Phylogeography of the Savi's pipistrelle (Vespertilionidae, chiroptera) complex based on whole mitochondrial genome analysis
Savi'nin cüce yarasası kompleksinin (Vespetilionidae, chiroptera) filocoğrafyasının tüm mitokondriyal genom ile analizi
- Tez No: 887096
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRAH ÇORAMAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyoloji, Genetik, Zooloji, Biology, Genetics, Zoology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Avrasya Yerbilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İklim ve Deniz Bilimleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yer Sistem Bilimi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 73
Özet
Türlerin filocoğrafyasını anlamak, onların mevcut coğrafi dağılımlarının oluşumuna yol açan tarihsel süreçlere, zaman içindeki evrimsel değişimlere ve değişen koşullarda ortamlara uyum sağladıklarına dair fikir verir. Tür içi ve türler arası genetik varyasyonlar, farklı filocoğrafik örüntülere sahip organizmaların, evrimsel tarihinin aydınlatılmasında büyük bir gösterge olarak kullanılabilmektedir. Yarasaların ait olduğu memeli takımı Chiroptera, dünya çapında yaklaşık 1.400 türe sahiptir ve Memeliler sınıfı içerisinde son derece farklı bir gruptur. Yaşam alanları Antartika hariç tüm dünyayı kapsamaktadır. Haibtat alanlarının ekosistem çeşitliliği de dikkate değerdir. Kuru ve sıcak çöl ekosistemlerinden sulak alanlara, dağ bozkırlarından aşırı nemli tropiklere kadar yayılmış hâlde bulunurlar. Tropikal kuşak, çoğu yaşam formunda olduğu gibi, yarasalar için de en fazla sayıda türe sahip bölgedir. Bilinen en eski yarasa fosili yaklaşık 52 milyon yıl yaşında olsa da, takımın Kretase-Tersiyer sınırı civarında evrimleştiği varsayılmaktadır. Evrimleri sırasında gece aktivitesine yönelmişlerdir. Gece aktivitesi ve uçuşun beraber evrimleşmesi, aktif uçuşa adapte olmuş tek memeli olarak sahip oldukları eşsiz özelliklerden birinin, ekolokasyonun ortaya çıkmasına neden olmuştur. Yarasalar, karanlıktaki hassas ve keskin avlanma becerilerini, karanlıkta ekolokasyonla uçmalarına borçludur. Bu iki özellik, morfolojik ve fizyolojik taksonomi çağında filogenetik sınıflandırmayı da etkilemiştir. Ancak Chiroptera takımındaki taksonomik sınıflandırma ve filogenetik örüntüler sanıldığından daha karmaşık bir olgudur. Modern genetik teknik ve araçlarının gelişmesi, taksonominin tarihsel algısının değişmesine de neden olmuştur. Tür kavramlarından başlayarak takson tanımının sınırları, popülasyonlar arasındaki belirgin olmayan farklılıklara doğru kaymıştır. Genomik, bir organizmanın tüm genetik materyalinin dizilenmesine olanak sağlayan yüksek verimli dizilemenin başlaması ve geliştirilmesiyle birçok alanda egemen bir teknoloji olmuştur. Bu güçlü konsept, fenotipik özellikler bunu temsil etmese bile organizmaların genetik düzeyde büyük ölçüde farklılık gösterebileceğinin anlaşılmasına katkıda bulunmuştur. Kriptik türler, türlerin morfolojik ve genetik yapısı arasındaki bu uyumsuzluğun bir sonucudur. Genetik düzeyde önemli bir şekilde farklılaşan en az iki benzer türün tek bir nominal türde sınıflandırılması durumunda, bu tür kriptik türlerin bir örneğini teşkil etmektedir. Kriptik çeşitliliğin araştırılıp anlaşılması, evrimsel önemli birimlerin belirlenmesi için mühim bir fırsat sağlar. Aynı zamanda türlerin ekolojik dinamiklerinin araştırılmasına da yeni bir boyut getirmektedir. Ayrıca, koruma eylemi için değerlendirilmesi gereken temel unsurlar olarak ekolojik anlamda biyolojik çeşitliliğin değerlendirilmesi ve izlenmesi açısından önemli bir kavramdır. Geçmiş çalışmalar Palearktik'in yarasalar da dahil olmak üzere kriptik çeşitliliğe sahip zengin bir