Essay on Plant Taxonomy

I denna uppsats kommer vi att diskutera om Plant Taxonomy. Efter att ha läst denna uppsats kommer du att lära dig om: 1. Introduktion till växt taxonomi 2. Föreningar som är användbara i växt taxonomi 3. Semantider av taxonomisk betydelse.

Innehåll:

  1. Uppsats om introduktion till växtskattonomi
  2. Uppsats om de föreningar som är användbara i växtskattonomi
  3. Uppsats om semantider av taxonomisk betydelse

Essay # 1. Introduktion till Plant Taxonomy:

Historien om fytokemi är ganska lång, vilken innehåller otaliga kemiska undersökningar om växter för att förklara biokemiska mekanismer, fysiologiska funktioner och medicinska principer. Möjligheterna att integrera kemi med växt taxonomi förblev oupptäckt under lång tid.

De första profetiska orden kom från Helen Abbot så tidigt som 1886 att "det har varit relativt liten studie av kemiska principer för växter från en rent botanisk syn på de yttre manifestationerna av en rad interna biokemiska reaktioner".

Abbots arbete (1886) om distribution av saponiner i växter och generellt påstående om värdet av kemiska data i tolkningsutveckling är verkligen en av de banbrytande och mest minnesvärda strävandena i denna riktning. Trots detta måste kemi fortsätta att vänta fram till mitten av 1950-talet för dess erkännande inom växt taxonomi när Hegnauer (1954, 1958) utgjorde termen "kemotaxonomi".

Samtidig frisättning av tre böcker "Chemotaxonomie der Pflanzen" (Hegnauer, 1962-86), "Biochemical Systematics" (Alston and Turner, 1963) och "Chemical Plant Taxonomy" (Swain, 1963) och senare publikationer av "Comparative Phytochemistry (Swain, 1966) och "Phytochemical Phylogeny" (Harborne, 1970) bidrog enormt till kemotaxonomi och visade effekten av kemiska tecken vid hantering av taxonomiska problem, förbättrad traditionell klassificering och tolkning av fylogeni.

Kemisk information är grundläggande och närvaro eller frånvaro av en kemisk förening är en posteriori och följaktligen viktigare än de som är a priori eftersom morfologiska karaktärer initieras på genernivå.

Kemiska föreningar, till vilka traditionella taxonomer vanligtvis är likgiltiga, förtjänar speciell status, om inte högre, åtminstone nära morfologiska tecken. Detta uttalande betyder inte nödvändigtvis att ett system för klassificering av "särskilda ändamål" kan förväntas från kemiska föreningar, men det säkerställer positivt improvisation av de traditionella klassificeringssystemen.

I själva verket har kemotaxonomin, som också är bekant som kemosystematik, biokemisk systematik, taxonomisk biokemi etc., blivit en integrerad del av taxonomi eller systematisk botanik (Bate-Smith, 1962; Bisby et al. 1980; Gibbs, 1974; Hawkes, 1968; Harborne, 1984, Harborne och Turner 1984, Heywood och Moore, 1984; Jensen och Fairbrother 1983; Turner 1969; Young och Seigler 1981 och många andra).

Giannasi och Crawford (1986) utmärkta granskningsarbete har bidragit enormt till visualiseringen av ämnets samtida status och främjande av dess fortsatta tillväxt. Resan som kemotaxonomin startade från metabolismens produkter har utvecklats under tiden mot informationen innehållande molekyler.

Det har arbetat ut olika aspekter av "gentekniska system-vis-a-vis-miljö" -interaktioner såväl som växtförhållanden för att lösa mikroutvecklingen.


Essay # 2. Föreningar Användbar i Plant Taxonomy:

Även om teoretiskt sett alla kemiska beståndsdelar är potentiellt värdefulla för taxonomer, hittar de konservativa organiska ämnena i praktiken endast tillämpning i taxonomi. Sådana föreningar är placerade under tre brett kategorier, nämligen primära metaboliter, sekundära metaboliter och semantider.

