Molecular Phylogenetic Relationships of Some Fabaceae Species That Used As Forage Crops in Turkiye

Abstract

Fabaceae which are called pea family, is the 3ʳᵈ largest family of Angiosperms. The family consist of over 20.000 species of 700 genera with trees, shrubs, herbs all over the World. Although, many species of the family have economical values, some species especially herbs are used as forage crops like soybeans, peas, alfa alfa, cowpea, clover, etc. in Turkey. Nowadays, molecular regions of DNA were used to clarify genetic relationships, so they were used in taxonomical studies and in breeding studies while hybridizing species to obtain economically and nutritionally valuable plants. Especially ITS (Internal Transcribe Spacer) region was mostly preferred for molecular phylogenetic studies due to its highly repeated in number in plant genomes and large copy numbers that support PCR amplification. In the study, related sequences were obtained from NCBI database and statistics were analyzed in MEGA X software. Phylogenetic tree was constructed via BEAST program package. According to the phylogenetic tree, species were divided into 2 main clusters. One of the clusters composed of Atriplex and Amaranthus genus which were the members of outgroup family Amaranthaceae. Although Astragalus and Onobrychis genus were located at same sub branch, Pisum, Lathyrus and Vicia genus were positioned close to each other. Therefore, genetic distances among genus and species were clearly identified by checking the phylogenetic tree. Conclusively, both molecular and classical breeding methods could be efficiently applied together for these forage crops in future breeding studies.

Keywords

• Fabaceae
• breeding
• phylogeny
• ITS
• DNA

Türkiye’de Yem Bitkisi Olarak Kullanılan Bazı Fabaceae Türlerinin Moleküler Filogenetik Analizleri

Öz

Baklagiller olarak da bilinen Fabaceae ailesi 20.000’den fazla tür ve 700 cins ile Angiosperm’lerin 3. büyük familyasıdır. Türkiye’de de yem bitkisi olarak kullanılan soya fasulyesi, bezelye, yonca, korunga gibi familya üyeleri tüm Dünya’da çalılık, ağaç, makilik şeklinde yaklaşık her bölgede yayılış göstermektedirler. Son yıllarda yapılan denemelerde DNA’ya ait bazı bölgeler bitkilerde genetik mesafelerin ölçümü için kullanılmaktadırlar. Ayrıca bu genetik farklılıklar bazı önemli türlerin yaban ve kültür çeşitlerinin melezlenmesi ile daha besleyici daha dirençli yeni bitkiler üretilmesi için kullanılmaktadırlar. Özellikle son yıllarda moleküler filogenetik çalışmalarda kopya sayılarının çokluğu, PZR çalışmalarında kolay elde edilebilmesi sebebiyle ITS (Internal Transcribe Spacer) bölgesi sıklıkla kullanılmaya başlanmıştır. Bu çalışmada, NCBI veri bankasından alınan ve Türkiye’de yem bitkisi olarak kullanılan 33 türün ITS gen bölgelerine ait sekanslar MEGA programı vasıtasıyla analiz edilmiş ve BEAST paket programları kullanılarak da filogenetik ilişki ağacı çizdirilmiştir. Sonuçta 2 ana gruba ayrılan türlerden Atriplex ve Amaranthus cinslerine ait türler Amaranthaceae ailesine ait bir dış grup oluştururken, diğerleri farklı bir grup oluşturmuşlardır. Özellikle Astragalus ve Onobrychis cinsleri bir alt grup oluştururken, Pisum, Lathyrus ve Vicia cinslerine ait türlerin yakınlığı önemli derecede açıklayıcı ve dikkat çekicidir. Tüm bunlar ele alındığında bu genetik mesafeler gelecekte yapılacak moleküler ıslah çalışmalarında destekleyici ve kolaylaştırıcı bilgiler içermektedir.