faunaya ev sahipliği yaptığını gösterdi. Savi'nin cüce yarasası, Hypsugo savii; Avrupa, Asya ve Kuzey Afrika'daki çeşitli ekolojik bölgelerde geniş bir dağılıma sahip küçük boyutlu, vespertilionid bir yarasa türüdür. Türün genetik varyasyonunu gösteren çalışmaların birikmesi, takson içindeki olası farklılıkların araştırılmasına dikkat çekmiştir. Literatürde H. savii'nin mitokondriyal soylarının oldukça farklı olduğu ileri sürülmektedir. H. darwinii ve H. stubbei, H. savii ile mitokondriyal farklılıklarından ötürü yeni türler olarak önerilmişlerdir. Türün filocoğrafik dağılımı çeşitli sınıflara bölünmüştür. Kuzeybatı Afrika, İber Yarımadası, İtalya ve Akdeniz adaları (Sardunya, Sicilya, Malta vb.) dahil olmak üzere bazı bölgelerde derinden farklılaşmış sınıfların simpatrik dağılımları olduğu düşünülmektedir. Bu çalışmalardaki sorun, çok geniş bir coğrafyadan sınırlı sayıda örnekleme yapılması, kısa ve farklı mitokondriyal dizilerin genetik belirteç olarak kullanılması ve yeniden oluşturulan filogeniler arasında uyumsuzluk tespit edilmesidir. Bu çalışmada, H. savii kriptik tür kompleksinin kendi içinde Batı Palearktik'te birbirinden çok farklı en az üç taksonu içerdiği düşünülmektedir. Bunlar Doğu Akdeniz dağılım gösteren takson, Batı Akdeniz'de dağılım gösteren takson (Literatürde H. ochromixtus olarak da isimlendirilmekte) ve Kuzey Afrika ile Güneybatı Akdeniz'de yayılan takson (Literatürde H. darwinii olarak ayrı bir tür olması önerilmekte) gruplarıdır. Farklı bölgelerden toplanan çalışma sayısının artması, İber Yarımadası, İtalya ve Akdeniz adalarında (Sardunya, Sicilya, Malta vb.) bu dallardan bazılarının simpatrik dağılım örüntülerini göstermektedir. Bu dalların yeni türler olarak tanınması için, simpatrik bölgelerdeki genetik çeşitliliği yansıtan iyi bir örnekleme ile çoklu ve tutarlı genetik analizlerle daha fazla kanıta ihtiyaç vardır. Bu çalışma, tüm mitokondriyal genomların kullanılması ve H. savii kriptik tür kompleksi içindeki mitokondriyal filocoğrafik örüntüleri anlamayı amaçlamaktadır. Çalışma bu hedefe uygun olarak üç ana hedef üzerinde planlanmıştır: 1) Tüm genom dizileme verilerinden mitogenom oluşturmak için tekrarlanabilinir bir iş akışı oluşturulması, 2) H. savii ve yakın türlerin tam mitogenomlarının elde edilmesi, 3) H. savii kriptik tür kompleksinin tam mitogenom dizileri ile filogenetik ilişkilerinin anlaşılması. Bu çalışma öncesinde Orta Asya, Sina Yarımadası, Avrupa kıtası ve adaları, Fas gibi çeşitli bölgelerden otuz örnek çalışılmış ve yüksek verimli dizileme ile analiz edilmiştir. Bu örnekleri incelemek için birkaç adımdan oluşan bir iş akışı oluşturulmuştur. İş akışı, verilerin fastp ile niteliklere göre filtrelenmesini, MitoZ ile“de novo”algoritmasını kullanarak tam mitogenomların bir araya getirilmesini ve elde edilen mitogenomlara gen bölgesi anotasyonlarının yapılmasını kapsar. Buna göre, toplanan otuz örnek için tam mitokondriyal genomlar de novo algoritması ile analiz edilmiştir. Ayrıca örneklere Doğu Asya'dan yakın akraba olan H. stubbei ve H. alaschanicus türleri de dahil edilmiştir. Mitokondriyal genlerin, oluşturulan genom dizilerindeki yerleri tayin edilmiştir. Her numunenin okuma havuzu, kapsama dağılımını görmek ve bir yanlış hizalama veya boşluk olup olmadığını kontrol etmek için bwa ile bir araya getirilmiş mitogenomlarla haritalandırılmıştır. Haritalama Geneious Prime ile görselleştirilmiş ve dairesel olmayan genomların manuel olarak düzenlenmesi tamamlanmıştır. Mitogenomlar, tRNA profilini ortaya çıkarmak için tRNAscan-SE ile analiz edilmiştir. Filogeni ağaçları oluşturmak için, oldukça değişken, kodlamayan mitokondriyal dizi bölgeleri, dizilerin geri kalanından