Phylogenetic Analysis of Species of the Biarum Genus in Turkey Based on Chloroplast Trnl/Trnf Igs (Intergenic Spacer) Sequences

Yıl 2025, Cilt: 15 Sayı: 2, 76 - 82, 21.07.2025

Cahit Çeçen , Arif Parmaksız , Hasan Akan

https://doi.org/10.7212/karaelmasfen.1643984

Öz

This study was conducted to perform a phylogenetic analysis of species belonging to the genus Biarum, which naturally occurs in Turkey. Biarum is a genus of rhizomatous or tuberous plants belonging to the Araceae family, predominantly distributed in the Mediterranean region. In Turkey, 12 taxa of this genus are found, five of which are endemic. In the study, the chloroplast DNA trnL-trnF intergenic spacer (IGS) region was used to determine the phylogenetic relationships of Biarum species. DNA extraction was performed from plant samples collected from different regions of Turkey between 2020 and 2022, and the trnL-trnF region was amplified using the Polymerase Chain Reaction (PCR) method. The obtained DNA sequences were aligned using bioinformatics programs, and a phylogenetic tree was constructed using the Neighbor-Joining (NJ) method. According to the results, most species belonging to the genus Biarum form a monophyletic group. Some species were found to be genetically closer to each other. Among these, Biarum × cinarense and Biarum carduchorum were determined to be closely related. On the other hand, Biarum syriacum was found to be in a more isolated position, possessing a distinct genetic structure compared to other species. This study contributes to a better understanding of the genetic diversity and phylogenetic relationships of the Biarum genus. Since it is the first phylogenetic study conducted on Biarum species distributed in Turkey, the data obtained here will serve as a valuable resource for future research.

Anahtar Kelimeler

Biarum , chloroplast DNA , phylogenetic analysis , Trnl/Trnf Igs

Türkiye’deki Biarum Cinsine Ait Türlerin Kloroplast Trnl/Trnf Igs (Intergenic Spacer) Dizilimlerine Dayalı Filogenetik Analizi

Öz

Bu çalışma, Türkiye’de doğal olarak yayılış gösteren Biarum cinsine ait türlerin filogenetik analizini yapmak amacıyla gerçekleştirilmiştir. Biarum, Araceae familyasına ait, genellikle Akdeniz bölgesinde yayılış gösteren, rizomlu veya yumrulu bir bitki cinsidir. Türkiye’de bu cinse ait 12 takson bulunmakta olup, bunların 5’i endemiktir. Araştırmada, Biarum türlerinin filogenetik ilişkilerini belirlemek amacıyla kloroplast DNA trnL-trnF intergenik bölgesi (IGS) kullanılmıştır. 2020-2022 yılları arasında Türkiye’nin farklı bölgelerinden toplanan bitki örneklerinden DNA ekstraksiyonu yapılmış ve Polimeraz Zincir Reaksiyonu (PCR) yöntemiyle trnL-trnF bölgesi çoğaltılmıştır. Elde edilen DNA dizileri biyoinformatik programlar ile hizalanarak Neighbor-Joining (NJ) yöntemi ile filogenetik ağaç oluşturulmuştur. Sonuçlara göre, Biarum cinsine ait türlerin büyük çoğunluğu monofiletik bir grup oluşturmaktadır. Bazı türlerin birbirine genetik olarak daha yakın olduğu belirlenmiştir. Bu türler arasında; Biarum x cinarense ve Biarum carduchorum türlerinin yakın akraba oldukları belirlenmiştir. Öte yandan, Biarum syriacum daha izole bir konumda yer almakta olup diğer türlerden daha farklı bir genetik yapıya sahiptir. Bu çalışma, Biarum cinsinin genetik çeşitliliğini ve filogenetik ilişkilerini daha iyi anlamamıza katkı sağlamıştır. Türkiye’de yayılış gösteren Biarum cinsi için yapılan ilk filogenetik çalışma olmasından dolayı burada elde edilen veriler, gelecekte yapılacak çalışmalar için bir kaynak teşkil edecektir.

