Şeker sorgumda biyoenerji ile ilişkili QTL'lerin yeni nesil sekanslama yöntemleri kullanılarak haritalanması
Mapping of bioenergy-related traits QTLs using next generation sequencing method in sweet sorghum
Yazar: BİRGÜL GÜDEN
Danışman: PROF. DR. BÜLENT UZUN
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarla Bitkileri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Ziraat = Agriculture
Dizin: Bitki boyu = Plant height ; DNA dizileme = DNA sequencing ; Sorgum = Sorghum ; Şeker = Sugar

Özet:
Bu tez çalışmasında bitki boyu, şeker miktarı ve bitki öz suyu miktarı bakımından farklı karakterlere sahip Erdurmuş şeker sorgum çeşidi ile tanelik yetiştiriciliğe uygun Öğretmenoğlu çeşidinin melezlenmesi ile elde edilen 181 bitkiden oluşan F2 popülasyonunda ddRAD-seq (double-digest Restriction Site Associated DNA) yöntemi ile genomik kütüphane oluşturulmuş ve yeni nesil sekanslama yöntemi ile veriler elde edilmiştir. Bitki boyu, bitki öz suyu ve Brix özellikleri ile ilgili fenotipik gözlemler F3 popülasyonunda Konya ve Antalya lokasyonlarında gerçekleştirilmiştir. Bu veriler dahilinde oluşturulan QTL haritalamada bitki boyu için 1., 7. ve 9. kromozomlar üzerinde 3 major, bitki öz suyu için 6. kromozom üzerinde 1 major ve Brix için ise 3. ve 7. kromozomlar üzerinde minör etkili 2 QTL bölgesi belirlenmiştir. Bitki boyu için belirlenen qPH1.1, qPH7.1 ve qPH9.1 QTL'lerinin fenotipik varyasyonu açıklama oranları sırasıyla %10,8, 34,8 ve 13,5'tir. Bitki öz suyu için belirlenen qPJ6.1 QTL'inin fenotipik varyasyonu açıklama oranı %26, Brix için belirlenen qBX3.1 ve qBX7.1 QTL'lerinin %8,6 ve 9,7 olarak belirlenmiştir. Bu QTL'ler arasında qPH7.1 QTL bölgesinin yakınında yer alan SCM_59803007 lokasyonundaki SNP, Dw3 geninden yaklaşık 30 kb uzaklığında tanımlanmış ve fenotipik varyasyonu açıklama oranı %34,8 olarak belirlenmiştir. Bu bölgede yapılan analizlerde belirlenen SNP'in bir sonucu olarak 4. exonda yer alan 120. amino asitin Glutamat (E) yerine Aspartat (D)'a dönüştüğü gözlenmiştir. 
Tanımlanan QTL bölgelerinde yer alan SNP'lerden bitki boyu için 2, bitki öz suyu için 2 ve Brix için 3 CAPS (Cleaved Amplified Polymorphic Sequences) markeri geliştirilmiştir. Sekans verilerini bildiğimiz 8 hat ve 3 çeşitte yapılan marker doğrulama ve etkinlik belirleme çalışmaları neticesinde, genomik sekans verilerinin CAPS markerine dönüşüm etkinliği %100 olarak belirlenmiştir. 
Bitki boyu, bitki öz suyu ve Brix karakterleri bakımından Erdurmuş çeşidinde olan QTL'leri içermeyen ancak yine de bu karakterler bakımından üstün olan 8 farklı hat ve Uzun çeşidine ait yeni nesil sekans verileri incelenmiştir. Farklı QTL'lerin Erdurmuş çeşidinde piramitlenmesini sağlamak amacıyla, farklı SNP QTL bölgelerine sahip hat ve çeşitler ile Erdurmuş melezlenmiş ve elde edilen döllerdeki tarımsal değerler belirlenmiştir. Özellikle 507 X Erdurmuş melezinde ve (424 x Erdurmuş) X (507 x Erdurmuş) 2'li melezinde yapılan gözlemlerde bitki boyu ve Brix karakterleri için elde edilen değerlerin ebeveynlerinden oldukça yüksek olduğu ve piramitleme amacıyla seçilen bu melezlerde başarılı olunduğu görülmüştür.

Abstract:
In this thesis, genomic library was constructed using with ddRAD-seq (double-digest Restriction Site Associated DNA) method in F2 population consisting of 181 individuals derived from a cross between sweet sorghum, Erdurmus and grain sorghum Ogretmenoglu which were contrasting cultivars for plant height, sugar content and Brix data were obtained using the libraries by next generation sequencing method. Phenotypic observations on plant height, stalk juice and Brix characteristics were performed in the F3 population grown in Konya and Antalya locations. Three major QTLs on the chromosomes 1, 7 and 9 for plant height, 1 major QTL on the chromosome 6 for stalk juice and 2 minor QTLs on the chromosomes 3 and 7 for Brix were determined by QTL mapping. The qPH1.1, qPH7.1 and qPH9.1 QTLs for plant height explained the phenotypic variation of 10,8, 34,8 and 13,5%, respectively. The explanation rate of the qPJ6.1 QTL was 26% for the phenotypic variation of stalk juice while the qBX3.1 and the qBX7.1 for the Brix were 8,6 and 9,7%, respectively. The SNP at the SCM_59803007 location, which was close the qPH7.1 QTL region was identified at about 30 kb from the Dw3 gene, and the phenotypic variation was explained for 34.8%. As a result of the SNP determined in the analyses performed in this region, it was observed that the 120th amino acid at the 4th exon was changed to Aspartate (D) to Glutamate (E).
From the SNPs in the defined QTL regions, 2 CAPS (Cleaved Amplified Polymorphic Sequences) markers for plant height, 2 CAPS for stalk juice and 3 CAPS for the Brix characters were developed for user friendly MAS selections. The conversion efficiency of genomic sequence data to CAPS marker was determined as 100% for each marker according to data especially having from the 8 lines and 1 cultivar whose genomic sequences were known.
Next generation sequence data of 8 different lines and Uzun cultivar, which no contain the QTLs of the Erdurmuş cultivar in terms of plant height, stalk juice and the Brix characters, but are still superior in terms of these characters, were scrutinized. To provide the pyramiding of different QTLs in Erdurmuş cultivar, lines and cultivars with different SNP QTL regions were crossed with Erdurmuş and the progenies were evaluated for the characters studied. Especially in the observations in crossings of 507 and Erdurmuş and (424 x Erdurmus) X (507 x Erdurmus), it was observed that the values obtained for plant height and the Brix characters were considerably higher than their parents, and thus genome-based pyramiding were successful.