(i) Primärmetaboliter:

De primära metaboliterna är produkter av vitala eller livsrelaterade metaboliska vägar och därmed oumbärliga och universella. På grund av brist på variation i dessa ämnen, även när det gäller avlägsen taxa, har de primära metaboliterna inget systematiskt värde. Endast i vissa fall utgör överskottsmängden av någon karakteristisk primärmetabolit en grund för nomenklaturen.

Överflödiga kvantiteter akonsyra, citronsyra och oxalsyra har givit de vetenskapliga namnen på släktet Aconitum, Citrus och Oxalis. På liknande sätt i Sedum finns 7-kolsocker-sedoheptulosen närvarande i mängder långt över den mängd som deltar i den väsentliga metabolismen.

(ii) Sekundära metaboliter:

De sekundära metaboliterna är de ämnen som produceras mestadels som en konsekvens av icke-vitala processer eller av icke-universellt viktiga processer i vissa fall. På grund av deras karaktäristiskt begränsade förekomst i växter är dessa föreningar av stort värde vid växt taxonomi. De viktigaste ämnena som används i taxonomi inkluderar fenoler, terpenoider, tanniner, glukosinolater, alkaloider, oljor, vaxer etc. Värdet av dessa ämnen i taxonomin bedöms genom deras fördelning i samband med andra tecken.

(iii) Semantider:

Semantiderna är informationsbärande molekyler och kan klassificeras i primära (DNA), sekundära (RNA) och tertiära (proteiner) kategorier i följd av sekventiell överföring av genetisk kod. Sekvensen av nukleotider i de två första kategorierna och sekvensen av aminosyror vid proteiner innehåller all information om karaktäristiska former och funktioner av alla typer av växter.

Semantiderna erbjuder ett mycket bättre alternativ till användningen av sekundära metaboliter och cytologiska, anatomiska, embryologiska egenskaper etc. i växt taxonomi eftersom alla dessa egenskaper är enbart manifestationer av den tidigare. Protein-taxonomin innefattar huvudsakligen aminosyrasekvensering och serologi.

Molekylära tolkningar:

De kemiska ämnen som används i taxonomi tolkas ofta i termer av mikro- och makro-molekyler. De primära och sekundära metaboliterna betraktas som mikromolekyler för att ha molekylvikt mindre än 1 kDa och semantiderna tillsammans med större polysackarider är kända som makromolekyler för att ha molekylmassa över 1 kDa.


Essay # 3. Semantider av taxonomisk betydelse:

en. Proteiner :

Proteiner är molekyler av ett eller ett litet antal polypeptidkedjor varav en är en polymer av aminosyror bundna genom deras amino- och karboxylgrupper genom peptidbindningar. Aminosyrasidokedjorna kan ha en positiv eller negativ laddning, en kort alifatisk kedja eller en aromatisk rest.

Eftersom de 20 aminosyrorna kan kopplas samman i nästan alla möjliga sekvenser är den potentiella mångfalden av struktur och funktion enorm. Som tertiära semantider tjänar dessa som informationsbärande molekyler, språket i deras kommunikation skrivs i deras aminosyrasekvenser. Med tanke på dessa proteiner har det visat sig vara mycket användbart vid växt taxonomi.

Dessutom förväntas proteinylogeni vara mer konservativ och en mycket tillförlitlig indikator på evolutionen. Elektrofores av fröförvaringsproteiner, jämförande protein och allozymsekvensering och systematisk serologi är de viktigaste områdena som integrerar proteiner med taxonomi.

Elektroforetisk separation av proteiner lagrade i frön längs en elektrisk gradient baserad på polariteterna hos deras beståndsdelande aminosyror överlämnar en serie band. Dessa elektroforetiska mönster av proteiner erhållna från olika taxor kan jämföras för att fastställa förhållanden.

Vidare kan data syntetiseras med karaktärstillstånd erhållna från andra datakällor för fenetisk uppskattning av relationer.

