ITS2 DNA barkodlama yöntemi ile Culex pipiens Linnaeus, 1758 (Diptera: Culicidae), Culex torrentium Martini, 1925 (Diptera: Culicidae) ve Culiseta longiareolata Martini, 1925 (Diptera: Culicidae) türlerinin moleküler olarak doğrulanması

Abstract

Amaç: Bu çalışma, Culex pipiens Linnaeus, 1758 (Diptera: Culicidae), Culex torrentium Martini, 1925 (Diptera: Culicidae) ve Culiseta longiareolata Macquart, 1838 (Diptera: Culicidae) türlerini ribozomal DNA'nın internal transcribed spacer 2 (ITS2) bölgesini kullanarak tanımlamayı ve bu türlerin moleküler karakterizasyonunu sağlamayı amaçlamıştır. Yöntem: Çalışmada 2017-2020 yılları arasında Kocaeli'nde toplanan sivrisinek örnekleri kullanılmıştır. Örneklerden izole edilen genomik DNA, ITS2 için uygun primerler kullanılarak PCR ile çoğaltılmıştır. ITS2 bölgesinin agaroz jel elektroforezi sonuçları, türler arasında farklı bant uzunlukları ortaya koymuş olup bu durum, uzunluk polimorfizmi gösteren ITS2'nin yapısıyla tutarlıdır. Ardından DNA dizilemesinden elde edilen ITS2 dizileri GenBank'a gönderilmiş ve NCBI veri tabanındaki referans dizilerle karşılaştırılmıştır. Filogenetik analizler, MEGA X yazılımı kullanılarak 1000 bootstrap tekrarı ile gerçekleştirilmiştir. Bulgular: Dizi analizi ve filogenetik ağaç oluşturma, analiz edilen örneklerin Culex pipiens, Culex torrentium ve Culiseta longiareolata türlerine ait olduğunu doğrulamıştır. ITS2 bölgesi, agaroz jel üzerinde türler arasında uzunluk polimorfizmi göstermiş ve özellikle morfolojik olarak benzer olan Culex pipiens ile Culex torrentium türlerini ayırt etmede etkili olduğunu kanıtlamıştır. Sonuç: Ribozomal DNA'nın ITS2 bölgesi, özellikle morfolojiye dayalı olarak ayırt edilmesi zor olan Culex pipiens ve Culex torrentium türlerinin ayrımında olmak üzere, bu üç sivrisinek türünün tanımlanması ve karakterizasyonu için güvenilir bir moleküler belirteçtir.

Keywords

• Sivrisinek
• ribozomal RNA
• DNA barkodlama

Supporting Institution

Kocaeli Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi

Project Number

2019-042

Ethical Statement

Bu çalışma için etik gerekmemektedir.

Thanks

Kocaeli Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi'ne projemize (Proje numarası: 2019-042)desteğinden dolayı teşekkür ederiz.

Molecular confirmation of Culex pipiens Linnaeus, 1758 (Diptera: Culicidae), Culex torrentium Martini, 1925 (Diptera: Culicidae), and Culiseta longiareolata Macquart, 1838 (Diptera: Culicidae) using ITS2 DNA barcoding

Abstract

Purpose: This study aimed to identify Culex pipiens Linnaeus, 1758 (Diptera: Culicidae), Culex torrentium Martini, 1925 (Diptera: Culicidae), and Culiseta longiareolata Macquart, 1838 (Diptera: Culicidae) species using the internal transcribed spacer 2 (ITS2) region of ribosomal DNA and to provide molecular characterization of these species. Method: Mosquito samples collected in Kocaeli between 2017 and 2020 were used in the study. Genomic DNA isolated from the samples was amplified by PCR using suitable primers for ITS2. Agarose gel electrophoresis results of the ITS2 region revealed different band lengths among the species, consistent with the structure of ITS2 exhibiting length polymorphism. The ITS2 sequences obtained from DNA sequencing were submitted to GenBank and compared with reference sequences in the NCBI database. Phylogenetic analyses were conducted using MEGA X software with 1000 bootstrap replicates. Findings: Sequence analysis and phylogenetic tree construction confirmed that the analyzed samples belonged to Culex pipiens, Culex torrentium, and Culiseta longiareolata. The ITS2 region revealed length polymorphism across species on agarose gel and proved particularly effective in distinguishing between the morphologically similar species Culex pipiens and Culex torrentium. Conclusion: The ITS2 region of ribosomal DNA is a reliable molecular marker for the identification and characterization of these three mosquito species, especially for discriminating between Culex pipiens and Culex torrentium, which are difficult to differentiate based on morphology alone.

Keywords

• Mosquito
• ribosomal RNA
• DNA barcoding

Supporting Institution

Scientific Research Project Unit of Kocaeli University

Project Number

2019-042

Ethical Statement

This study does not require ethical approval.

Thanks

We would like to thank the scientific research project unit of Kocaeli University (Project number: 2019-042).

