Şeker pancarında (Beta vulgaris L.) ısı şoku proteinlerinin in silico analizleri ve kuraklık-sıcaklık stresinde gen ekspresyonlarının araştırılması
In silico analysis of heat shock proteins in sugar beet (Beta vulgaris L.) and investigation of gene expression in drought-heat stress
Yazar: ERDOĞAN HORUZ
Danışman: DOÇ. DR. YASEMİN ÇELİK ALTUNOĞLU
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Genetik ve Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Genetik = Genetics
Dizin: Abiyotik stres = Abiotic stress ; Biyoinformatik = Bioinformatics ; Gen ifadesi = Gene expression ; Sıcaklık şoku proteinleri = Heat shock proteins ; Şeker pancarı = Sugar beet

Özet:
Isı şoku proteinleri (Hsp) sıcaklık, kuraklık, tuzluluk, soğuk, UV ışığı ve oksidasyon gibi birçok başka stres altında ve normal koşullarda önemli fonksiyonlara sahip proteinlerdir. Isı şoku proteinlerinin şaperonlar olarak işlev görmesinin yanında denatüre proteinlerin yeniden katlanmasına, yeni oluşan polipeptitlerin katlanmasına ve denatüre protein agregatlarının yeniden çözülmesine yardımcı olur. Şeker pancarı (Beta vulgaris L.) şeker üretiminde, alkol üretiminde, hayvan yemi ve gübre yapımında kullanılan ekonomik değeri yüksek bir bitkidir. Şeker pancarı genom dizilimi 2014 yılında belirlenmiştir ve bu genom bilgileri kullanılarak 334 (42 adet sHsp, 108 adet Hsp40, 36 adet Hsp60, 29 adet Hsp70, 13 adet Hsp90 ve 106 adet Hsp100) adet BvHsp geni belirlenmiştir. BvHsp genleri kromozom üzerinde rastgele dağılım göstermiş ve en fazla BvHsp genin kromozom 6 üzerinde olduğu belirlenmiştir. BvHsp genlerinde toplam 77 çift tandem ve 58 çift segmental duplikasyon tespit edilmiştir. Şeker pancarında 47 adet Hsp geninin intron içermediği belirlenmiştir. Şeker pancarı Hsp ailesinin evrimini anlamak için Arabidopsis, soya, çeltik ve kavak arasında sinteni analizi yapılmıştır. BvHsp genlerinde en fazla ortolog sayısı 323 çift ile soyada belirlenmiştir. Moleküler evrimsel analiz, BvHsp genlerinin evriminin negatif seleksiyona uğradığını göstermiştir. Farklı biyoinformatik yöntemler kullanılarak gen ontolojileri, hedef miRNA'ları, filogenetik ilişkileri, korunmuş motifleri, tahmini üç boyutlu protein yapıları ve açık veri tabanlarından elde edilen sıcaklık, tuz, ABA ve ışık streslerine ait transkriptom verileri kullanılarak bu genlerin ifade profilleri incelenmiştir. Ayrıca transkriptom analizi sonucunda seçilen 12 adet BvHsp geninin kuraklık, sıcaklık ve kombine strese karşı yaprak dokusundaki gen ifade düzeyleri, eş zamanlı PZR ile incelenmiştir. Seçilen bu genler arasından BvHsp70-22 ve BvHsp90-03 genlerinin kuraklık, sıcaklık ve sıcaklık-kuraklık kombine strese karşı kuraklığa hassas, dayanıklı ve yabani türde gen ifadelerinin büyük ölçüde arttığı belirlenmiştir. Bu genlerin kuraklık durumunda erken cevap oluşturabileceği düşünülebilir. Çalışmamız kuraklık, sıcaklık ve kombine streslere dayanıklı türlerin geliştirilmesine ve mahsülde kuraklık toleransının iyileştirilmesine katkıda bulunabilir

Abstract:
Heat shock proteins (Hsp) have an important function in normal conditions and stress conditions such as heat, drought, salinity, cold, UV light and oxidation. In addition, heat shock proteins have a function as chaperones and refold denatured proteins, fold newly polypeptides, and degradation. Sugar beet (Beta vulgaris L.) is a plant with high economic value that use in sugar production, alcohol production, animal feed, and fertilizer production. The sugar beet genome was sequenced in 2014 and 334 BvHsps including 42 sHsp, 108 Hsp40, 36 Hsp60, 29 Hsp70, 13 Hsp90 and 106 Hsp100 genes were determined in the sugar beet genome. The BvHsp showed random distribution on the chromosome and was determined that the most BvHsp gene was on chromosome 6. Tandem (77 pairs) and segmental (58 pairs) duplications were identified in BvHsps. A total of 47 BvHsp genes in sugar beet do not contain introns. Synteny analysis was performed between sugar beet and three plant species (including Arabidopsis, soybean, rice and poplar) to better understand the evolution of the sugar beet Hsp family. The highest number of orthologs for BvHsp genes was determined between soybean genes with 323 pairs. Molecular evolutionary analysis showed that the evolution of BvHsp genes intensity negative (purifying) selection. Using different bioinformatics methods, gene ontologies, target miRNAs, phylogenetic relationships, conserved motifs, predicted three-dimensional protein structures were determined. Besides, transcriptome data of stresses including heat, salt, ABA and light were accessed from the Sequence Read Archive (SRA) for determination of expression profiles of BvHsp genes. As a result of transcriptome analysis, 12 BvHsp genes were selected, and then gene expression profiles in leaf tissue of drought, heat and combined stresses at 0, 0.5, 1 and 2 hours were examined with real-time PCR. Among them, BvHsp70-22 and BvHsp90-03 genes were determined that there were significantly increased in drought-sensitive, resistant and wild beet to response drought, heat and drought –heat combined stress. They may create an early response in drought tolerance. The study can provided development of drought, heat and combined stress resistant varieties and improvement of drought tolerance in the crop.