Essay on Plant Taxonomy

I dette essay vil vi diskutere om Plant Taxonomy. Efter at have læst dette essay vil du lære om: 1. Introduktion til Plant Taxonomy 2. Forbindelser Nyttige i Plant Taxonomy 3. Semantider af Taxonomisk Betydning.

Indhold:

1. Essay om introduktionen til plante taxonomy
2. Essay on the Compounds Nyttig i Plant Taxonomy
3. Essay om semantider af taxonomisk betydning

Essay # 1. Introduktion til Plant Taxonomy:

Historien om fytokemi er ret lang, der inkorporerer utallige kemiske undersøgelser vedrørende planter for at forklare biokemiske mekanismer, fysiologiske funktioner og medicinske principper. Mulighederne for integration af kemi med plante taxonomy forblev uudforsket i lang tid.

De første profetiske ord kom fra Helen Abbot allerede i 1886, at 'der har været en forholdsvis lille undersøgelse af kemiske principper for planter fra en rent botanisk opfattelse af de eksterne manifestationer af en række interne biokemiske reaktioner'.

Abbot's arbejde (1886) om distribution af saponiner i planter og generel påstand om værdien af ​​kemiske data i fortolkning af evolution er bestemt en af ​​de banebrydende og mest mindeværdige bestræbelser i denne retning. På trods af dette måtte kemi holde sig venter indtil midten af ​​1950'erne for sin anerkendelse inden for plante taxonomi, da Hegnauer (1954, 1958) udgjorde udtrykket 'kemotaksonomi'.

Samtidig udgivelse af tre bøger 'Chemotaxonomie der Pflanzen' (Hegnauer, 1962-86), 'Biochemical Systematics' (Alston and Turner, 1963) og 'Chemical Plant Taxonomy' (Swain, 1963) og efterfølgende publikationer af 'Comparative Phytochemistry (Swain, 1966) og 'Phytochemical Phylogeny' (Harborne, 1970) bidrog enormt til kemotaksonomi og viste effekten af ​​kemiske tegn til at behandle taksonomiske problemer, forbedre traditionelle klassificeringer og tolke af fylogeni.

Kemisk information er fundamental, og tilstedeværelse eller fravær af en kemisk forbindelse er en posteriori og følgelig vigtigere end de der er a priori, da morfologiske tegn påbegyndes på generniveauet.

Kemiske forbindelser, som traditionelle taxonomer normalt er ligeglade med, fortjener speciel status, om ikke højere, i det mindste tæt på morfologiske tegn. Denne erklæring indebærer ikke nødvendigvis, at et klassificeringssystem med særlige formål kan forventes fra kemiske forbindelser, men det sikrer positivt improvisation af de traditionelle klassificeringssystemer.

I virkeligheden er kemotaksonomi, der også er kendt som kemosystematik, biokemisk systematik, taxonomisk biokemi etc. blevet en integreret del af taxonomi eller systematisk botanik (Bate-Smith, 1962; Bisby et al. 1980; Gibbs, 1974; Hawkes, 1968; Harborne, 1984; Harborne og Turner, 1984; Heywood og Moore, 1984; Jensen og Fairbrother, 1983; Turner, 1969; Young og Seigler, 1981 og mange andre).

Giannasi og Crawfords (1986) fremragende revisionsarbejde har bidraget enormt til visualiseringen af ​​fagets samtidige status og fremme af den videre vækst. Rejsen, som kemotaksonomi startede fra metabolismeprodukterne, har udviklet sig i løbet af tiden til informationen indeholdende molekyler.

Det har arbejdet på forskellige aspekter af "genetisk-system-vis-a-vis-miljø" -interaktioner samt planteforhold for at løse mikro-evolutionen.

Essay # 2. Forbindelser Nyttige i Plant Taxonomy:

Selvom teoretisk set alle kemiske bestanddele er potentielt værdifulde for taxonomer, finder de i praksis kun de konservative organiske stoffer anvendelse i taksonomi. Sådanne forbindelser er placeret under tre brede kategorier, dvs. primære metabolitter, sekundære metabolitter og semantider.

