Kabak bitkisinde ısı şoku proteini ve ısı şoku faktörü genlerinin biyoinformatik karakterizasyonu ve farklı abiyotik stres koşullarında ifade profilleri
Bioinformatics characterization of heat shock protein and heat shock factor genes in zucchini and expression profiles in different abiotic stress conditions
Yazar: KEVSER BETÜL CEYLAN
Danışman: PROF. DR. MEHMET CENGİZ BALOĞLU
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Genetik ve Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Biyoinformatik = Bioinformatics ; Cucurbita pepo = Cucurbita pepo ; Gen ifadesi profili = Gene expression profiling ; Genom = Genome ; Kuraklık stresi = Drought stress ; Sıcaklık stresi = Temperature stress

Özet:
Isı şoku proteinleri (Hsp) bitkinin normal büyüme ve gelişme süreçlerinin yanında protein homeostazisini sağlayarak çevresel strese yanıt oluşum mekanizmasında görev almaktadır. Cucurbitaceae ailesi; salatalık, kavun, karpuz, bal kabağı gibi ekonomik ve besinsel değere sahip  birçok  bitkiyi  çatısı  altında  bulundurur.  Ülkemizde  yıl  boyu  üretimi  devam  eden Cucurbita  pepo  (sakız kabağı) ise, bu ailenin ekonomik değer taşıyan bir diğer üyesidir. Seyden F1 ve Cordelia F1 iç piyasada ve ihracatta en çok tercih edilen iki kabak çeşididir. Bu çalışmada kabak genomunda 44 adet sHsp, 188 adet Hsp40, 42 adet Hsp60, 28 adet Hsp70, 10 adet Hsp90, 152 adet Hsp100 ailesi üyesi olmak üzere toplam 464 adet Hsp geni; 77 adet ise Hsf  geni  in  silico  olarak  tanımlanmıştır.  Tespit  edilen  gen  ve  proteinlerin;  kromozomal yerleşimi, ekzon-intron ve motif organizasyonu, aile içi filogenetik ilişkileri, ortolog ilişkileri, miRNA ve protein-protein etkileşimleri, duplikasyon olayları, tahmini üç boyutlu yapıları, gen ontolojisi  analizleri  ile  karakteristik  özellikleri  ortaya  konmuştur.  Çalışmanın  moleküler kısmında ise belirlediğimiz  genlerin yüksek sıcaklık, kuraklık ve yüksek sıcaklık-kuraklık kombine streslerindeki ifade profilleri qRT-PCR yöntemi ile belirlenmiştir. Her iki varyetenin Hsp  ve  Hsf  gen ifade seviyelerini çoğunlukla arttırarak strese yanıt verdiği gözlenmiştir. Özellikle  tüm  zaman  dilimlerinde  ve  tüm  stres  koşullarında  ifadesinde  artış  belirlenen CpHsp70-20  ve  CpHsf-68  genlerinin,  bitkinin  strese  tolerans  mekanizmasında  etkin  rol üstlendiğini işaret etmektedir. Çalışmamızda belirlenen markör genlerin ve in silico etkileşim çıktılarının  klonlama,  ileri  fonksiyonel  araştırmalar  ve  moleküler  ıslah  çalışmalarında kullanılarak mahsul iyileştirilmesine katkı sağlayacağını öngörmekteyiz

Abstract:
Heat shock proteins (Hsps) are involved in response mechanism of the environmental stress by providing protein homeostasis as well as the normal growth and development processes of the plant. Heat shock response in plants is regulated by heat shock transcription factors (Hsfs) activating  the  expression  of  Hsps.  The  Cucurbitaceae  family  includes  many  plants  with economic and nutritional value such as cucumber, melon, watermelon and pumpkin. Cucurbita pepo (zucchini), which is produced throughout the year in our country, is another member of this family that has economic value. Seyden F1 and Cordelia F1 are the two most preferred zucchini varieties in the domestic market and export. In this study, a total of 464 Hsp genes, including 44 CpsHsp, 188 CpHsp40, 42 CpHsp60, 28 CpHsp70, 10 CpHsp90, 152 CpHsp100 family members and 77 CpHsf genes in zucchini genome have been identified in silico. The characteristic  features  of  the  identified  genes  and  proteins  were  revealed  by  chromosomal location,  exon-intron  and  motif  organization,  intra-familial  phylogenetic  relationships, orthologous  relationships,  miRNA  and  protein-protein  interactions,  duplication  events, estimated  three-dimensional  structures,  gene  ontology  analyses.  Based  on  the  heatmaps created  using  the  stress-related  transcriptome  data  in  the  literature,  genes  with  significant changes in expression were determined for each gene family. In the molecular part of the study, the expression profiles of these genes under high temperature, drought and high temperature- drought  combined  stresses  were  evaluated  by  qRT-PCR  for  Seyden  F1  and  Cordelia  F1 cultivars. It has been observed that both varieties respond to stress by mostly increasing the expression levels of Hsp and Hsf genes. It indicates that Hsp70-20 and Hsf-68 genes, whose expression was increased in all time periods and under all stress conditions, play an active role in  the  stress tolerance mechanism  of  the  plant.  We  believe  that the  Hsp  and  Hsf  genes  and proteins,  which  we  have  characterized  with  the  omics  approach,  are  valuable  in  terms  of understanding the stress response mechanism of the zucchini. We anticipate that the marker genes  and  in  silico  interaction  outputs  determined  in  our  study  will  contribute  to  crop improvement with cloning, advanced functional research and molecular breeding studies.