Fasulyede GPAT gen ailesinin karakterizasyonu ve kuraklık stresi altında PvGPAT1 geninin transgenik yaklaşımla fonksiyonunun belirlenmesi
Characterization of the GPAT gene family in bean and determination of the function of the PvGPAT1 gene under drought stress with a transgenic approach
Yazar: AYŞE GÜL KASAPOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. EMRE İLHAN
Erzurum Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Ziraat = Agriculture

Özet:
GPAT (sn-Gliserol-3-fosfat-1-O-asiltransferaz), membran lipidlerinin biyosentezinde anahtar bir enzimdir. Gliserolipidlerin üretiminde iki tür GPAT yer alır. sn-1-GPAT'lar lizofosfatidik asit oluşturmaktan sorumluyken, sn-2-GPAT'lar monoaçilgliserolü üretir. Yapılan literatür taramalarına göre Phaseolus vulgaris'in GPAT genlerinin karakterizasyonu ile ilgili bir çalışmaya rastlanılmamıştır. Bu çalışma, kuraklık ve tuz stresine maruz bırakılan fasulye yapraklarında GPAT genlerinin ekspresyon profillerini değerlendirmeyi ve biyoinformatik araçlar yardımıyla GPAT gen ailesi üyelerinin genom çapında analizinin yapılması amaçlanmıştır. Ayrıca kloroplastik PvGPAT1 geninin klonlanarak elde edilmesi ve bu klonun tütün bitkisinde aşırı ifade ettirilerek kuraklık stresi altında fonksiyonunun belirlenmesi de amaçlanmıştır. Bu çalışmada fasulye genomunda moleküler ağırlıkları 50,2 kDa ile 60,4 kDa, amino asit sayıları 376 ile 539, teorik izoelektrik noktası 8,41 ile 9,46 ve instabilte indeksi 31,84 ile 51,38 arasında değişen 13 PvGPAT geni saptanmıştır. P. vulgaris, Arabidopsis thaliana, Glycine max, Vitis vinifera, Lens culinaris ve Cicer arietinum türlerinin GPAT proteinleri arasında filogenetik analiz yapılmıştır. A. thaliana ve G. max GPAT proteinlerinin evrimsel süreçte PvGPAT genleri ile daha yakın ilişki gösterdiği belirlenmiştir. Seçilen altı PvGPAT geni ile yapılan qRT-PCR analizlerinde bu genlerin tuz, kuraklık ve melatonin uygulamalarındaki ifade düzeyleri incelenmiştir. Ayrıca kuraklık stresi altında tütün bitkisinde PvGPAT1 geninin aşırı ifadesinin sonuçları kuraklık stresine karşı yanıtta bu genin düzenleyici bir fonksiyona sahip olduğunu doğrular niteliktedir. Bu çalışmadan elde edilen veriler ışığında PvGPAT1 geninin kuraklık stresine yanıttaki rolü hakkında literatürde bulunan boşluğu dolduracağı beklenilmektedir.

Abstract:
GPAT (sn-Glycerol-3-phosphate-1-O-acyltransferase) is a key enzyme in the biosynthesis of membrane lipids. Two types of GPATs are involved in glycerolipid production. sn-1-GPATs are responsible for creating lysophosphatidic acid, whereas sn-2-GPATs produce monoacylglycerol. According to the literature, no study has characterized GPAT genes in Phaseolus vulgaris. This research was conducted to examine the expression patterns of GPAT genes in bean leaves subjected to melatonin, drought, and salt stress, and to carry out a comprehensive genomic analysis of GPAT gene family members using bioinformatics techniques. We also aimed to obtain the chloroplastic PvGPAT1 gene by cloning and determine its function under drought stress by overexpressing this clone in tobacco plants. In this study, 13 PvGPAT genes were detected in the bean genome, with molecular weights ranging from 50,2 kDa to 60,4 kDa, amino acid numbers between 376 and 539, theoretical isoelectric points between 8,41 and 9,46, and instability indexes between 31,84 and 51,38. A phylogenetic analysis was conducted using GPAT proteins from P. vulgaris, Lens culinaris, Glycine max, Arabidopsis thaliana, Vitis vinifera, and Cicer arietinum species. It has been determined that A. thaliana and G. max GPAT proteins are closely related to the PvGPAT genes during the evolutionary process. In qRT-PCR analyses performed with six selected PvGPAT genes, the expression levels of these genes in salt, drought, and melatonin treatments were examined. Moreover, overexpression of PvGPAT1 in tobacco plants under drought stress confirmed that this gene has a regulatory function in the response to drought stress. In light of the data obtained from this study, it is expected to fill the gap in the literature about the role of the PvGPAT1 gene in response to drought stress.