DNA barcoding rozsivek a jeho implikace v taxonomii

Bc. Leona VACULÍKOVÁ

Master's thesis

DNA barcoding of diatoms and its implications in taxonomy

Abstract:

DNA barkóding je molekulární metoda využívající krátkého úseku DNA, tzv. barkód markeru, k identifikaci a determinaci organismů. Rozdíly a fylogenetické pozice DNA sekvencí získaných touto metodou je pak možné studovat i z hlediska taxonomického. Cíle této práce jsou především srovnání morfologické a molekulární determinace nově získaných kmenů rozsivek, obohacení DNA barkódové databáze o nová data, dále pak formulace taxonomických hypotéz na základě srovnání rozdílů a fylogenetických pozic DNA sekvencí, morfologie, ekologie a geografie. Podařilo se mi úspěšně osekvencovat 32 kmenů. Výsledky morfologické a molekulární determinace se nejčastěji na druhové úrovni shodovaly u sekvencí rozsivek řadících se mezi druhové komplexy. Do barkódové databáze BOLD bylo celkem nahráno 57 sekvencí (od barkód markerů rbcL, LSU rDNA a COX1) ke 32 kmenům, které byly dále opatřeny ekologickými a geografickými daty a fotografiemi. K detailnímu studiu byl zvolen zejména fylogram založený na rbcL, protože byl tento úsek nejdelší a u rozsivek nejpočetněji zastoupen v databázích. Na základě studia morfologie, molekulárních, ekologických, geografických a fylogenetických dat byly vysloveny hypotézy, které si v budoucnu zaslouží podrobnější studium. Jde zejména o odhalení (např. u Lemnicola hungarica) či potvrzení (např. u Navicula cryptocephala) potenciální přítomnosti kryptické diverzity, odhalení potenciálně nových druhů (např. v rodě Pinnularia) či odhalení možné afylie taxonů (např. u rodů Psammothidium a Eolimna).

Abstract:

DNA barcoding is a molecular technique using short fragments of DNA for unambiguous identification of organisms. However, these short fragments called DNA barcodes (e.g., differences between them or their phylogenetic position) may be useful not only to identification itself but also to taxonomy. The aims of this thesis are (1) establishing the clonal diatom strains, (2) obtaining their DNA barcode markers, (3) their taxonomic identification based on both DNA and morphology (including their comparison), (4) uploading all the newly generated data to the Barcode of Life Database, (5) inference of phylogenetic trees, and (6) using the differences in DNA sequences, phylogenetic positions and all other available data to formulate taxonomic hypotheses. DNA sequences (rbcL, COX1 and/or LSU rDNA) were obtained from 32 diatom strains. Congruence between the morphological and DNA-based identifications was mostly at the level of genus. At the level of species, they were congruent mostly in strains belonging to the (pseudo)cryptic species complexes. However, the cause is most likely not biological but rather the difficulties of morphological identifications and incompleteness of DNA databases with respect to diatoms. In total, 57 DNA sequences of 32 new diatom strains were uploaded to the Barcode of Life Database, along with the photographs, geographic, environmental and taxonomic data. Newly generated sequences were added to the datasets used for inference of the most exhaustive diatom molecular phylogenies to date to investigate the phylogenetic positions of the newly established strains. To this end, the Maximum Likelihood phylograms based on rbcL, COX1 and LSU rDNA were inferred. Concerning the phylogenetic positions, the phylogram based on the complete rbcL was considered the most informative and reliable because the alignment was the longest (1425 bp), the most exhaustive (865 sequences), and the most conservative (thus probably reflecting deep lineage divergences more accurately) relative to the other two genetic markers. The phylogenetic positions, DNA differences and all other data were used to formulate taxonomic hypotheses suggesting (e.g, in the case of Lemnicola hungarica) or confirming (e.g., in Navicula cryptocephala) presence of (pseudo)cryptic species diversity, presence of a new species (e.g., within genus Pinnularia) or aphyly of some taxa (e.g., in genera Psammothidium and Eolimna).

Keywords

barkód marker, COX1, determinace druhů, epifyton, epiliton, identifikace druhů, kryptická druhová diverzita, LSU rDNA, morfologie, rbcL, taxonomické hypotézy

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 3. 8. 2020

Thesis defence

• Supervisor: prof. RNDr. Aloisie Poulíčková, CSc.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Master programme / field:
Biology / Hydrobiology