Sistematiği' (Alston ve Turner, 1963) ve 'Kimyasal Bitki Taksonomisi' (Swain, 1963) ve daha sonra 'Karşılaştırmalı Fitokimya'nın (Swain, ) yayımlanan üç kitabının aynı anda yayınlanması. 1966) ve 'Fitokimyasal Filogeni ^, (Harbourne, 1970) kemotaksonomiye büyük katkı sağladı ve kimyasal karakterlerin taksonomik sorunların ele alınmasında, geleneksel sınıflandırmaların iyileştirilmesinde ve filogeninin yorumlanmasındaki etkinliğini kanıtladı.

Kimyasal bilgi esastır ve kimyasal bir bileşiğin varlığı veya yokluğu bir posterioridir ve sonuç olarak, morfolojik karakterler gen seviyesinde başlatıldığından, priori olanlardan daha önemlidir.

Geleneksel taksonomistlerin genellikle kayıtsız olduğu kimyasal bileşikler, daha yüksek değilse de, en azından morfolojik karakterlere yakın olan özel durumu hak eder. Bu beyan, “özel amaçlı” bir sınıflandırma sisteminin kimyasal bileşiklerden beklenebileceği anlamına gelmez, ancak geleneksel sınıflandırma sistemlerinin doğaçlanmasını sağlar.

Gerçekte, kemosistematik, biyokimyasal sistematik, taksonomik biyokimya vb. Olarak da bilinen kemotaksonomi, taksonominin veya sistematik botanikliğin ayrılmaz bir parçası olmuştur (Bate-Smith, 1962; Bisby ve diğerleri 1980; Gibbs, 1974; Hawkes, 1968; Harborne, 1984; Harborne ve Turner, 1984; Heywood ve Moore, 1984; Jensen ve Fairbrother, 1983; Turner, 1969; Young ve Seigler, 1981 ve diğerleri).

Giannasi ve Crawford'un (1986) yaptığı mükemmel inceleme çalışması, konunun çağdaş durumunun görselleştirilmesine ve daha fazla büyümesinin teşvik edilmesine büyük katkı sağlamıştır. Kemotaksonominin metabolizma ürünlerinden başladığı yolculuk zamanla molekülleri içeren bilgiye doğru ilerlemiştir.

Mikro evrimi çözmek için bitki ilişkilerinin yanı sıra, 'çevreye karşı genetik sistem' etkileşimlerinin çeşitli yönlerini de araştırıyor.

Deneme # 2. Bitki Taksonomisinde Faydalı Bileşikler:

Teorik olarak tüm kimyasal bileşenler taksonomistler için potansiyel olarak değerli olsa da, pratikte sadece koruyucu organik maddeler taksonomide uygulama bulur. Bu tür bileşikler, üç geniş kategorinin altına yerleştirilir; birincil metabolitler, ikincil metabolitler ve semantitler.

(i) Birincil Metabolitler:

Birincil metabolitler, hayati veya yaşamla ilgili metabolik yolakların ürünleridir ve bu nedenle vazgeçilmez ve evrenseldir. Uzak taksonlarda bile bu maddelerdeki çeşitlilik eksikliği nedeniyle, birincil metabolitlerin sistematik bir değeri yoktur. Sadece bazı durumlarda, bazı karakteristik primer metabolitlerin fazla miktarı, adlandırma için bir temel oluşturur.

Aşırı miktarda akonitik asit, sitrik asit ve oksalik asit sırasıyla Aconitum, Citrus ve Oxalis cinsinin bilimsel isimlerini vermiştir. Benzer şekilde Sedum'da 7-karbonlu şeker sedoheptuloz, esansiyel metabolizmaya katılan miktarın çok üstünde miktarlarda bulunur.

(ii) İkincil Metabolitler:

İkincil metabolitler, bazı durumlarda hayati olmayan işlemlerin veya evrensel olarak hayati olmayan işlemlerin sonucu olarak üretilen maddelerdir. Bitkilerde karakteristik olarak kısıtlı oluşumları nedeniyle bu bileşikler bitki taksonomisinde büyük değer taşır. Taksonomide kullanılan en önemli bileşikler arasında fenolikler, terpenoidler, tanenler, glukosinolatlar, alkaloitler, yağlar, mumlar vb. Bulunur. Bu maddelerin taksonomideki değeri diğer karakterlerle korelasyondaki dağılıma göre değerlendirilir.