Crawfords och Julians (1976) verk på fröproteinprofilen i smala bladarter av Chenopodium som förekommer i västra USA förtjänar att nämna att de har tagit sitt taksonomiska värde in i ljuset och jämfört det med fördelning av flavonoidföreningar i den berörda arten.

Den elektroforetiska studien som gjordes av Mc Leod et al. (1979) har särskiljat arten Capsicum (Solanaceae).

Eftersom lagringsproteinerna är resultatet av tillsatsärvet från förmodade förfäder, kommer studier som berör dem troligt att förklara de fall av komplex hybridisering som kan ha inträffat i naturen under utveckling. Levin och Schal (1970) kunde genom proteinelektrofores avslöja ett retikulärt utvecklingsmönster i släktet Phlox.

Aminosyrasekvenser av specifika proteiner från olika taxa kan ge värdefulla taksonomiska data. Cytokrom C har sekvenserats för ett antal djur och fynden användes för att konstruera dendrogrammer av evolutionära förhållanden som är jämförbara med de som baseras på morfologiska data (Wilson et al., 1977, Babaetal., 1981).

Dessutom kommer eventuell förändring i aminosyrasekvensen av samma protein eller enzym som samlats från två olika populationer av samma art som förekommer i två olika ekologiska förhållanden sannolikt att ge tillförlitlig information om mikroutvecklingen vid infra-specifika nivåer.

Allozymes [samma enzym som samlats in från två olika växtkällor (population / art) som skiljer sig åt i aminosyrasekvenser men har samma funktion] har framkallat mycket taxonomiskt intresse eftersom de ger ledtråd till organismernas genetiska förhållande (Soltis, 1982) sedan någon förändring i sekvensen av aminosyror i ett enzym är en återspegling av en förändring i sekvenserna av baser i DNA.

Allozym jämförelse ger således en objektiv (kvantitativ) mätning av genetiskt avstånd mellan populationer, sorter och arter som studeras (Nej, 1972) och ett sätt att korrelera genetisk mångfald och miljöförening (Nevo et al., 1982).

Taxonomisk jämförelse av aminosyrasekvenser av ribulos-1, 5-bisfosfatkarboxylas och variabilitetsmönster har tillräcklig relevans för studien av fylogeni (Martin och Jennings, 1983).

Av de olika proteinerna är jämförande sekvensering av cytokrom C, plastocyaniner, ferredoxin och ribulosebisfosfatkarboxylas etc. mycket pålitliga i taxonomiska studier, vilket kan framgå av Boulters arbete (1972, 1974, 1980); Boulter et al., (1979); Martin och Stone, (1983); Martin och Dowd, (1986); Martin et al., (1985).

b. Nukleinsyror:

Detta är en allmän term för alla sådana naturliga polymerer, i vilka kvävebaser (puriner eller pyrimidins) är fästa på en sockerfosfatskelett. Detta kan vara singel- eller dubbelsträngat. Nukleinsyrorna (DNA och RNA) utgör de primära och sekundära semantiderna (informationsbärande molekyler).

Dessa föreningar, speciellt DNA, har stor potential för växtsystematik och kan erbjuda väsentlig inblick i samband mellan växter (Bendich och Boulton, 1967, Bendich och Anderson, 1983). Nukleinsyror har fått preferens till andra molekyler i taxonomiska studier för deras stabilitet och den lätthet med vilken deras preparat kan göras.

DNA kan framställas från en liten mängd bladvävnad och även när den tas från en utrotningshotad art är de skadliga konsekvenserna minimala.

Den information som erhållits från Doyle och Dickson (1987) att god kvalitet DNA kan extraheras från de torkade herbariumproverna har varit mycket uppmuntrande för de molekylära taxonomerna. Dessutom kan DNA-analyser få tillgång till en nästan obegränsad pool av genetiska tecken. Plantgenomgångar varierar i storlek från 8, 8 x 10 6 till mer än 300 x 10 9 bp.

