Çeşitli taksonlar 1,2,3,4 arasında benzeri görülmemiş küresel tür düşüş oranlarıyla birlikte, daha önce keşfedilmemiş ve tanımlanmamış türleri içeren kapsamlı bir biyoçeşitlilik envanteri oluşturma itici gücü, zamana karşı bir yarış haline gelir 2,5. Birincisi, biyolojik çeşitliliğin korunması ancak uygun taksonomik bilgiışığında anlamlıdır 6,7. Bu nedenle, yakından ilişkili ancak farklı türlerin benzersiz temel nişlere sahip olabileceği göz önüne alındığında, biyolojik çeşitliliğin tür düzeyinde tanımlanması gereklidir8.
Böcek sistematiğinde, alfa taksonomisi veya geleneksel taksonomi, hayvan gruplarının hepsine olmasa da çoğuna benzer şekilde tür tanımlamasında altın standarttır9. Bu yaklaşım, organizmaları daha yüksek taksonomide sınıflandırmak ve tür düzeyinde tanımlama sağlamak için morfolojik karakterlere dayanır10,11. Birçok durumda, aile12 ve hatta cins düzeyinde tanımlama13, vücut formu ve özel adaptasyonlar gibi tek başına dış morfolojik özellikler kullanılarak yapılabilir. Bu arada, böceklerde tür düzeyinde tanımlama genellikle aedeagus veya erkek cinsel organının yapısal detaylarının karşılaştırılması yoluyla yapılır 14,15,16.
Bu morfolojiye dayalı alfa taksonomisinin geniş çapta kabul görmesine rağmen, tür keşfine yönelik bu yaklaşım, özellikle omurgasızlar arasında çok sayıda 'taksonomik engel'6,17,18 tarafından engellenmektedir19. Böcek sistematiğinde, alfa taksonomisi kullanılarak tür tanımlama ve/veya keşif, sınırlı sayıda yetenekli taksonomistesahip olmanın zorluklarıyla karşı karşıyadır 20,21, kısa ve zar zor bilgilendirici önceki açıklamalar22 ve literatüre ve tip örneklerine erişimle ilgili lojistik sorunlar23.
Bu, söz konusu takson şifreli veya çok göze çarpmayan olduğunda daha da kötüleşir. Kriptik türler, ince türler arası fenetik farklılıklar göz önüne alındığında, karşılaştırmalı morfoloji ile kolayca tanımlanamayan aynı cinsin veya hatta farklı cinslerin tür kümesini ifade eder24. 'Karanlık taksonlar'25,26,27 olarak kabul edilen bazı şifreli taksonlar, ayrıca aşırı çeşitliliğe sahip olmakla birlikte çok az çalışılmış olmaktan muzdariptir. Ne yazık ki, bu nehir kenarı ve su böceklerinde nadir değildir 8,28. Kriptik karanlık taksonlar arasındaki tür tanımlamasının ele alınmaması, potansiyel olarak farklı nişlere ve ekolojik gereksinimlere sahip organizmalara herkese uyan tek bir koruma önlemi verildiğinden, biyolojik çeşitliliği tehdit etmektedir 8,29.
Bu zorluklar göz önüne alındığında, 'bütünleştirici taksonomi'23 veya alfa taksonomisini başka bir kanıt dizisiyle birleştirme yaklaşımı, son yirmi yılda yeni türler oluşturmanın bir yolu olarak ilgi gördü30,31,32. Böcekler 33,34,35,36,37,38,39 ve diğer böcek takımları 40,41,42,43,44,45 üzerindeki bütünleştirici taksonomik çalışmalarda kullanılan bu tür bir kanıt dizisi DNA dizisidir. Özellikle, mitokondriyal sitokrom c oksidaz alt birimi I (COI) geni, orta derecede muhafazakar doğası nedeniyle çeşitli hayvan kümesini barkodlamak için kullanılmaktadır 46,47,48. 'Barkodlama fragmanı' veya 'Folmer fragmanı' olarak da bilinen 658bp uzunluğundaki 5'-ucu (COI-5'), 'teşhis' dizisi49 olarak önerilmiş olsa da, 723 bp-uzunluğundaki COI-3' de 3'-uç50,51,52 için sağlam bir primer seti sayesinde kullanılmaktadır.
COI kullanarak DNA barkodlaması, tür düzeyinde tanımlama için tasarlanmış olsa da, GenBank54 ve BOLD55 gibi a priori dizi deposu53 ile sınırlıdır, moleküler tür sınırlama yaklaşımları, ön koşul deposu56 olmaksızın yalnızca sağlanan DNA dizilerini kullanarak tür sınırlarını belirler. Giriş dosyasına dayalı olarak iki sınıf moleküler tür sınırlama yaklaşımı vardır. İlk olarak, girdi olarak dizi hizalamasını kullanan eşik tabanlı yaklaşımlar,48,57,58 türü arasındaki ve içindeki farklılığı belirlemek için kesme değerlerini kullanır. Mesafeye dayalı yöntemler olarak, bu yaklaşımlar, böcekler için gözlemlenen maksimum %3'lük bir tür içi mesafeye dayanır ve bu da 'barkodlama boşluğu' olarak adlandırılır51,59. Eşik tabanlı yaklaşımlardan bazıları, TaxonDNA60'ta uygulanan SpeciesIdentifier, Kimura 2 parametreli (K2P)61 aracılığıyla genetik mesafe ve Otomatik Bölümleme (ASAP) ile Türleri Birleştir'dir.62.
İkinci olarak, ağacı girdi dosyası olarak kullanarak, birleştirici tabanlı yaklaşımlar, soy dallanma oranındaki 63,64,66 değişikliği belirleyerek tür sınırlarını belirler ve bağımsız soyları sıralar. Genellikle filogenetik tür kavramı67'ye dayanan birleşim temelli yaklaşımlar, Poisson ağacı süreçlerini (PTP)68 ve bunların varyasyonu, çok oranlı PTP69'u içerir. Her durumda, moleküler tür sınırlama yaklaşımları tarafından oluşturulan kümeler topluca moleküler operasyonel taksonomik birimler (MOTU'lar) olarak adlandırılır.
Burada, üç eşik tabanlı yaklaşım ve üç birleştirici tabanlı yaklaşım içeren MOTU'lar oluşturmak için bir karışım boru hattı için yöntemler sunuyoruz (Şekil 1). Boru hattı iki veri kümesi üzerinde test edilmiştir, yani (1) nehir kenarı Byrrhinus Motschulsky'nin COI-3' dizileri, 1858 böcekleri, daha önce bütünleştirici taksonomi ve tanımlanmamış türlerden ek diziler kullanılarak oluşturulmuş iki yayınlanmış türden35 oluşur ve (2) Anacaena Thomson, 1859 böceğinin COI-5' dizileri, yayınlanmış iki türdendizilerden oluşur 70 daha önce alfa taksonomisi ve tanımlanmamış türlerden ek diziler kullanılarak dikilmişti.

Şekil 1: MOTU'ları oluşturmak için karışım boru hattının akış şeması. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.