(i) Primære metabolitter:

De primære metabolitter er produkter af vital eller livrelaterede metaboliske veje og dermed uundværlige og universelle. På grund af manglende variation i disse stoffer, selv med hensyn til fjern taxa, har de primære metabolitter ingen systematisk værdi. Kun i visse tilfælde udgør den overskydende mængde af en karakteristisk primærmetabolit grundlag for nomenklaturen.

Overskydende mængder aconitinsyre, citronsyre og oxalsyre har givet de videnskabelige navne af henholdsvis slægten Aconitum, Citrus og Oxalis. Tilsvarende i Sedum er 7-carbon-sukker-sedoheptulosen til stede i mængder langt over mængden, som deltager i den væsentlige metabolisme.

(ii) sekundære metabolitter:

De sekundære metabolitter er de stoffer, der hovedsagelig produceres som følge af ikke-vitale processer eller i ikke-universelt vigtige processer i visse tilfælde. På grund af deres karakteristiske begrænsede forekomst i planter er disse forbindelser af stor værdi i plantakonomi. De vigtigste forbindelser, der anvendes i taxonomi, omfatter phenolics, terpenoider, tanniner, glucosinolater, alkaloider, olier, voks osv. Værdien af ​​disse stoffer i taxonomien bedømmes ved deres fordeling i overensstemmelse med andre tegn.

(iii) Semantider:

Semantiderne er informationsbærende molekyler og kan klassificeres i primære (DNA'er), sekundære (RNA'er) og tertiære (proteiner) kategorier i rækkefølgen af ​​sekventiel overførsel af genetisk kode. Sekvensen af ​​nukleotider i de to første kategorier og sekvensen af ​​aminosyrer i tilfælde af proteiner indeholder al information om de karakteristiske former og funktioner af alle typer af planter.

Semantiderne giver et meget bedre alternativ til brugen af ​​sekundære metabolitter og cytologiske, anatomiske, embryologiske egenskaber mv i plante taxonomi, da alle disse funktioner er blot manifestationer af førstnævnte. Protein-taxonomien omfatter primært aminosyresekvensering og serologi.

Molekylære Fortolkninger:

De kemiske stoffer, der anvendes i taxonomi, tolkes ofte i form af mikro- og makro-molekyler. De primære og sekundære metabolitter betragtes som mikromolekyler med en molekylvægt på mindre end 1 kDa, og semantiderne sammen med større polysaccharider er kendt som makromolekyler med molekylvægt over 1 kDa.

Essay # 3. Semantider af taxonomisk betydning:

en. Proteiner :

Proteiner er molekyler af et eller et lille antal polypeptidkæder, hvoraf hver er en polymer af aminosyrer, der er bundet via deres amino- og carboxylgrupper ved hjælp af peptidbindinger. Aminosyre sidekæderne kan have en positiv eller negativ ladning, en kort alifatisk kæde eller en aromatisk rest.

Da de 20 aminosyrer kan knyttes sammen i næsten alle mulige sekvenser, er den potentielle mangfoldighed af struktur og funktion enorm. Som tertiære semantider tjener disse som informationsbærende molekyler, idet deres kommunikationssprog skrives i deres aminosyresekvenser. I lyset af disse proteiner har det vist sig at være yderst nyttigt i plante taxonomi.

Desuden forventes proteinfylogeni at være mere konservativ og en meget tillidsfuld indikator for evolution. Elektroforese af frølagringsproteiner, komparativ protein og allozymsekvensering og systematisk serologi er de vigtigste områder, der integrerer proteiner med taksonomi.

Elektroforetisk adskillelse af proteiner opbevaret i frø langs en elektrisk gradient baseret på polariteten af ​​deres bestandige aminosyrer overleverer en række bånd. Disse elektroforetiske mønstre af proteiner opnået fra forskellige taxa kan sammenlignes for at fastslå forhold.

Desuden kan dataene meget vel syntetiseres med karakterstande opnået fra andre datakilder til fænetisk estimering af relationer.