çıkarılmıştır. Dizilerin geri kalanı hizalanmış ve dizilerin genetik uzaklık mesafesi MEGA11 ile hesaplanmıştır. Filogeniler, IQ-TREE ve RAxML araçlarıyla“Maksimum Olabilirlik”modeliyle elde edilmiştir. Ağaçlar FigTree ve iTOL WebServer ile görselleştiril. Hizalamalar bir haplotip ağ analizi için PopArt ile analiz edilmiştir. Ortaya çıkan filogenetik gruplar hem ağaçlarda hem de haplotip ağında gösterilmiştir. R Studio'da ggplot2 ile dalları gösteren bir dağıtım haritası çizilmiştir. Tüm numuneler için tam mitokondriyal genomlar elde edilmiştir. Mitogenomların gen bölgelerinin belirlenmesinde, memeli mitogenomlarına özgü otuz yedi mitokondriyal genin tamamı tespit edilmiştir; bunlardan ikisi ribozomal RNA, yirmi ikisi transfer RNA ve on üçü protein kodlayan genlerdir. Mitogenomların kodlamayan kontrol bölgeleri de tanımlanmıştır. tRNA profilinin analizinde tRNA'ların ikincil yapıları tanımlanmış ve görselleştirilmiştir. Serin amino asit taşımasında görevli tRNA'nın ikincil yapısında D-kolunun bulunmadığı tespit edilmiştir. Bu eksikliğin işlevsellik üzerinde önemli bir etkisi olmadığı literatürde destek görmüştür. Oluşturulan mitokondriyal genomlar arasındaki farklar, taksonlar arasındaki çeşitliliği gösterecek şekilde ölçülmüştür. Genetik soylar arasındaki çeşitlilik seviyeleri mesafe matrisinde sunulmuştur. Tanımlanan mitokondriyal soyların evrimsel tarihini araştırmak için filogenetik ağaç yöntemleri kullanılmıştır. Filogenetik analizler, H. savii türünün dört ana gruptan oluştuğunu ortaya koymuştur. Yeni önerilen H. stubbei türünün bulunduğu Kırgızistan grubundan örnekleri içeren küme bu dört kümeden biridir. Hypsugo savii türünün diğer üç grubu Batı Palearktik'te tespit edilmiştir. Örneklerin çoğu Doğu Akdeniz ve Batı Akdeniz olmak üzere iki grupta yer almıştır. Sardinya'dan iki örnek, doğu ve batı dallarından tamamen ayrı bir dalda konumlanmıştır. Bu iki örneğin Kanarya Adaları, Fas, İber Yarımadası ve Akdeniz adalarında bulunan, daha önceki çalışmalarda tespit edilmiş Kuzey Afrika/Güneybatı Akdeniz soyundan bireyler olduğu tahmin edilmektedir. İkili genetik mesafe matrisi, Avrupa'daki dallar arasındaki farklılaşma düzeyinin (%8-10) H. alaschanicus'un, H. savii gruplarından farklılığına çok yakın olduğunu göstermiştir. Ayrıca, yeni önerilen H. stubbei türü ile Avrupa soyları arasında da benzer düzeyde çeşitlilik bulunmuştur. Bu fark, dallar arasında çok belirgin bir farklılık olarak değerlendirilmektedir. H. savii'nin sahip olduğu tür içi kriptik çeşitlilik bu çalışma ile desteklenmiştir. Çalışmanın kapsamı önemli derecede farklılaşmış soyların potansiyel temas bölgelerinden sınırlı örnek incelenebilmesinden ötürü belirli sınırlar içerisinde kalmıştır. Ayrıca filogenetik ağaçlardaki kladları doğrulamak için tam mitokondriyal genomlarla daha farklı filogenetik modeller kullanılabilir. Bu çalışma, H. savii kompleksinin filocoğrafyası ve evrimsel tarihine kapsamlı bir bakış sunmakta ve aynı zamanda yarasa evrimini anlamlandırmamıza da katkıda bulunmaktadır. Bu kapsamda genetik çeşitliliğe dayalı filocoğrafik örüntüleri yeniden oluşturmak için bir metodoloji oluşturulmuştur. Bu çalışma, H. savii türü üzerine yapılan çalışmalarıda, filogenetik analizlerde yüksek çözünürlüğü sağlamak için ilk kez tüm mitogenom dizilerinden yararlanmıştır. Bu çalışmadan elde edilen bulgular, türlerin evrimsel dinamiklerinin anlaşılmasında kapsamlı genomik analizlerin öneminin altını çizmektedir.
Özet (Çeviri)