References

1. [1] Hebert, P. D., Cywinska, A., Ball, S. L., & DeWaard, J. R. (2003). Biological identifications through DNA barcodes. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 270(1512), 313–321.
2. [2] Banerjee, A. K., Arora, N., & Murty, U. S. (2007). How far is ITS2 reliable as a phylogenetic marker for the mosquito genera? Electronic Journal of Biology, 3(3), 61–68.
3. [3] Muslu, H., Kurt, Ö., & Özbilgin, A. (2011). Manisa il ve ilçelerinde saptanan sivrisinek türlerinin (Diptera: Culicidae) yaşam alanları ve mevsimsel değişikliklere göre değerlendirilmesi. Türkiye Parazitoloji Dergisi, 35(2), 100–104.
4. [4] Martínez-Barciela, Y., Pereira Martínez, J. M., & Garrido González, J. G. (2020). First records of Anopheles (Anopheles) plumbeus Stephens, 1828 and Culex (Culex) torrentium Martini, 1925 (Diptera: Culicidae) in Galicia (NW Spain). Journal of Vector Ecology, 45(2), 306-311.
5. [5] Sauer, F. G., Lange, U., Schmidt-Chanasit, J., Kiel, E., Wiatrowska, B., Myczko, Ł., & Lühken, R. (2023). Overwintering Culex torrentium in abandoned animal burrows as a reservoir for arboviruses in Central Europe. Viruses, 15, Article 1183.
6. [6] Soltanbeiglu, S., Vahedi, M., Mohammadi Bavani, M., & Chavshin, A. R. (2020). Molecular characterisation of cytochrome oxidase I and internal transcribed spacer 2 fragments of Culiseta longiareolata. Türkiye Parazitoloji Dergisi, 44(4), 191–196.
7. [7] Keller, A., Schleicher, T., Schultz, J., Müller, T., Dandekar, T., & Wolf, M. (2008). 5.8S–28S rRNA interaction and HMM-based ITS2 annotation. Bioinformatics, 25(14), 182–188.
8. [8] Ankenbrand, M. J., Keller, A., Wolf, M., Schultz, J., & Forster, F. (2015). ITS2 database V: Twice as much [Database]. Julius Maximilian University.

9. [9] Günay, F., Alten, B., Simsek, F., Aldemir, A., & Linton, Y. M., (2015). Barcoding Turkish Culex mosquitoes to facilitate arbovirus vector incrimination studies reveals hidden diversity and new potential vectors. Acta Tropica, 143, 112–120.
10. [10] Korkmaz, S., Yıldırım, A., Düzlü, Ö., Çiloğlu, A., Önder, Z., & İnci, A. (2016). Kayseri yöresinden toplanmış Culex pipiens komplekse ait sivrisinek (Diptera: Culicidae) örneklerinin kan beslenme identifikasyonu. Türkiye Parazitoloji Dergisi, 40, 199–204.
11. [11] Polat, F., & Dede, S. (2021). Phylogenetic analysis of mosquito (Diptera: Culicidae) species with mitochondrial cytochrome oxidase subunit 1 gene distributed in Kocaeli. Celal Bayar University Journal of Science, 18(2), 193–202.
12. [12] Kılıç, S., Taşkın, V., Doğaroğlu, T., Doğaç, E., & Taşkın, B. G. (2019). Genetic characterization of field populations of Culex pipiens Linnaeus, 1758 (Diptera: Culicidae) sampled from the Aegean region of Turkey. Turkish Journal of Zoology, 43(1), 1–11. https://doi.org/10.3906/zoo-1808-13
13. [13] Akıner, M. M., Öztürk, M., Beriş, F. Ş., Karaoğlu, Ç., Şimşek, F. M., & Akgeyik, A. U. (2022). Distribution and molecular differentiation of Culex pipiens complex species in the Middle and Eastern Black Sea Regions of Turkey. Turkish Journal of Zoology, 46(2), 207–219. https://doi.org/10.55730/1300-0179.3049
14. [14] Schaffner, F., Angel, G., Geoffroy, B., Hervy, J. P., Rhaiem, A., & Brunhes, J. (2001). The mosquitoes of Europe [CD-ROM]. Institute de Recherche pour le Développement (IRD).
15. [15] Koosha, M., Oshaghi, M. A., Sedaghat, M. M., Vatandoost, H., Azari-Hamidian, S., Abai, M. R., Hanafi-Bojd, A. A., & Mohtarami, F. (2017). Sequence analysis of mtDNA COI barcode region revealed three haplotypes within Culex pipiens assemblage. Experimental Parasitology, 181, 102–110.
16. [16] Kumar, S., G. Stecher, M. Li, C. Knyaz & Tamura, K. (2018). MEGA X: molecular evolutionary genetics analysis across computing platforms. Molecular Biology and Evolution, 35: 1547–1549.
17. [17] Tamura, K. & Nei, M. (1993). Estimation of the number of nucleotide substitutions in the control region of mitochondrial DNA in humans and chimpanzees. Molecular Biology and Evolution, 10: 512–526.
18. [18] Beebe, N. W. (2018). DNA barcoding mosquitoes: Advice for potential prospectors. Parasitology, 145(5), 622–633.
19. [19] Bisaglia, B., Castelli, M., Soresinetti, L., Negri, A., Arnoldi, I., Montarsi, F., Gobbo, F., Defilippo, F., Callegari, E., Di Luca, M., Calzolari, M., Mastrantonio, V., Porretta, D., Ficetola, G. F., Sassera, D., Gabrieli, P., Bandi, C., & Epis, S. (2024). Barcoding of Italian mosquitoes (BITMO): Generation and validation of DNA barcoding reference libraries for native and alien species of Culicidae. Parasites & Vectors, 17, Article 407.
20. [20] Shaikevich, E., & Zakharov, I. (2010). Polymorphism of mitochondrial COI and nuclear ribosomal ITS2 in the Culex pipiens complex and in Culex torrentium (Diptera: Culicidae). Comparative Cytogenetics, 4(2), 161–174. https://doi.org/10.3897/compcytogen.v4i2.45
21. [21] Miller, B. R., Crabtree, M. B., & Savage, H. M. (1996). Phylogeny of fourteen Culex mosquito species, including the Culex pipiens complex, inferred from the internal transcribed spacers of ribosomal DNA. Insect Molecular Biology, 5(2), 93–107.