(iii) Semantides:

Semantidler, bilgi taşıyan moleküllerdir ve genetik kodun sıralı transfer sırasına göre primer (DNA), sekonder (RNA) ve üçüncül (protein) kategorilere ayrılabilir. İlk iki kategorideki nükleotidlerin dizisi ve protein durumunda amino asitlerin dizilimi, bitkilerin her türünün karakteristik formları ve işlevleri ile ilgili tüm bilgileri içerir.

Semantidler, ikincil metabolitlerin ve sitolojik, anatomik, embriyolojik özelliklerin vs. bitki taksonomisinde kullanımına çok daha iyi bir alternatif sunar, çünkü tüm bu özellikler birincinin tezahürüdür. Protein taksonomisi temel olarak amino asit dizilimini ve serolojiyi içerir.

Moleküler Yorumlar:

Taksonomide kullanılan kimyasal maddeler genellikle mikro ve makro moleküller olarak yorumlanır. Birincil ve ikincil metabolitler, 1 kDa'dan daha az moleküler ağırlığa sahip mikro moleküller olarak kabul edilir ve daha büyük polisakaritler ile birlikte semantidler, 1 kDa'nın üzerinde moleküler kütleye sahip olan makromoleküller olarak bilinir.

Deneme # 3. Taksonomik Önemi Anlamları:

a. Proteinler :

Proteinler, her biri amino asitler ve karboksil grupları boyunca peptit bağları ile bağlanan bir amino asit polimeri olan bir veya az sayıda polipeptit zincirinin molekülleridir. Amino asit yan zincirleri pozitif veya negatif yüke, kısa bir alifatik zincir veya aromatik bir tortuya sahip olabilir.

20 amino asit, neredeyse tüm sekanslarda bağlanabildiğinden, potansiyel yapı ve fonksiyon çeşitliliği çok büyüktür. Üçüncül semantidler olarak bunlar bilgi taşıyan moleküller olarak görev yapar, iletişim dilleri amino asit dizilerinde yazılır. Bu proteinlerin ışığında bitki taksonomisinde son derece yararlı olduğu kanıtlanmıştır.

Ayrıca protein filogenisinin daha muhafazakar ve evrimin çok güvenilir bir göstergesi olduğu tahmin edilmektedir. Tohum depolama proteinlerinin elektroforezi, karşılaştırmalı protein ve allozim dizilimi ve sistematik seroloji, proteinleri taksonomiyle birleştiren başlıca alanlardır.

Tohumlarında depolanan proteinlerin elektroforetik ayrılması, oluşturucu amino asitlerinin kutuplarına bağlı olarak, bir dizi bant üzerinde teslim edilir. Farklı taksonlardan elde edilen bu elektroforetik protein kalıpları, belirleyici ilişkiler için karşılaştırılabilir.

Ayrıca, veriler ilişkilerin fenerik kestirimi için diğer veri kaynaklarından elde edilen karakter durumları ile çok iyi bir şekilde sentezlenebilir.

Crawford ve Julian’ın (1976) Batı Amerika’da meydana gelen Chenopodium’un dar yapraklı türlerinde tohum proteini profili üzerine çalışması, taksonomik değerini ortaya koyma ve söz konusu türlerde flavonoid bileşiklerin dağılımını karşılaştırma yönünden bahsetmeyi hak ediyor.

Mc Leod ve ark. Tarafından yapılan elektroforetik çalışma. (1979) Capsicum (Solanaceae) türlerini ayırt etmiştir.

Depolama proteinleri, varsayımsal atalardan ilave kalıtımın bir sonucu olduğu için, bunlarla ilgili çalışmaların, doğada evrimi sırasında meydana gelebilecek karmaşık hibridizasyon durumlarını doğru bir şekilde açıklaması muhtemeldir. Levin ve Schal (1970), Phlox cinsindeki retiküle bir evrim paterni olan protein elektroforezini ortaya koymuşlardır.

Farklı taksonlardan spesifik proteinlerin amino asit dizileri değerli taksonomik veriler sağlayabilir. Sitokrom C birçok hayvan için dizildi ve bulgular morfolojik verilere dayananlarla karşılaştırılabilir evrimsel ilişkinin dendrogramlarını oluşturmak için kullanıldı (Wilson ve ark., 1977, Babaetal., 1981).