Understanding the phylogeography of species provides insight into the historical processes that lead the formation of their current geographic distributions and also how they evolve and adapt to variable environments over time. Intraspecific and interspecific genetic variations stand as a great indicator for elucidation of the evolutionary history of organisms in diverged phylogeographical patterns. Bats represent an immensely diverged group among mammals. They inhabit a wide variety of ecosystems, with the tropical belt hosting the highest number of bat species, similar to many other life forms. While the oldest known fossil of Chiroptera is approximately 52 million years old, they are hypothesized to be evolved around the Cretaceous-Tertiary boundary. During their evolution, they settled to the nocturnal niche. Echolocation and flight capabilities have affected the phylogenetic classification in the era of morphological and physiological taxonomy. However, the taxonomic classification of Chiroptera is a more complex phenomenon. The developments of modern genetic techniques transformed the historical perception of taxonomy. The introduction of high-throughput sequencing, which enables the sequencing of an organism's whole genetic material, has made genomic studies increasingly popular in biodiversity research. This powerful technique has revealed that organisms can exhibit significant genetic variation, even when their phenotypic characteristics do not reflect this diversity. Cryptic species, which arise from the discordance between morphological similarity and genetic divergence, exemplify this phenomenon. Resolving cryptic diversity is cruicial for identying evolutionary significant units and provides a new dimension for investigating the ecological dynamics of species. Furthermore, it is a significant concept in biodiversity assessment and monitoring, essential for inforimg conservation actions. Past studies have showned that the Palearctic Region hosts a rich fauna with signifacnt cryptic diversity, including among bats. Savi's Pipistrelle, Hypsugo savii, is a small-sized, vespertilionid bat species with a broad distribution range across various ecoregions in Europe, Asia, and North Africa. The accumulation of studies showing intraspecific variation within the species has drawn attention to the investigation of possible divergence within the taxon. Several studies idenfied deeply diverged mitochondrial lineages of H. savii. Two of such lineages have been proposed as distinct species statuses, H. darwinii and H. stubbei, based on their significant divergence from H.savii. Hypsugo savii hosts possibly further cryptic diversity. It is composed of deeply diverged clades, with sympatric occurences in Northwestern Africa, the Iberian Peninsula, Italy, and some Mediterranean islands (Sardinia, Sicily, and Malta). These studies, however, are based on limited sampling from a very broad geographical range. Furthermore, they utilize realtively short mitochondrial markers and marker selection is not usually consistent among studies. This study aims to invesitage the whole mitogemones of the previously identified H. savii lineages and the recently suggested related species. There are three main objectives: 1) establishing a reproducible workflow to de novo assemble mitogenome from whole genome sequencing data; 2) de novo assembling complete mitogenome of H. savii and the related species; and 3) reconstructing their phylogenetic relationships based on whole mitogenome sequences. Thirty samples from various regions including Central Asia, Sinai Peninsula, North Africa, continental Europea, and Mediterranean islands were analysed. High-throughput shotgun sequencing data was used for the analysis. The analysis workflow covers data filtering, de novo assembling of complete mitogenomes, and annotating the obtained mitogenomes. Complete mitochondrial genomes