Yüksek sıcaklık stresi uygulamasının farklı fasulye (Phaseolus vulgaris) çeşitleri üzerindeki etkisinin fizyolojik, biyokimyasal ve moleküler yöntemler kullanılarak belirlenmesi
Determination of the effect of high temperature stress on different varieties of common bean (Phaseolus vulgaris) using physiological, biochemical, and molecular methods
Yazar: BAYRAM ALİ YERLİKAYA
Danışman: PROF. DR. MUSA KAVAS
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Tarımsal Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı / Bitkisel Biyoteknoloji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Ziraat = Agriculture

Özet:
Çiçeklenme, genetik ve çevresel sinyaller tarafından kontrol edilen karmaşık bir gelişimsel süreçtir ve ısı stresi bu süreci önemli ölçüde etkileyebilir. ceRNA hipotezi hayvanlar üzerinde kapsamlı bir şekilde çalışılmış olsa da, bitkilerde ve özellikle fasulye (Phaseolus vulgaris L.) çiçeklenme düzenlenmesindeki rolü yeterince araştırılmamıştır. Bu çalışmada, yüksek sıcaklık stresine dayanıklı (Perolar) ve hassas (Karacaşehir-90) fasulye çeşitleri 32°C gündüz/27°C gece sıcaklıklarında stres koşullarına maruz bırakılmış ve apikal meristem, tomurcuk ve çiçek dokularında RNA-seq analizleri gerçekleştirilmiştir. Diferansiyel gen ekspresyonu analizleri sonucunda 908 miRNA-lncRNA-mRNA, 591 lncRNA-mRNA ve 38 miRNA-circRNA-mRNA etkileşimi belirlenerek yüksek sıcaklık stresi altında çiçeklenme düzenlenmesinin moleküler mekanizmalarına dair önemli bulgular elde edilmiştir. Yolak zenginleştirme analizleri genotip- ve dokuya özgü metabolik adaptasyonları ortaya koymuştur. Perola çeşidi, TCA döngüsü, glikoliz ve oksidatif fosforilasyon gibi birincil enerji metabolizması yollarını aktive ederek çiçeklenmeyi desteklerken, Karacaşehir-90 yağ asidi biyosentezi ve yıkımı gibi metabolik süreçleri baskın hale getirmiş, ancak enerji dengesini koruyamamıştır. Ayrıca, Perola'da pentoz ve glukuronat dönüşümlerinin zenginleşmesi, çiçeklenme sırasında yapısal stabiliteyi destekleyebilecek bir adaptasyon mekanizması olarak öne çıkmıştır. miRNA-lncRNA-mRNA etkileşimleri, çiçeklenme sürecinde önemli düzenleyicileri ortaya koyarken, Perola'nın stres altında daha verimli bir fotosentetik ve metabolik yanıt sergilediği gözlemlenmiştir. Katı ifade eşik değerleri, ceRNA ağlarındaki circRNA temsiliyetini sınırlasa da, belirli dokulara özgü circRNA'ların tespit edilmesi genotip bağımlı düzenleyici rollerinin olabileceğini düşündürmektedir. Bu çalışma, yüksek sıcaklık stresi altında fasulye çiçeklenmesini düzenleyen kodlayıcı ve kodlamayan RNA etkileşimlerini kapsamlı bir şekilde ortaya koymaktadır. Yüksek sıcaklık stresine dayanıklı ve hassas genotipler arasındaki farklı ceRNA düzenleyici mekanizmalarını belirleyerek, çevresel strese bağlı çiçeklenme esnekliğinin anlaşılmasına katkı sağlamakta ve yüksek sıcaklık stresine dayanıklı baklagil çeşitlerinin geliştirilmesi için potansiyel hedefler sunmaktadır. Bu bulgular, stres adaptasyonu ve gelişimsel düzenlemede ncRNA'ların kritik rolünü vurgulamaktadır.

Abstract:
Flowering is a complex developmental process controlled by genetic and environmental signals, with heat stress being a major factor influencing floral transition. While the ceRNA hypothesis has been extensively studied in animals, its role in plant flowering regulation remains underexplored, particularly in common bean (Phaseolus vulgaris L.). In this study, I subjected heat-tolerant (Perola) and heat-sensitive (Karacaşehir-90) common bean varieties to high-temperature stress (32°C day/27°C night) and analyzed transcriptomic shifts across apical meristem, flower bud, and flower tissues using RNA-seq. Differential expression analysis identified 908 miRNA-lncRNA-mRNA, 591 lncRNA-mRNA, and 38 miRNA-circRNA-mRNA interactions, shedding light on the regulatory complexity of flowering under heat stress. Pathway enrichment analysis revealed genotype- and tissue-specific metabolic adaptations. Perola maintained floral development by activating primary energy metabolism pathways, including the TCA cycle, glycolysis, and oxidative phosphorylation, while Karacaşehir-90 exhibited a metabolic shift towards fatty acid biosynthesis and degradation, suggesting impaired energy balance. Additionally, pentose and glucuronate interconversions were enriched in Perola, supporting structural stability during floral transition. miRNA-lncRNA-mRNA interactions highlighted key regulators of flowering, with Perola exhibiting a more efficient photosynthetic and metabolic response under stress. Notably, strict expression thresholds limited circRNA representation in ceRNA networks, yet tissue-specific circRNAs were detected, suggesting genotype-dependent regulatory roles. This study provides a comprehensive integration of coding and non-coding RNA regulators underlying heat stress adaptation in common bean flowering. By identifying distinct ceRNA-mediated regulatory landscapes in heat-tolerant and heat-sensitive genotypes, our findings contribute to understanding flowering plasticity under environmental stress. These insights offer potential targets for breeding heat-resilient legume crops, emphasizing the critical role of ncRNAs in stress adaptation and developmental regulation.