Ayrıca, iki farklı ekolojik koşulda meydana gelen aynı türden iki farklı popülasyondan toplanan aynı proteinin veya enzimin amino asit sekansındaki herhangi bir değişikliğin, infra-spesifik seviyelerde mikro evrim hakkında güvenilir bilgi vermesi muhtemeldir.

Allozimler (amino asit sekanslarında farklılık gösteren, ancak aynı işlevi yerine getiren iki farklı bitki kaynağından (popülasyon / tür) toplanan aynı enzim), herhangi bir değişiklikten bu yana organizmaların genetik ilişkisine dair ipucu sağladıklarından çok fazla taksonomik ilgi uyandırmıştır (Soltis, 1982). Bir enzimdeki amino asitlerin dizisinde, DNA'daki bazların dizilimindeki bir değişimin bir yansımasıdır.

Böylece allozim karşılaştırması, çalışılan popülasyonlar, çeşitler ve türler arasındaki genetik mesafenin (Nei, 1972) genetik mesafesinin objektif (niceliksel) bir ölçüsünü ve genetik çeşitlilik ile çevre birliğini ilişkilendirmek için bir araç sağlar (Nevo ve diğerleri, 1982).

Ribuloz-1, 5-bisfosfat karboksilazın amino asit sekanslarının ve değişkenlik kalıplarının taksonomik olarak karşılaştırılması, filogeninin çalışılmasıyla yeterli düzeyde ilişkilidir (Martin ve Jennings, 1983).

Farklı proteinlerden, Sitokrom C, plastosiyaninler, ferredoksin ve ribulosebisfosfat karboksilaz vs.'nin karşılaştırmalı sekanslaması, Boulter'in çalışmasından da anlaşılacağı gibi taksonomik çalışmalarda çok güvenilirdir; Boulter ve diğerleri, (1979); Martin ve Stone, (1983); Martin ve Dowd, (1986); Martin ve arkadaşları, (1985).

b. Nükleik asitler:

Bu, azotlu bazların (pürinler veya pirimidin) bir şeker fosfat omurgasına tutturulduğu tüm doğal polimerler için genel bir terimdir. Bu tek veya çift sarmallı olabilir. Nükleik asitler (DNA ve RNA), birincil ve ikincil semantidleri (bilgi taşıyan moleküller) oluşturur.

Bu bileşikler, özellikle de DNA, bitki sistematiği için büyük potansiyele sahiptir ve bitkiler arasındaki ilişki ile ilgili önemli bilgiler sağlayabilir (Bendich ve Boulton, 1967; Bendich ve Anderson, 1983). Nükleik asitler, taksonomik çalışmalarda stabiliteleri ve hazırlanmalarının kolaylaştırılması için diğer molekülleri tercih etmişlerdir.

DNA az miktarda yaprak dokusundan hazırlanabilir ve nesli tükenmekte olan bir türden alındığında bile zararlı sonuçlar minimum düzeydedir.

Doyle ve Dickson'dan (1987) alınan kaliteli DNA'nın kurutulmuş herbaryum örneklerinden elde edilebildiği bilgisi, moleküler taksonomistleri büyük ölçüde teşvik etmektedir. Ayrıca, DNA analizleri neredeyse sınırsız bir genetik karakter havuzuna erişebilir. Bitki genomları 8, 8 x 106 ila 300 x 106 bp arasında değişir.

Bu yöndeki girişim, genetik materyalin moleküler seviyesindeki taksonlar arasındaki benzerliği değerlendirmek için doğrudan bir yöntem olan DNA-DNA hibridizasyonu ile başladı. Benzerlik, bir türün DNA'sının (tek iplikçikli) DNA'sının başka türlerin DNA'sı (aynı zamanda tek iplikçikli) ile tekrar inceltme yüzdesini belirleyerek değerlendirilir.

Hızlı bir şekilde yeniden temizleyici kısım, genellikle gen düzenlemesiyle ilgili olduğu düşünülen kısa, yüksek oranda tekrarlayan DNA'yı içerir (Rose ve Doolittle, 1983), yavaşça yeniden temizleyici kısım ise yapısal genleri temsil eder.