were succesfully de novo assembled for thirty samples, representing all of the previously identified lineages, as well as the closely related species, H. stubbei and H. alaschanicus. Mitochondrial genes were annotated on the assembled genomes. The read pool of each sample was mapped to the assembled mitogenomes to assess their coverage and also to edit possible misallignments and gaps. The samples which had uncircular genomes were manual edited and circularized. The tRNA profiles were analyzed with tRNAscan-SE. Phylogenetic relations of the analysed samples were investigated reconstructing phylogenetic trees. The sequences were aligned and the pairwise distance of the sequences were calculated with MEGA11. The phylogenies were obtained with Maximum-Likelihood model with IQ-TREE and RAxML tools. The trees were visualized with FigTree abd iTOL WebServer. The alignments were analysed with PopArt for a haplotype network analysis. The highly variable non-coding D-loop regions were removed from the sequences for all these analysis . All thirty-seven mitochondrial genes were annotated: two of them were ribosomal RNAs; twenty-two were transfer RNAs; and thirteen were protein-coding genes. D-loop regions of mitogenomes were also annotated. The secondary stuctures of the tRNA profiles were calculated and illustrated. The tRNA for serine amino acid was lacking the D- arm in the secondary stucture, which had no significant impact on its functionality. Phylogenetic analysis revealed that there are three main H. savii lineages in the Western Palearctic region. The related species, H. ariel, H.alaschanicus, and H. stubbei, also formed three distinct clusters. The latter was identified in Kyrgyzstan, which is outside of its known range. The distribution of Hypsugo savii lineages were in three main regions: Eastern Mediterranean, Western Mediterranean, and North African-Southwestern Mediterranean. In Sardinia, the latter of these three lineages were found together. The pairwise genetic distance between the clades in Europe were between 8 and 10%, close to the difference observed between H. alaschanicus and the other species. Similar levels of divergences were also found between newly proposed species, H. stubbei, and the European clades. These observed high levels of mitogenomic differences suggest that the H. savii complex probably harbours further cryptic diversity.
Benzer Tezler
- Phylogeography of the large mouse-eared bats in Turkish Thrace and Anatolia
Trakya ve Anadolu'daki büyük fare kulaklı yarasaların filocoğrafyası
YALIN EMEK ÇELİK
Doktora
İngilizce
2021
BiyolojiBoğaziçi ÜniversitesiÇevre Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ANDRZEJ FURMAN
- Phylogeography of Mytilus galloprovincialis in the Istanbul Strait system
İstanbul Boğazı?ndaki Mytilus galloprovincialis türü midyelerin filocoğrafyasi
ASLI KURTULUŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
GenetikBoğaziçi ÜniversitesiÇevre Bilimleri Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. RAŞİT BİLGİN
- Türkiye'deki Daphnia cinsine ait bazı türlerin filocoğrafyası
Phylogeography of some species belonging to the genus Daphnia in turkey
EBRU ÖZDEMİR
- Türkiye'de yayılış gösteren Gazella gazella (Pallas, 1766) türünün filocoğrafyası
Phylogeography of Gazella gazella (Pallas, 1766) distributed in Turkey
EYLÜL İLASLAN
- Türkiye Mus macedenicus (Rodentia: Mammalia) türünün moleküler filocoğrafyası
Molecular phylogeography of the mouse Mus macedonicus Petrov&Ru?i? (1983)(Rodentia: Mammalia) in Turkey
PINAR ÖZÇAM
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
BiyolojiOndokuz Mayıs ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İSLAM GÜNDÜZ