Ayçiçeği bitkisinde ısı şoku proteini ve ısı şoku faktörü genlerinin özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the properties of heat shock proteins and heat shock factor genes in sunflower
Yazar: YUSUF CEYLAN
Danışman: DOÇ. DR. YASEMİN ÇELİK ALTUNOĞLU
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Genetik ve Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Analiz = Analysis ; Biyoinformatik = Bioinformatics ; Gen ifadesi = Gene expression ; Genom = Genome ; Helianthus annuus = Helianthus annuus ; Isı şoku = Heat shock

Özet:
Isı şoku proteinleri (Hsp) canlıların gelişimini ve canlılığını sürdürebilmesi için hayati öneme sahip protein ailesidir. Yüksek sıcaklık, tuzluluk, kuraklık gibi abiyotik stres koşulları karşısında bu proteinlerin ekspresyon seviyeleri artmaktadır. Bu çalışmada ayçiçeği bitkisindeki ısı şoku proteinleri (Hsp)  ve ısı şoku faktötleri (HSF) gen aileleri biyoinformatik analizler ile belirlenmiş ve incelenmiştir. Ayrıca belirlenen bu genlerin, ayçiçeği çeşitlerinde yüksek sıcaklık, kuraklık ve yüksek sıcaklık-kuraklık kombine stres koşulları altında gen ifade analizleri yapılmıştır. Ayçiçeği genomunda HSF ailesine ait 88 gen, sHsp gen ailesine ait 72 gen, Hsp40 ailesine ait 192 gen, Hsp60 ailesine ait 52 gen, Hsp70 ailesine ait 85 gen, Hsp90 ailesine ait 49 gen ve Hsp100 ailesine ait 148 gen tespit ve analiz edilmiştir. Proteinlere ait motif yapılarının aynı filogenetik ağaçta yer alan proteinler için benzer olduğu belirlenmiştir. Proteinlere ait üç boyutlu yapı tahminlemesinde HansHsp hariç, tamamında α-sarmal yapının baskın olduğu gözlenmiştir. Gen ontoloji analizinde Hsp genlerinin çoğunlukla bağlanma moleküler fonksiyonuna sahip olduğu; hücresel ve metabolik süreçlerde görev aldığı ve hücrenin sitozol ve organeller olmak üzere birçok bölgesinde yer aldığı saptanmıştır. Yüksek sıcaklık, kuraklık ve yüksek sıcaklık-kuraklık kombine stres koşullarında 0.; 0,5.; 1. ve 2. saatlerde toplanan yaprak örneklerinin gen ifade seviyelerine gerçek zamanlı PZR ile bakılmıştır. Stres koşullarında genellikle ilk yarım ve birinci saatlerde gen ifadelerinde artış görülmüştür. HanHSF-45 ve HanHsp70-29 genleri ifadelerinin, hem yüksek sıcaklık hem de yüksek sıcaklık-kuraklık kombine stres koşullarında çalışılan her iki ayçiçeği çeşidinde de artış gösterdiği ve bu streslere karşı potansiyel markör genler olabileceği düşünülmektedir. Çalışmamız, hayati bir öneme sahip olan ısı şoku faktörü ve ısı şoku proteinlerinin yapısının, organizasyonunun, evriminin ve gen ifade analizlerinin anlaşılması açısından önem arz etmektedir. Ayrıca gelecekte yaşanması muhtemel tarım ürünleri ile ilgili problemlere karşı yeni bakış açıları kazandıracaktır.

Abstract:
Heat shock proteins (Hsp) are a family of proteins that are vital for the development and survival of all living organisms. Expression levels of these vital proteins, which are also expressed under normal terms, rise under abiotic stress conditions such as high temperature, salinity, and drought. In the current study, the HSF and Hsp gene families in the sunflower (Helianthus annuus L.) plant were defined and analyzed using bioinformatics methods. In addition, gene expression analyzes of these determined genes were done under high temperature, drought and heat-drought (combined) stress conditions in two sunflower cultivars. HSF, sHsp, Hsp40, Hsp60, Hsp70, Hsp90 and Hsp100 gene families were analyzed in the sunflower genome, and 88, 72, 192, 52, 85, 49 and 148 genes were identified, respectively. It was determined that the motif structures of the protein domains were similar to the proteins in the same phylogenetic tree. It was found that the α-helical structure was dominant in all of the protein families, except for sHsp. According to the gene ontology analysis, it has been identified that the molecular function of Hsp genes is mostly binding activity, their biological functions are playing role in cellular and metabolic processes, and their cellular positions are mainly in cytosol, organelles, and many parts of the cell. Gene expression levels of sunflower leaf samples which were collected at 0.; 0.5.; 1. and 2. hours of high temperature, drought, and high heat-drought combined stress conditions were analyzed by Real-Time PCR. In stress conditions, an increase in gene expression levels was detected for almost all genes, generally in the first half and first hours. The expression of HanHSF-45 and HanHsp70-29 genes increased for two sunflower cultivars under both high temperature and high temperature-drought combined stress conditions and may be potential marker genes against these stresses. This study is crucial as regards understanding the structure, organization, evolution and gene expression analysis of heat shock factors and proteins. Also, this thesis will present new perspectives on food-related problems that are likely to be experienced in the future.