Her ne kadar yöntem, kromozomal homolojilerin analizinde bir incelik olmasına rağmen, teknik zorluklar taksonomistlerin katılımını azaltmıştır. Özellikle kafa karıştırıcı, DNA iplikçiklerinin aynı türden bitkilerle tekrar ısıtıldığı sonuçlardır. Bu, mevcut sınıflandırma sistemlerini zenginleştirmek ve nükleik asit hibridizasyonuna dayanan taksiler arası ilişkiyi değerlendirmek için çaba sarf eden bir gerçektir.

DNA-RNA hibridizasyon programlarından, kemotaksonominin geliştirilmesinde bazı önemli kilometre taşları bazı çabalar sarf etmiştir. Chang ve Mabry (1973) Centrospermae familyalarının ilişkilerini belirlediler.

Centrospermous familyaları için DNA-RNA hibridizasyonu verileri hazırlanırken Mabry (1976), Caryophyliaceae (antosiyanin içeren aile), Caryophyliaceae familyalarının betalinlerine oldukça yakın olduğu, ancak diğer Nucleotid dizilimi kadar yakın olmadıkları sonucuna varmıştır. taksonomik değerlendirmede bir süre popüler.

Kossel ve arkadaşları, (1983), tek hücreli alglerden anjiyopermlere kadar çeşitli bitkilerden bazı bakteri ve kloroplastların rRNA genlerini araştırmış ve bu değerli karşılaştırmalardan değerli filojenetik çıkarımların elde edilebileceğini göstermiştir.

DNA-RNA ve DNA-DNA hibridizasyonları ve genetik mühendisliği tekniklerindeki ilerleme ile ilgili teknik problemler, taksonomik ilgiyi, nükleer ve kloroplast DNA (cp DNA) ve mitokondriyal DNA (mt DNA) sınırlaması endonükleaz parçalanmasına yöneltmiştir.

Mitokondriyal DNA üzerinde yapılan çalışmalar hayvanlarda ve nadiren bitkilerde çok başarılı olmuştur. Bitki mitokondriyal DNA'ları hayvanlardaki benzerlerine kıyasla oldukça zayıf çalışılmaktadır (Palmer ve ark. 2000). Bitki mitokondrial genomu kararsızdır ve moleküller arası ve moleküller arası rekombinasyon sıklıkla görülür. Sonuç olarak, mitokondriyal DNA'nın gen dizisi sık sık yeniden düzenlenir.

Kloroplast DNA, bitkilerin ekstraksiyon ve analizini kolaylaştırmak için toplam bitki DNA'sının nispeten bol bileşeni olması durumunda taksonomik bir araç olarak daha başarılı bir şekilde kullanılır.

Kloroplast DNA, 120-21 7 kb arasında değişen boyutta dairesel bir moleküldür ve anjiyospermlerin çoğunda, boyut 135-160 kb arasında değişir. Kloroplast genomunda yaklaşık 100 fonksiyonel gen vardır ve çoğu durumda, 10 ila 76 kb arasında değişen, ters yönde ya da ters tekrar (IR) iki kopya bölge vardır.

Dairesel cp DNA, kloroplastından kolayca ayrılabilir ve baz çiftlerinin kısa (genellikle altı) sekansı için spesifik olan farklı kısıtlama enzimleri kullanılarak sayısız noktada parçalanabilir. Bu fragmanlar jel elektroforezi ile ayrılabilir ve sekans ve haritalarının bir haritası hazırlanabilir.

Derleme sonunda sırayla yapılır ve bir takson için dairesel harita geliştirilir. Bunlar daha sonra, fragman verilerinin bir cladogramını vermek için sinapomorfik kladistik teknik ile karşılaştırılır.

Kloroplast genomu silmeler, eklemeler, transpozisyonlar ve inversiyonlardan arındırılmış ve dolayısıyla nispeten korunmuştur. Bu genomun genlerinin çoğu, söz konusu takson hakkında geniş moleküler bilgileri korur. Bu muhafazakar yapı için, farklı taksonlardan elde edilen verilerle karşılaştırmalı bir çalışma, nispeten daha yüksek taksonomik hiyerarşi seviyelerinde filogenetik kararlar verebilir.

Kloroplast DNA genellikle anjiyospermlerde maternal ve miras kalan gymnospermlerde kalıtsaldır. Bu nedenle cp DNA sekansları nükleer verilerle birlikte melez veya allopoliploid türler durumunda maternal ebeveyn türlerini tespit edebilir (Ackerfield ve Wen, 2003).