Crawfords og Julian's (1976) værk om frøproteinprofil i smalle blade af Chenopodium, der forekommer i vestlige Forenede Stater, fortjener at nævne, at den har fået sin taksonomiske værdi i lyset og sammenlignet med fordelingen af ​​flavonoidforbindelser i den pågældende art.

Den elektroforetiske undersøgelse foretaget af Mc Leod et al. (1979) har kendetegnet arten Capsicum (Solanaceae).

Da lagringsproteiner er resultatet af additiv arv fra formodede forfædre, vil undersøgelser vedrørende dem sandsynligvis med nøjagtighed forklare de tilfælde af kompleks hybridisering, der kunne have fundet sted i naturen under udvikling. Levin og Schal (1970) kunne gennem proteinelektroforese afsløre et retikulært udviklingsmønster i slægten Phlox.

Aminosyresekvenser af specifikke proteiner fra forskellige taxa kan give værdifulde taksonomiske data. Cytochrom C er blevet sekventeret for et antal dyr, og fundene anvendt til at konstruere dendrogrammer af evolutionært forhold, der kan sammenlignes med dem, der er baseret på morfologiske data (Wilson et al., 1977, Babaetal., 1981).

Endvidere vil enhver ændring i aminosyresekvensen af ​​det samme protein eller enzym, som er opsamlet fra to forskellige populationer af samme art, der forekommer i to forskellige økologiske forhold, sandsynligvis give pålidelige oplysninger om mikroevnen på infuspesifikke niveauer.

Allozymes [det samme enzym, der er indsamlet fra to forskellige plantekilder (population / arter), der afviger i aminosyresekvenser, men som har samme funktion] har fremkaldt meget taksonomisk interesse, da de giver clue til det genetiske forhold mellem organismer (Soltis, 1982) siden enhver forandring i sekvensen af ​​aminosyrer i et enzym er en afspejling af en ændring i sekvenserne af baser i DNA.

Allozym-sammenligning tilvejebringer således en objektiv (kvantitativ) måling af genetisk afstand mellem populationer, sorter og arter under undersøgelse (nr. 1972) og et middel til at korrelere genetisk mangfoldighed og miljøforening (Nevo et al., 1982).

Taxonomisk sammenligning af aminosyresekvenser af ribulose-1, 5-bisphosphatcarboxylase og variabilitetsmønstre har passende relevans for studiet af fylogeni (Martin og Jennings, 1983).

Af de forskellige proteiner er sammenlignende sekventering af Cytochrome C, plastocyaniner, ferredoxin og ribulosebisphosphatcarboxylase etc. meget pålidelige i taksonomiske undersøgelser, som det kan fremgå af Boulter's arbejde (1972, 1974, 1980); Boulter et al., (1979); Martin og Stone, (1983); Martin og Dowd, (1986); Martin et al., (1985).

b. Nukleinsyrer:

Dette er en generel betegnelse for alle sådanne naturlige polymerer, hvori nitrogenholdige baser (puriner eller pyrimidins) er bundet til en sukkerphosphat-rygrad. Dette kan være enkelt- eller dobbeltstrenget. Nukleinsyrerne (DNA og RNA) udgør de primære og sekundære semantider (informationsbærende molekyler).

Disse forbindelser, især DNA, har stort potentiale for plantesystematik og kan tilbyde betydelig indsigt i relaterethed mellem planter (Bendich og Boulton, 1967, Bendich og Anderson, 1983). Nukleinsyrer har modtaget præference for andre molekyler i taksonomiske undersøgelser for deres stabilitet og den lethed, hvormed deres præparater kan fremstilles.

DNA kan fremstilles fra en lille mængde bladvæv, og selv når det tages fra en truet art, er de skadelige konsekvenser minimal.

Oplysningerne fra Doyle og Dickson (1987), at god kvalitet DNA kan ekstraheres fra de tørrede herbariumprøver har været stærkt opmuntrende for de molekylære taxonomer. Desuden kan DNA-analyser få adgang til en næsten ubegrænset pool af genetiske tegn. Plantegener varierer i størrelse fra 8, 8 x 10 ⁶ til mere end 300 x 10 ⁹ bp.

