Kadmiyum stresi altındaki pamuk bitkisinde (Gossypium hirsurum L.) ifadesi değişen mineral metabolizma genlerinin RNA-seq verisine dayalı in-silico analizi
In-silico analysis of mineral metabolism genes with altered expression in cotton (Gossypium hirsutum L.) under cadmium stress based on RNA-seq data
Yazar: EZGİ ERÇELİK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET EMİN URAS
Haliç Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı / Moleküler Biyoloji ve Genetik  Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Genetik = Genetics

Özet:
Tarımsal alanların ağır metallerle kirlenmesi, insan sağlığı ve çevre için önemli bir risk oluşturacak seviyelere ulaşmıştır. Ağır metaller ile kirlenmiş bu sahalarda gıda olarak kullanılmayan ancak ekonomik değeri yüksek endüstriyel bitkilerin yetiştirilmesi yoluyla fitoremediasyonun gerçekleştirilmesi zaman ve maliyet açısından büyük avantajlar sunma potansiyeli taşımaktadır. Ekonomik değeri yüksek, görece fazlamiktarda biyokütle üretebilen ve ürün olarak elde edilen lif ve tohum gibi kısımlarının kirlilikten en az derecede etkilenen pamuk (Gossypium hirsutum L.) bitkisi çalışma için seçilmiştir. Pamuk fideleri değişen konsantrasyonlarda Cd'a maruz bırakılmış, 9 saat saat boyunca 4 mM Cd'a maruz kalan örnekler seçilerek RNAseq verisine dayalı olarak transkriptom analizi yapılmıştır. Anlatımı değişen genler biyoinformatik araçlarla analiz edilerek bu genlerden Ca, Zn ve Fe metabolizmasıyla ilgili genlerin anlatımlarındaki değişimler incelenmiştir. Bu genlerden, ifadesi anlamlı olarak değiştiği tespit edilen genlerden 433 adedi Ca, 260 adedi Fe ve 811 adedi Zn ile ilgili genler olduğu tespit edilmiştir. Anlatımı en fazla değişen genlerin Zn ile ilgili genler olduğu görülmüştür. Anlatımı değişen Zn ile ilgili genlerin kök, gövde ve yaprakta yüksek korelasyon gösterdiği, Ca ve Fe mineralleriyle ilgili olan genlerde bu korelasyonun düşük olduğu gözlenmiştir. Kalsiyum ile ilgili genlerden ATPase E1 ve E2, Na/Ca değiştirici CaLB domaini içeren lipit bağlama proteini gibi genlerde artan anlamlı değişim saptanmıştır. Çinko ile ilgili genlerden Dof-tipi çinko parmak DNA bağlanma proteini, Elisitör ile aktive olan gen, çinko parmak genleri, RING/U-boks proteini gibi genlerde anlamlı aktivite değişikliği görülmüştür. Demir ile ilgili genler incelendiğinde ise APS redüktaz, Nitrite reductaz, 2OG Fe bağımlı oksigenaz, ferritin, APS redüktaz, alfa heliks ferrodoksin ve myo-inositol oksigenaz gibi genlerde anlamlı aktivite değişikliği tespit edilmiştir. Çalışmada elde edilen veriler ileride yapılacak çalışmalarda Cd'a toleranslı pamuk varyetelerinin geliştirilmesinde, Ca, Zn ve Fe mineral metabolizmasıyla ilgili genler ile ilgili temel bilgi sağlanması amaçlanmaktadır.

Abstract:
Contamination of agricultural areas with heavy metals has reached levels that pose a significant risk to human health and the environment. The realization of phytoremediation by growing industrial plants that are not used as food but have high economic value in these areas contaminated with heavy metals has the potential to offer great advantages in terms of time and cost. Cotton (Gossypium hirsutum L.), which has a high economic value, can produce relatively large amounts of biomass, and whose parts such as fiber and seeds obtained as products are least affected by pollution, was selected for the study. Cotton seedlings were exposed to varying concentrations of Cd, samples exposed to 4 mM Cd for 9 hours were selected and transcriptome analysis was performed based on RNAseq data. Genes with altered expression were analyzed by bioinformatics tools and the changes in the expression of genes related to Ca, Zn and Fe metabolism were examined. Among these genes, 433 Ca, 260 Fe and 811 Zn-related genes were found to have significantly changed expression. It was observed that the genes whose expression changed the most were Zn-related genes. It was observed that Zn-related genes with altered expression showed high correlation in roots, stems and leaves, while this correlation was low in genes related to Ca and Fe minerals. Significant changes were found in genes related to calcium such as ATPase E1 and E2, lipid binding protein containing Na/Ca exchanger CaLB domain. Significant activity changes were observed in zinc-related genes such as Dof-type zinc finger DNA binding protein, Elicitor-activated gene, zinc finger genes, RING/U-box protein. When iron-related genes were analyzed, significant activity changes were detected in genes such as APS reductase, Nitrite reductase, 2OG Fe-dependent oxygenase, ferritin, APS reductase, alpha helix ferrodoxin and myo-inositol oxygenase. The data obtained in the study are aimed to provide basic information on genes related to Ca, Zn and Fe mineral metabolism in the development of Cd tolerant cotton varieties in future studies.