Anahtar Kelimeler

Biarum , filogenetik analiz , kloroplast DNA , Trnl/Trnf Igs

Kaynakça

• Agarwal, M., Shrivastava, N., Padh, H. 2008. Advances in molecular marker techniques and their applications in plant sciences. Plant Cell Rep, 27: 617–631. Doi: 10.1007/s00299-008-0507-z
• Akan, H., Balos, MM. 2008. Check-list of the genus Biarum Schott in the Flora of Turkey, with a new record for Turkey: Biarum syriacum (Spreng.) H. Riedl. Turk J Bot, 32(4):305-310.
• Alpınar, K. 2000. Biarum Schott in Davis PH (ed.), Flora of Turkey and the East Aegean Islands (Suppl. 2). Edinburgh: Edinburgh Univ. Press, Vol 11: 221.
• Boyce, PC. 2008. A taxonomic revision of Biarum. Curtis's Bot. Mag., 25(1): 2-17.
• Burke, SV., Grennan, CP., Duvall, MR. 2012. Plastome sequences of two New World bamboos–Arundinaria gigantea and Cryptochloa strictiflora (Poaceae)–extend phylogenomic understanding of Bambusoideae. Am. J. Bot, 99: 1951–1961. Doi: 10.3732/ajb.1200365
• Chen, X., Zhou, J., Cui, Y., Wang, Y., Duan, B., Yao, H. 2018. Identification of Ligularia herbs using the complete chloroplast genome as a super-barcode. Front. Pharmacol, 9: 695. Doi: 10.3389/fphar.2018.00695.
• Çeçen, C., Akan, H., Yıldırım, H. Balos, MM., 2022. Biarum× cinarense (Araceae), a new natural hybrid from SE Turkey. Ann. Bot. Fenn., 59(1): 67-73. Doi: 10.5735/085.059.0112
• Engler, A. 1920. Araceae, Pars generalis et index familiae generalis. In A. Engler [ed.], Das Pfl anzenreich 74 (IV.23A), 1–71.
• Govaerts, R., DG. Frodin, J., Bogner, J., Boos, P., Boyce, B., Cosgriff, …TB Croat. 2002. World checklist and bibliography of Araceae and Acoraceae. Royal Botanic Gardens, Kew, UK.
• Grayum, MH. 1990. Evolution and phylogeny of the Araceae. Ann. Missouri Bot. Gard., 77: 628 – 697.
• Güner, A., Kandemir, A., Menemen, Y., Yıldırım, H., Aslan, S., Ekşi, G., Güner, I.., Çimen, AÖ. 2018. Resimli Türkiye Florası. ANG Vakfı Nezahat Gökyiğit Botanik Bahçesi Yayınları. İstanbul. 2: 520-541
• Karakaya, O., Yaman, M., Balta, F., Yilmaz, M., Balta, MF. 2023. Assessment of genetic diversity revealed by morphological traits and ISSR markers in hazelnut germplasm (Corylus avellana L.) from eastern black sea region, Turkey. Genet Resour Crop Evol, 70(2): 525–537. Doi:10.1007/s10722-022-01444-0
• Kishor, R., Sharma, GJ. 2018. The use of the hypervariable P8 region of trnL (UAA) intron for identification of orchid species: evidence from restriction site polymorphism analysis. PLoS ONE, 13(5): 1-20. Doi: 10.1371/journal.pone.0196680
• Kumar, S., Stecher, G., Li, M., Knyaz, C., Tamura, K. 2018. MEGA X: Molecular evolutionary genetics analysis across computing platforms. Mol. Biol. Evol., 35: 1547-1549. Doi.org/10.1093/molbev/msy096.
• Mayo, SJ., Bogner, J. Boyce, PC. 1997. The genera of Araceae. Royal Botanic Gardens, Kew, UK.
• Meidan, LJG., Assadi, M. 2018. Genetic diversity of Arum L. based on plastid marker. Iranian Journal of Plant Physiology, 8(3), 2479-2485. Doi: 10.30495/ijpp.2018.541006.
• Meidan, L., Mehregan, I., Assadi, M., Farajzadeh, D. 2016. Molecular phylogeny of the family Araceae as inferred from the nuclear ribosomal ITS data. Iranian Journal of Genetics and Plant Breeding, 5(1), 32-39. Doi: 10.30479/IJGPB.2016.1041.
• Mill, RR., 1984. Biarum in Davis, P.H. (ed.), Flora of Turkey. Edinburgh University Press, 8:41–63.
• Palaz, EB., Demirel, F., Adali, S., et al. 2023. Genetic relationships of salep orchid species and gene flow among Serapias vomeracea × Anacamptis morio hybrids. Plant Biotechnol Rep, 17: 315–327. Doi:10.1007/s11816-022-00782-w
• Ruhfel, BR., Gitzendanner, MA., Soltis, PS., Soltis, DE., Burleigh, JG. 2014. From algae to angiosperms-inferring the phylogeny of green plants (Viridiplantae) from 360 plastid genomes. BMC Evol. Biol. 14:23. Doi: 10.1186/1471-2148-14-23.
• Schott, HW. 1860. Prodromus systematis aroidearum. Congretationis Mechitharisticae, Vienna, Austria.
• Wariss, HM., Yi, TS., Wang, H., Zhang, R. 2018. The chloroplast genome of a rare and an endangered species Salweenia bouffordiana (Leguminosae) in China. Conserv. Genet. Resour, 10: 405–407. Doi: 10.1007/s12686-017-0836-8
• Yang, Z., Wang, G., Ma, Q., Ma, W., Liang, L., Zhao, T. 2019. The complete chloroplast genomes of three Betulaceae species: implications for molecular phylogeny and historical biogeography. Peer J, 7: e6320. Doi: 10.7717/peerj.6320 Yıldırım, H., Altıoğlu, Y., 2016. Biarum rifatii (Araceae): Güneybatı Anadolu'dan yeni bir Yılanpancarı (Biarum Schott.) türü. Bağbahçe Bilim Dergisi, 3(2): 12-19.
• Yıldırım, H. 2018. Biarum Schott. Şu Eserde: Güner A, Kandemir, A, Menemen, Y, Yıldırım, H, Aslan, S, Ekşi, G, Güner, I. ve Çimen, AÖ (edlr.). Resimli Türkiye Florası 2: 520-541. ANG Vakfı Nezahat Gökyiğit Botanik Bahçesi Yayınları. İstanbul.
• Yıldırım, H., Balos, MM., Altıoğlu, Y. and Akan, H., 2016. Biarum aleppicum J. Thiébaut (Araceae): Türkiye için yeni bir tür kaydı. Bağbahçe Bilim Dergisi, 3(2):12-19.
• Yılmaz, A. 2023. The importance of trnL/trnF IGS region in the taxonomy of the genus Potentilla L. Trakya Univ J Nat Sci, 24(1): 71-76. Doi: 10.23902/trkjnat.1252980
• Yu, X., Wang, W., Yang, H., Zhang, X., Wang, D., Tian, X. 2021. Transcriptome and comparative chloroplast genome analysis of Vincetoxicum versicolor: insights into molecular evolution and phylogenetic implication. Front. Genet., 12: 602528. Doi: 10.3389/fgene.2021.602528
• Yulita, KS. 2013. Secondary structures of chloroplast trnL intron in dipterocarpaceae and its implication for the phylogenetic reconstruction. HAYATI Journal of Biosciences, 20(1): 31-39. Doi.org/10.4308/hjb.20.1.31.