Vägverket i denna riktning började med DNA-DNA-hybridisering vilket är en direkt metod för att bedöma likhet mellan taxa vid molekylär nivå av det genetiska materialet självt. Likhet bedöms genom att fastställa den procentuella reanering av DNA (enkelsträngad) av en art med DNA (även enkelsträngad) av en annan art.

Den snabbt återanpassande fraktionen innefattar det korta, höggradigt repetitiva DNA som allmänt menas att det rör sig om genreglering (Rose och Doolittle, 1983) medan den långsamt återanvändande fraktionen representerar strukturgener.

Även om metoden är en förfining över analyser av kromosomala homologier, har tekniska svårigheter minskat taxonomernas engagemang. Speciellt förvirrande är resultaten när DNA-strängar återanpassas med de från samma art. Detta kan vara det faktum som hindrar ansträngningar att berika befintliga klassificeringssystem och bedöma inter-taxa-förhållandet baserat på nukleinsyrahybridisering.

Av DNA-RNA-hybridiseringsprogrammen har vissa ansträngningar skapat mycket viktiga milstenar i utvecklingen av kemotaxonomi. Chang och Mabry (1973) fastställde relationerna mellan familjerna i Centrospermae.

Under framställningen av DNA-RNA-hybridiseringsdata för Centrospermous-familjer slog Mabry (1976) slutsatsen att Caryophyliaceae (anthocyanininnehållande familj) ligger ganska nära de betalininnehållande familjerna av Caryophyllales men inte så nära som de senare till varandra Nukleotidsekvensering har varit ganska populär för en tid i taxonomisk bedömning.

Kossel et al., (1983) undersökte rRNA-gener av vissa bakterier och kloroplaster från olika växter som sträcker sig från enhälliga alger till angiospermer och har visat att värdefulla fylogenetiska inferenser kan erhållas från en sådan jämförelse.

De tekniska problemen med DNA-RNA och DNA-DNA-hybridiseringar och framsteg inom gentekniska tekniker har styrt det taxonomiska intresset mot restriktionsendonukleasfragmentering av kärn- och kloroplast DNA (cp DNA) och mitokondriellt DNA (mt DNA).

Studier av mitokondriellt DNA har varit mycket framgångsrika hos djur och mycket sällan i växter. Växthetokondrie-DNA är ganska dåligt studerade jämfört med deras motsvarighet hos djur (Palmer et al., 2000). Växt mitokondriegenomet är instabilt och inter- och intra-molekylär rekombination sker ofta. Följaktligen omger genens sekvens av mitokondriella DNA ofta.

Kloroplast-DNA används mer framgångsrikt som ett taxonomiskt verktyg vid växter, huvudsakligen för att vara relativt riklig komponent av totalt växt-DNA för att underlätta extraktion och analys.

Kloroplast-DNA är en cirkulär molekyl som sträcker sig i storlek från 120-21 7 kb och i majoriteten av angiospermer varierar storleken inom 135-160 kb. Det finns cirka 100 funktionella gener i kloroplastgenomet och i de flesta fall finns det två dubbla områden i omvänd orientering eller inverterad upprepning (IR) i storlek från 10 till 76 kb.

Det cirkulära cp-DNA kan lätt separeras från dess kloroplast och fragmenteras vid flera punkter genom användning av olika restriktionsenzymer som är specifika för korta (vanligtvis sex) sekvenser av baspar. Dessa fragment kan separeras genom gelelektrofores och en karta över deras sekvens och storlek kan framställas.

Sammanställning görs så småningom i följd och den cirkulära kartan är utvecklad för en taxon. Dessa jämförs sedan med synapomorf kladistisk teknik för att överlämna en kladogram av fragmentdata.

Kloroplastgenometet är fritt från deletioner, insertioner, transpositioner och inversioner och därigenom relativt konserverade. De flesta av generna i detta genom bevarar omfattande molekylär information om den berörda taxonen. För denna konservativa karaktär kan en jämförande studie med data från olika taxa ge fylogenetiska beslut på relativt högre nivåer av taxonomisk hierarki.

