Plumbaginaceae from saudi arabia using its sequences of nuclear ribosomal dna

Distribution of Limonium in Saudi Arabia 

In Saudi Arabia, the family Plumbaginaceae is represented by two 

species:  Limonium  and  Plumbago.  The  genus  Limonium  is  (Sea 

Lavender, Statice, or Marsh-rosemary) is represented by four spe-

cies  (i.e.  Limonium  axillare,  L.  carnosum,  L.  cylindrifolium,  and  L. 

lobatum). Out of these L. carnosum is endemic to Saudi Arabia [Fig

-1]. 

ITS Sequences of nrDNA and its Utility 

The  plant  cell  contains  three  different  genomes:  chloroplast,  mito-

chondrion and nucleus. Nuclear ribosomal DNA is arranged in tan-

dem repeats in one or a few chromosomal loci. Only among closely 

related species are the chromosomal locations similar. The nuclear 

genes that code for rRNA are repeated thousands of times  within 

the  typical  plant  genome.  In  fact  they  can  comprise  as  much  as 

International Journal of Molecular Biology 

ISSN: 0976-0482 & E-ISSN: 0976-0490, Volume 6, Issue 1, 2015 

Phylogenetic Relationship Studies on the Genus Limonium Mill. Plumbaginaceae from Saudi Arabia Using its Sequences of Nuclear Ribosomal 

DNA 

---

|| Bioinfo Publications || 

 

114 

 

10% of the total plant DNA. The most remarkable feature of rDNA is 

the  overall  sequence  homogeneity  among  members  of  the  gene 

family in a given species. The process by which this pattern of intra-

specific homogeneity and interspecific heterogeneity is maintained 

has been called concerted evolution [13]. In plants, the rDNA cis-

tron  encodes  18S,  26S  and  5.8S  rRNAs,  which  are  separated  by 

the two internal transcribed spacers (ITS1 and ITS2). The cistron is 

flanked by the 5’ and 3’ external transcribed spacers (5’-ETS and 

3’-ETS). The nuclear ribosomal ITS region including the 5.8S gene 

[Fig-2] has been the most widely used molecular marker at the in-

terspecific and intergeneric levels in plants. The region is relatively 

short  to  sequence,  with  ITS1  200-300  bases  long,  ITS2  180-240 

bases, and 5.8S and 5.8S ca. 160 bp in flowering plants. The ampli-

fication and sequencing primers are highly universal [14]. 

Fig. 1- Genus Limonium distribution in Saudi Arabia 

The  nuclear  ribosomal  transcription  unit  (NRTU)  is  comprised  of 

18S, 5.8S and 28S genes, two internal transcribed spacers (ITS-1 

and ITS-2), and an intergenic spacer (IGS). After transcription, the 

NRTU is processed to produce mature rRNAs that are key compo-

nents  of  cytoplasmic  ribosomes.  NRTU  are  found  in  hundreds  to 

thousands of tandem copies and usually several NRTU clusters are 

present  within  plant  genomes.  The  conserved  regions  (18S  and 

28S genes) of NRTU are used to infer phylogenetic relationships at 

higher  taxonomy  levels,  whereas  the  more  rapidly  evolving  seg-

ments (ITS and IGS) are used for studies at the genic or population 

levels [15,16]. For over a decade, sequences of internal transcribed 

spacers (ITS) of NRTUs have been widely used to infer phylogenet-

ic relationships, genetic diversity and to unravel evolution in a wide 

range of complexes in plants [15,16]. Although NRTUs are found in 

thousands  of  copies  within  a  genome,  intra-genomic  diversity  is 

generally low [17]. This homogeneity among NRTUs is attributed to 

concerted evolution [18], a process that acts through gene conver-

sion and unequal crossing over. Despite the fact that homogeniza-

tion  is  a  norm  among  NRTUs  in  a  genome,  extensive  intra-

individual and intra-specific variation has been observed in various 

plant species [19]. Evidence is accumulating that suggests that intra

-individual variation of nuclear ribosomal ITS regions should not be 

considered as exceptional [20]. Because of the influence of concert-

ed evolution, the occurrence of ancestral polymorphisms is not the 

most likely ultimate cause for intra-genomic variability in this mark-

er.  Instead,  a  more  frequent  origin  is  the  merging  of  different  ITS 

copies  within  the  same  genome  as  a  consequence  of  gene  flow. 

Once the two copies meet, the fate of the polymorphism depends 

on  genetic,  reproductive  and  population-level  factors:  specifically, 

the number and location of ribosomal loci (on the same or different 

chromosomes), the occurrence of polyploidy and/or apomixes [21], 

and the relative abundance of different ITS copies in the breeding 

populations [20]. 

Sequences  of  the  nuclear  rDNA  internal  transcribed  spacers  (ITS 

region)  have  been  widely  applied  to  depict  evolutionary  relation-

ships  at  lower  taxonomic  levels,  notably  at  the  intrageneric  ones 

[18]. In addition, the ITS region has been a valuable tool for tracing 

the hybrid origin of diploid [22] and polyploid [16,23] species in flow-

ering plants. 

Since the first report of the utility of the cytochrome c oxidase subu-

nit 1 (CO1) as a DNA barcode to identify animals, DNA barcoding 

has  attracted  worldwide  attention  [24.25].  Many  loci  such  as  ITS 

[26], rbcL [27], psbA-trnH [ 28], and matK [28], combination of rbcL 

and matK [29] etc. have earlier been proposed for plant DNA bar-

code. Nuclear genes can provide more information than barcoding 

based  on  organellar  DNA  which  is  inherited  from  only  one  parent 

[30]. It has been emphasized that an ideal barcode should possess 

sufficient  sequence  variation  to  discriminate  the  taxon  at  species 

level; however, it also need to have sufficiently conserved region so 

that  there  is  less  variability  within  species  than  between  species 

[31]. The ITS2 shows significant sequence variability at the species 

level  or  lower  [32,33].  The  availability  of  structural  information  of 

ITS2  permits  analysis  even  at  higher  taxonomic  level  too  [32.34]. 

compared seven candidate DNA barcodes (psbA-trnH, matK, rbcL, 

rpoC1, ycf5, ITS2, and ITS) and proposed that ITS2 has potential 

for use as a standard DNA barcode to identify medicinal plants[35]. 

The ITS2 region has also been shown to be applicable in discrimi-

nating among a wide range of plants genera and families e.g. Aster-

aceae,  Rutaceae,  Rosaceae,  Araliaceae  [36-38].  Besides  plants, 

the  ITS2  sequence  also  has  potential  for  use  in  barcoding  of  ani-

mals.  The  secondary  structure  of  ITS2  are  conserved  as  well  as 

possesses sufficient variation in primary sequences and secondary 

structure which also provides useful biological information for align-

ment;  therefore,  the  ITS2  sequences  is  also  used  as  molecular 

morphological characteristics for species identification [39]. 

International Journal of Molecular Biology 

ISSN: 0976-0482 & E-ISSN: 0976-0490, Volume 6, Issue 1, 2015 

Al-Ghanem S.M.S. 

Fig. 2- Internal Transcribed Spacer Region 

---

|| Bioinfo Publications || 

 

115