Væksten i denne retning startede med DNA-DNA-hybridisering, som er en direkte metode til at vurdere lighed mellem taxa på molekylær niveau af det genetiske materiale selv. Lighed er vurderet ved at fastslå den procentvise reannealing af DNA (enkeltstrenget) af en art med DNA (også enkeltstrenget) af en anden art.

Den hurtigt genanvendende fraktion omfatter det korte, stærkt repetitive DNA, der generelt antages at være berørt af genregulering (Rose og Doolittle, 1983), medens den langsomt reannealing fraktion repræsenterer strukturgener.

Selv om metoden er en forfining over analyser af kromosomale homologier, har tekniske vanskeligheder nedsat takstonomiens engagement. Specielt forvirrende er resultaterne, når DNA-tråde reannealedes med dem fra samme art. Dette kan være det faktum, at hindre bestræbelser på at berige eksisterende klassificeringssystemer og vurdere inter-taxa-forhold baseret på nukleinsyrehybridisering.

Af DNA-RNA-hybridiseringsprogrammerne har visse bestræbelser oprettet meget vigtige milsten i udviklingen af ​​kemotaksonomi. Chang og Mabry (1973) fastslog forholdet mellem familierne i Centrospermae.

Under fremstillingen af ​​DNA-RNA-hybridiseringsdataene for centrospermøse familier konkluderede Mabry (1976), at Caryophyliaceae (anthocyaninholdige familie) er ret tæt på de betalinholdige familier af caryophyllales, men ikke så tæt som de sidstnævnte til hinanden. Nukleotidsekvensering har været ret populært i nogen tid i taksonomisk vurdering.

Kossel et al., (1983) undersøgte rRNA-gener af nogle bakterier og chloroplaster fra forskellige planter, der spænder fra unicellulære alger til angiospermer og har vist, at værdifulde fylogenetiske inferenser kan nås ved en sådan sammenligning.

De tekniske problemer med DNA-RNA- og DNA-DNA-hybridiseringer og fremskridt inden for genteknologiteknikker har styret den taksonomiske interesse i forbindelse med restriktionsendonuklease-fragmentering af nukleært og chloroplast DNA (cp DNA) og mitokondrialt DNA (mt DNA).

Undersøgelser af mitokondrie-DNA har været meget vellykkede hos dyr og meget sjældent i planter. Plant mitokondrie-DNA'er er temmelig dårligt undersøgt sammenlignet med deres modstykke hos dyr (Palmer et al., 2000). Plant mitokondrie genom er ustabilt, og inter- og intra-molekylær rekombination forekommer ofte. Følgelig omlejrer gensekvensen af ​​mitokondriale DNA ofte.

Kloroplast-DNA'et anvendes med succes som et taksonomisk værktøj i tilfælde af planter hovedsagelig til at være relativt rigelig komponent af det samlede plante-DNA for at lette ekstraktion og analyse.

Kloroplast DNA er et cirkulært molekyle, der strækker sig i størrelse fra 120-21 7 kb, og i størstedelen af ​​angiospermer varierer størrelsen inden for 135-160 kb. Der er ca. 100 funktionelle gener i chloroplastgenomet, og i de fleste tilfælde er der to dobbeltområder i omvendt orientering eller omvendt gentagelse (IR), der strækker sig i størrelse fra 10 til 76 kb.

Det cirkulære cp-DNA kan let separeres fra dets chloroplast og fragmenteres ved adskillige punkter ved anvendelse af forskellige restriktionsenzymer, som er specifikke for korte (sædvanligvis seks) sekvenser af basepar. Disse fragmenter kan adskilles ved gelelektroforese og et kort over deres sekvens og størrelse kan fremstilles.

Kompilering foretages efterhånden i rækkefølge, og det cirkulære kort er udviklet til et taxon. Disse sammenlignes derefter med synapomorphic cladistic teknik til overdragelse af en kladogrammer af fragmentdata.

Kloroplastgenomet er fri for deletioner, insertioner, transpositioner og inversioner og dermed relativt konserverede. De fleste af generne af dette genom beskytter omfattende molekylær information om det pågældende taxon. For denne konservative karakter kan en sammenlignende undersøgelse med data fra forskellige taxa tilvejebringe fylogenetiske beslutninger på relativt højere niveauer af taksonomisk hierarki.