Kloroplast-DNA är vanligen arvsmärtigt i angiospermer och paternalt ärvt vid gymnospermer. Som sådana cp-DNA-sekvenser tillsammans med kärndata kan man fastställa moderälderslag vid hybrider eller allopolyploida arter (Ackerfield och Wen, 2003).

RbcL-genen i den som kodar för ribulos-1, 5-bisfosfatkarboxylas har i stor utsträckning sekvenserats för växter och har visat sig vara användbar vid högre taxonomiska nivåer. Det har bidragit mycket till vår förståelse av angiospermfylogeni ensam eller i kombination med andra markörer (Martin och Stone, 1983; Martin och Jennings, 1983; Martin et al., 1985; Xiang et al., 1998; Ingrouille et al., 2002 ).

NdhF-genen som kodar för subenhet F av NADP-dehydrogenas, en komponent i respiratorisk kedja, har också använts vid familje-, släkt- och artnivåer (Wen et al., 2003).

Andra kloroplastgener som används för taxonomiska ändamål innefattar generna för a- och p-subenheter av RNA-polymeras II (rpoA och rpoC2 i den stora enkopieområdet) och en maturatgen i intronet som skiljer den kodande regionen av trnK (matK, tidigare känd som ORF, för öppen läsram K), AtpB, genen som kodar för P-subenheten för ATP-syntetas etc.

Molekylär växt taxonomi har också starkt betonat den nukleära genen som kodar för ribosomalt RNA (rRNA), allmänt benämnt rDNA. Detta ordnas i tandemupprepningar i ett eller några kromosomala loci.

Varje repetition har en transkriberad region bestående av en extern transkriberad spacer (ETS) följd i följd av 18S-genen, en intern transkriberad spacer (ITS-1), 5, 8S-genen, en andra intern transkriberad distans (ITS-2) och slutligen 26S-genen. Varje upprepning är separerad från dess intilliggande av en intergerisk spacer (IGS).

I eukaryoter består ribosomen av två subenheter - en stor underenhet (LSU) och en liten underenhet (SSU) som är ungefär hälften av LSU: s storlek. 18S-genen kodar för SSU och 26S och 5, 8S kodar för LSU. De nukleärgen som kodar för rRNA upprepas tusentals gånger inom det typiska växtgenomet och kan innefatta inte mindre än 10% av det totala växt-DNA.

18S-regionen är en långsamt utvecklande markör och är lämplig för förståelse av fylogeni vid högre taxonomisk nivå (Soltis etal., 1997) och för växtfylogeni (Soltis et al., 1999a, 1999b).

Den nukleära ribosomala ITS-regionen inklusive 5, 8S-genen har varit mest använda molekylär markör vid interspecifika och intergenerala nivåer i växter (Starr et al., 2004). ITS-sekvensvariation är mer vänlig för provtagning och jämförelser inom och bland arter av nära besläktad genera (Martins och Hellwig, 2005).

Den fylogenetiska betydelsen av 26S-sekvensen som är ca 3, 4 KB lång med 12 expansionssegment (ES) har inte undersökts allmänt. Hittills har delvis 26 sekvenser använts bland närbesläktade familjer och inom en familj för bedömning av fylogenetisk ställning och relation.

Samordnade och samordnade insatser av en grupp taxonomer under tiden har börjat ge moderna system för klassificering av angiospermer baserade huvudsakligen på molekylära data som erhållits från kärn- och kloroplastgenomgångar (t.ex. APG System-Ill, 2009).

Dessa system skulle vidareutvecklas för att tjäna enorm uppskattning och acceptans eftersom molekylära tekniker ger kraftfulla verktyg för att studera det naturliga förhållandet mellan taxa och deras evolutionära perspektiv. Dessutom har den pågående improvisationen av tekniker lagt mycket till deras trovärdighet.