Anahtar Kelimeler

• Fabaceae
• ıslah
• filogeni
• ITS
• DNA

Kaynakça

1. Balcı Akova, S., G. Şahin, 2019. Status of forage legumes in Turkey within the scope of 2016 year of pulses. Social Sciences Studies Journal (SSS journal) (ISSN:2587-1587) 5(37):3039-3056.
2. BEAST (Bayesian Evolutionary Analysis Sampling Trees) Version v2.5.2, 2002-2019.
3. Bueno, E., T. Kisha, S.L. Maki, E.J. Von Wettberg, S. Singer, 2019. Genetic diversity of Chamaecrista fasciculata (Fabaceae) from the USDA germplasm collection. BMC Research Notes 12(1):117.
4. De Faria, S.M., G.P. Lewis, J., I. Sprent, J.M. Sutherland, 1989. Occurrence of nodulation in the Leguminosae. New Phytologist 111(4): 607-619.
5. Drummond, A.J., M.A. Suchard, D. Xie, A. Rambaut, 2012. Bayesian phylogenetics with beauty and the beast 1.7. Molecular Biology and Evolution 29(8):1969-1973.
6. Durieu, P., S.J. Ochatt, 2000. Efficient intergeneric fusion of pea (Pisum sativum L.) and grass pea (Lathyrus sativus L.) protoplasts. Journal of Experimental Botany 51(348): 1237-1242.
7. Edgar, R.C., 2004. MUSCLE: multiple sequence alignment with high accuracy and high throughput. Nucleic Acids Research 32(5):1792-1797.
8. Graham, P.H., C.P. Vance, 2003. Legumes: importance and constraints to greater use. Plant Physiology 131(3):872-877.

9. Hamby, R.K., E.A. Zimmer, P.S. Soltis, D.E. Soltis, J.J. Doyle, 1992. Molecular systematics of plants. Chapman and Hall, New York, pp:50-91.
10. Koivunen, E., K. Partanen, S. Perttilä, S. Palander, P. Tuunainen, J. Valaja, 2016. Digestibility and energy value of pea (Pisum sativum L.), faba bean (Vicia faba L.) and blue lupin (narrow-leaf) (Lupinus angustifolius) seeds in broilers. Animal Feed Science and Technology 218:120-127.
11. Kumar, S., G. Stecher, M. Li, C. Knyaz, K. Tamura, 2018. Mega X: molecular evolutionary genetics analysis across computing platforms. Molecular Biology and Evolution 35:1547-1549.
12. Legume Phylogeny Working Group (LPWG), 2013. Legume phylogeny and classification in the 21. century: progress, prospects and lessons for other species-rich clades. Taxon 62:217-248.
13. Lewıs, G., B. Schrire, B. Mackinder, M. Lock, 2005. Legumes of the world. Royal Botanic Gardens, Kew.
14. Metin, H., T. Çeter, S.K. Erkul, 2018. Micromorphological characters of pollen, leaflet and seed of Astragalus victoriae and Astragalus melanophrurius endemic to Turkey. Mellifera 18(1):22-29.
15. Özdem, M.A., 2012. Dünya ve Türkiye’de kuru baklagiller. TEPGE Bakış, Copy: 7, p.9, Ankara.
16. Reckling, M., G. Bergkvist, C.A. Watson, F.L. Stoddard, P.M. Zander, R.L. Walker, J. Bachinger, 2016. Trade-offs between economic and environmental impacts of introducing legumes into cropping systems. Frontiers in Plant Science 7:669.
17. Rogers, S.O., A.J. Bendich, 1987. Ribosomal RNA genes in plants: variability in copy number and in the intergenic spacer. Plant Molecular Biology 9(5):509-520.
18. Şahin, G., 2016. 2016 Uluslararası bakliyat yılı hasebiyle Türkiye’de mercimek (Lens culinaris Medik) yetiştiriciliği. Atatürk University Journal of Graduate School of Social Sciences 20(4):1665-1696.
19. Tsegay, B.A., B. Gebreslassie, 2014. The effect of salinity (NaCl) on germination and early seedling growth of Lathyrus sativus and Pisum sativum var. abyssinicum. African Journal of Plant Science 8(5):225-231.