Endofit bakteri izolatlarının tüm genom dizilemesi ve polifazik karaterizasyonu ile biyoaktif metabolit üretme potansiyellerinin açığa çıkarılması
Elucidation of bioactive metabolite production potential of endophyte bacterial isolates by whole genome sequencing and polyphasic characterisation
Yazar: TÜLAY ORUÇ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BİLGİN TAŞKIN
Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarımsal Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Endofitler, bitkilerin doku aralarında/içlerinde yaşayan ancak konukçusunda gözle görülen bir hastalık belirtisine neden olmayan bakteriyel veya fungal mikroorganizmaları kapsar. Bu çalışmada çeşitli tek yıllık bitkilerden izole edilmiş ve daha önceki çalışmalarda bitki büyümesini teşvik edici (PGP) markörler yönünden kayda değer sonuçlar üretmiş G56Y1, G106K1, G119Y2T ve G129K1-1 kodlu endofit izolatlarının yeni nesil dizileme yolu ile tüm genom dizilemesi ve biyokimyasal karakterizasyonları ortaya konmuştur. Ayrıca izolatların çeşitli antibiyotiklere karşı duyarlılıkları standart disk metodu yolu ile test edilmiştir. İllumina HiSeq platformu kullanılarak yapılan tüm genom dizilemesi sonucunda G56Y1, G106K1, G119Y2T ve G129K1-1 kodlu endofit izolatlarının taslak genom boyutlarının sırasıyla 4.2 Mb (4277605 bp), 4.5 Mb (4582803 bp), 4.8 Mb (4794802 bp) ve 3.9 Mb (3886939 bp) olarak belirlenmiştir. G56Y1, G106K1, G119Y2T ve G129K1-1 izolatlarının genomlarının G+C içeriğinin ise sırasıyla %45.8, %66, %55.2 ve %65.7 olduğu tespit edilmiştir. G56Y1 izolatı tüm genom tabanlı filogenetik analizinde %88.7 dijital DNA-DNA hibridizasyon (dDDH) değeri ile Bacillus amyloliquefaciens subsp. plantarum FZB42; G106K1 izolatı %61.8 dDDH değeri ile Stenotrophomonas lactitubi M15; G119Y2T izolatı %29.7 dDDH değeri ile Arthrobacter gandavensis JCM 13316  ve G129K1-1 izolatı %88.8 dDDH değeri ile Pantoea agglomerans NBRC 102470 ile örtüşmüşlerdir. dDDH değerleri göz önüne alındığında, %61.8 ve %29.7 değerleriyle G106K1 ve G119Y2T izolatlarının sırası ile Stenotrophomonas ve Arthrobacter cinslerine ait yeni türler olabileceği hipotezi ağırlık kazanmıştır. Yapılan genom analizlerinde izolatların terpen, tiyopeptid, siderofor, betalakton, metelofor ve arilpolien gibi biyoteknolojik öneme sahip sekonder metabolitleri kodlayan gen/gen kümelerine sahip olduğu belirlenmiştir. İzolatların antibiyotik duyarlılığı sonuçlarına göre ampisilin, penisilin G, florfenikol, eritromisin, nitrofurontoin ve klindomisine tam direnç gösteren G106K1 en dirençli izolat olarak göze çarpmıştır. Bu izolatı penisilin G, rifampin, eritromisin, nitrofurontoin ve klindamisine tam direnç gösteren G129K1-1 izlemiştir. G119Y2T izolatı sadece sefepim antibiyotiğine tam direnç gösterirken, G56Y1 izolatı da sadece rifampin antibiyotiğine karşı tam direnç gösterebilmiştir.

Abstract:
Endophytes include bacterial or fungal microorganisms that live between/inside plant tissues but do not cause visible signs of disease in their host. In this study, whole genome sequencing by next generation sequencing and biochemical characterization of endophyte isolates G56Y1, G106K1, G119Y2T and G129K1-1, which were isolated from various annual plants and produced remarkable results in terms of plant growth promoter (PGP) markers in previous studies, were carried out. In addition, the susceptibilities of the isolates to various antibiotics were tested by standard disc method. As a result of whole genome sequencing using the Illumina HiSeq platform, the draft genome sizes of G56Y1, G106K1, G119Y2T and G129K1-1 coded endophyte isolates were determined as 4.2 Mb (4277605 bp), 4.5 Mb (4582803 bp), 4.8 Mb (4794802 bp) and 3.9 Mb (3886939 bp), respectively. The G+C content of the genomes of G56Y1, G106K1, G119Y2T and G129K1-1 isolates was 45.8%, 66%, 55.2% and 65.7%, respectively. As a result of whole genome based phylogenetic analysis, isolate G56Y1 matched with Bacillus amyloliquefaciens subsp. plantarum FZB42 with a digital DNA-DNA hybridization (dDDH) value of 88.7%; G106K1 isolate matched with Stenotrophomonas lactitubi M15 with a dDDH value of 61.8%; G119Y2T isolate matched with Arthrobacter gandavensis JCM 13316 with a dDDH value of 29.7% and G129K1-1 isolate matched with Pantoea agglomerans NBRC 102470 with a dDDH value of 88.8%. Considering the dDDH values, it was hypothesised that isolates G106K1 and G119Y2T with values of 61.8% and 29.7% could be new species belonging to the genera Stenotrophomonas and Arthrobacter, respectively. Genome analyses revealed that the isolates have gene/gene clusters encoding secondary metabolites of biotechnological importance such as terpene, thiopeptide, siderophore, betalactone, metelophore and arylpolyene. According to the antibiotic susceptibility results of the isolates, the most resistant isolate was G106K1 which showed complete resistance to ampicillin, penicillin G, florfenicol, erythromycin, nitrofurontoin and clindamycin. This isolate was followed by G129K1-1 which showed complete resistance to penicillin G, rifampin, erythromycin, nitrofurontoin and clindamycin. Isolate G119Y2T showed complete resistance only to cefepime antibiotic, while isolate G56Y1 showed complete resistance only to rifampin antibiotic.