Biodiversity assessment of fishes and invertebrates in Mersin Bay, the Eastern Mediterranean sea, by using DNA barcoding

Abstract

Denizel biyoçeşitliliğin kayıt altına alınması birçok farklı açıdan önemli bir konudur: örn. tehlike altındaki türlerin korunması, istilacı türlerin tespiti, ekosistem sağlığının gözlemlenmesi veya ekosistem temelli yönetim stratejilerinin belirlenmesi gibi. Doğu Akdeniz, biyoçeşitlilik konusunda az çalışmış bir bölge olmakla birlikte biyo-istila konusunda da bir `hotspot` konumundadır. Bu tez çalışması kapsamında Akdeniz'de gerçekleşmekte olan beklenen değişimler göz önüne alınarak, Mersin Körfezi'nin balık ve omurgasız biyoçeşitliliği morfolojik tanımlamalar ve DNA barkodlama teknikleri kullanılarak araştırılmıştır. Örneklemeler Mersin Körfezi'nde Mayıs 2014 ve Haziran 2015 tarihleri arasındaki trol seferleri ile yapılmıştır. Balık örneklerinin tümü morfolojik inceleme ile tür seviyesinde tanımlanırken, omurgasız türleri öncelikli olarak morfolojik inceleme ile gruplandırılmış, ardından COI geni kullanılarak yapılan moleküler analizler ile tanımlanmıştır. Sonuç olarak, 101 balık, 29 eklem bacaklı, 35 yumuşakça, 6 halkalı ve 2 fıstığımsı solucan, 9 denizyıldızı ve 4 tulumlu olmak üzere toplam 186 denizel örnek bu metodlar kullanılarak analiz edilmiştir. Analiz edilen 36 balık türünden 13'ünün Lessepsiyen türler olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca, Hint-Pasifik kökenli bir hamsi türü, Encrasicholina punctifer, Akdeniz ihtiyofaunasında ilk defa kayıt altına alınmıştır. Türkiye kıyılarından 23 balık türünün barkod kayıtları da bu çalışma ile ilk defa veritabanına yüklenmiştir. 22 omurgasız türüne ait 49 örnek moleküler analizlerle tür seviyesine kadar tanımlanmıştır. Akdeniz için altı, Türkiye kıyıları için ise 18 omurgasız türün barkod kayıtları ilk defa veritabanına yüklenmiştir. Omurgasız örneklerin %42.4' ü için tür seviyesinde tanımlama yapılamamıştır. Bunun temel sebepleri örneklerin çok çeşitli canlı gruplarını içermesi ve veritabanında bu türler için referans barkod kayıtlarının bulunmaması olarak sıralanabilir. Bütün örneklerin DNA dizi verileri, kromatogramları, iz dosyaları ve primer bilgileri BOLD Sistemi'ne (Ratnasingham & Hebert, 2007) yüklemmiştir. Balık örneklerinin %98'i morfolojik tanımlamalar ile uyumlu olarak tanımlanmış, çelişkili sonuçlar ise aynı cinsin farklı türleri için gözlemlenmiştir. Omurgasız örnekleri için ise morfolojik gruplandırma ile moleküler tanımlamalar arasında çelişkili sonuç bulunmamaktadır. Genetik farklılığın daha yüksek taksonomik seviyelerde arttığı görülmüştür. Ortalama tür içi uzaklıkların ve aynı cinsin farklı türleri arasındaki uzaklıkların balık türleri için %0.66 ve %14.84, omurgasız türleri için ise %0.99 ve %13.58 olduğu tespit edilmiştir.

Cataloguing the biodiversity of marine ecosystems is important from several points of view: e.g. protecting species under threat, detecting alien species, monitoring ecosystem health or ecosystem based management etc. The eastern Mediterranean Sea is a poorly studied region in terms of its biodiversity and a hot spot for bioinvasion. In the view of the ongoing and anticipated changes in the Mediterranean, fish and invertebrate biodiversity of Mersin Bay was evaluated in the scope of this study by using DNA barcoding techniques based on the mitochondrial cytochrome oxidase subunit I (COI) gene coupled with morphological identifications of specimens. Sampling was performed by trawl surveys in Mersin Bay between May 2014 and June 2015. All fish specimens were morphologically identified to species level and invertebrate species were categorized a priori by morphological examination and later identified by molecular analysis. As a result, 186 marine specimens, 101 of which are fish, 29 arthropods, 35 mollusks, 6 annelids, 2 polychaetes, 9 echinoderms and 4 ascidians were analysed using both methods. Out of 36 fish species analyzed 13 were Lessepsian migrants. An Indo-Pacific anchovy species, Encrasicholina punctifer, is recorded for the first time in the Mediterranean ichthyofauna. Barcode records of 23 fish species from Turkey are provided for the first time with this study. Cases of taxonomic discordance between morphometric and molecular analyses were discussed for problematic fish species.Considering invertebrate specimens, 49 samples belonging to 22 species could be identified to species level by molecular analysis. Barcode records of six species in the Mediterranean and 18 species in Turkey are provided for the first time with this study. However 42.4% of the samples could not be identified to species level. This mainly results from the diverse group of taxa sampled in the study and the lack of species level barcode records in the database for these taxa. The sequence data, trace files and primer details for specimens were submitted to the Barcode of Life Data System (BOLD; Ratnasingham & Hebert, 2007). 98% of molecular identifications for fish species were consistent with morphological identifications, while the conflicting identifications were observed for congeneric species. There were no conflicting molecular identification with the initial morphological categorization for invertebrate and ascidian species. Genetic divergence increased with higher taxonomic level. Conspecific and congeneric distances were 0.66% and 14.84% for fish species, while 0.99% and 13.58% for invertebrate species, respectively.