Ribuloz-1, 5-bisfosfat karboksilazı şifreleyen içindeki rbcL geni, bitkiler için yaygın şekilde sekanslanmıştır ve daha yüksek taksonomik seviyelerde faydalı olduğu kanıtlanmıştır. Tek başına veya diğer belirteçlerle kombinasyon halinde anjiyosperm filogeni anlayışımıza büyük katkıda bulunmuştur (Martin ve Stone, 1983; Martin ve Jennings, 1983; Martin ve diğerleri, 1985; Xiang ve diğerleri, 1998; Ingrouille ve diğerleri, 2002). ).

Solunum zincirinin bir bileşeni olan NADP dehidrojenazın F alt birimini kodlayan ndhF geni, aile, cins ve tür seviyelerinde de kullanılmıştır (Wen vd., 2003).

Taksonomik amaçlar için kullanılan diğer kloroplast genleri, RNA polimeraz II'nin a ve β alt birimleri için genleri (büyük tek-kopya bölgesinde rpoA ve rpoC2) ve daha önce bilinen trnK kodlama bölgesini ayıran introndaki bir matura genini (matK, önceden bilinen) içerir. ORF olarak açık okuma çerçevesi K), AtpB, ATP sentetaz β alt ünitesini kodlayan gen vs.

Moleküler bitki taksonomisi, yaygın olarak rDNA olarak adlandırılan ribozomal RNA'yı (rRNA) kodlayan nükleer geni de vurgulamaktadır. Bu, bir veya birkaç kromozomal lokustaki tandem tekrarlarında düzenlenir.

Her bir tekrar, bir dış kopyalanmış aralayıcıdan (ETS) ve ardından sırayla 18S geninden, bir iç kopyalanmış aralayıcıdan (ITS-1), 5.8S geninden, ikinci bir iç kopyalanmış aralayıcıdan (ITS-2) ve nihayetinde oluşan bir kopyalanmış bölgeye sahiptir 26S geni. Her bir tekrar bitişik olanlardan bir intergeriik aralayıcı (IGS) ile ayrılır.

Ökaryotlarda ribozom iki alt birimden oluşur - büyük bir alt birim (LSU) ve LSU'nun yaklaşık yarısı kadar olan küçük bir alt birim (SSU). 18S geni SSU'yu kodlar ve 26S ve 5.8S LSU'yu kodlar. RRNA'yı kodlayan nükleer genler, tipik bitki genomu içinde binlerce kez tekrarlanır ve toplam bitki DNA'sının% 10'undan azını içeremez.

18S bölgesi yavaş yavaş gelişen bir belirteçtir ve daha yüksek taksonomik düzeyde filogeniyi anlamak için uygundur (Soltis etal., 1997) ve toprak filosu filojeni için uygundur (Soltis ve diğerleri, 1999a, 1999b).

5.8S genini içeren nükleer ribozomal ITS bölgesi, bitkilerde spesifik ve jenerik seviyelerde en yaygın şekilde kullanılan moleküler markördür (Starr ve ark. 2004). ITS dizi varyasyonu, yakından ilişkili cins türlerinin içindeki ve içindeki örnekleme ve karşılaştırmalara daha açıktır (Martins ve Hellwig, 2005).

12 genişleme segmenti (ES) ile yaklaşık 3.4 KB uzunluğunda olan 26S dizisinin filogenetik önemi, yaygın olarak araştırılmamıştır. Şimdiye kadar filogenetik pozisyon ve ilişkinin değerlendirilmesi için yakın ilişkili aileler arasında ve bir aile içinde kısmi 26 dizi kullanılmıştır.

Bu arada bir grup taksonomistin ortaklaşa koordine ettiği çabalar, temel olarak nükleer ve kloroplast genomlarından elde edilen moleküler verilere dayanan anjiyopermlerin modern sınıflandırma sistemlerini üretmeye başladı (örn. APG System-Ill, 2009).

Moleküler teknikler taksonlar ve evrimsel perspektifleri arasındaki doğal ilişkiyi araştırmak için güçlü araçlar sağladığından, bu sistemler daha da büyük bir takdir ve kabul kazanmak için gelişecektir. Dahası, tekniklerin devam eden doğaçlaması onların güvenilirliğine çok şey katıyor.