Chloroplast DNA er normalt arveligt arvet i angiospermer og paternalt arvet i tilfælde af gymnospermer. Som sådan kan cp DNA-sekvenser sammen med nukleare data bestemme moderlige forældrearter i tilfælde af hybrider eller allopolyploide arter (Ackerfield og Wen, 2003).

RbcL-genet i det, som koder for ribulose-1, 5-bisfosfatcarboxylase, er blevet bredt sekventeret for planter og har vist sig nyttigt ved højere taxonomiske niveauer. Det har bidraget meget til vores forståelse af angiospermfylogeni alene eller i kombination med andre markører (Martin og Stone, 1983; Martin og Jennings 1983; Martin et al., 1985; Xiang et al., 1998; Ingrouille et al., 2002 ).

NdhF-genet, der koder for underenhed F af NADP dehydrogenase, en komponent i respiratorisk kæde, er også blevet anvendt på familie-, slægts- og arteniveauer (Wen et al., 2003).

Andre chloroplastgener, der anvendes til taxonomiske formål, indbefatter generne for a- og p-underenheder af RNA-polymerase II (rpoA og rpoC2 i den store enkeltkopieregion) og et maturategen i intronen, der adskiller den kodende region af trnK (matK, tidligere kendt som ORF, for åben læseramme K), AtpB, genet, der koder for p-underenheden af ​​ATP-syntetase etc.

Molekylær plante taxonomi har også i høj grad understreget det nukleare gen kodende for ribosomalt RNA (rRNA), der almindeligvis omtales som rDNA. Dette er arrangeret i tandem gentagelser i et eller et par kromosomale loci.

Hver gentagelse har en transkriberet region bestående af et eksternt transkriberet afstandsstykke (ETS) efterfulgt i sekvens af 18S genet, en intern transkriberet spacer (ITS-1), 5, 8S genet, en anden intern transkriberet spacer (ITS-2) og i sidste ende 26S gen. Hver gentagelse adskilles fra sine tilstødende enheder af en intergeriisk spacer (IGS).

I eukaryoter består ribosomet af to underenheder - en stor underenhed (LSU) og en lille underenhed (SSU), som er omkring halvdelen af ​​LSU'ens størrelse. 18S genet koder for SSU og 26S og 5, 8S koder for LSU. De nukleare gener, som koder for rRNA, gentages tusindvis af gange inden for det typiske plantegenomet og kan omfatte ikke mindre end 10% af det samlede plante-DNA.

18S-regionen er en langsomt udviklende markør og er egnet til forståelse af fylogeni på højere taksonomisk niveau (Soltis etal., 1997) og for landplantefylogeni (Soltis et al., 1999a, 1999b).

Det nukleare ribosomale ITS-område, herunder 5, 8S-genet, har været den mest anvendte molekylære markør på interspecifikke og intergenerale niveauer i planter (Starr et al., 2004). ITS-sekvensvariation er mere egnet til prøveudtagning og sammenligninger inden for og blandt arter af nært beslægtet slægt (Martins og Hellwig, 2005).

Den fylogenetiske betydning af 26S-sekvensen, som er ca. 3, 4 KB lang med 12 ekspansionssegmenter (ES), er ikke blevet udforsket i vid udstrækning. Hidtil er 26 partielle sekvenser blevet anvendt blandt nært beslægtede familier og inden for en familie til vurdering af fylogenetisk stilling og forhold.

Samordnede og koordinerede bestræbelser fra en gruppe taxonomer i mellemtiden er begyndt at give moderne systemer til klassificering af angiospermer baseret hovedsageligt på molekylære data indkøbt fra nukleare og chloroplastgener (fx APG System-Ill, 2009).

Disse systemer vil udvikle sig yderligere for at tjene enorm anerkendelse og accept, da molekylære teknikker giver kraftfulde værktøjer til at studere det naturlige forhold mellem taxa og deres evolutionære perspektiver. Desuden har den igangværende improvisation af teknikker tilføjet meget til deres troværdighed.