Drosophila melanogasterde srl geninin egzersiz fizyolojisi yanıtlarını etkileyen genetik elementlerin genom boylu ilişkilendirme çalışması ile saptanması
Determination of genetic elements affecting exercise physiology responses of srl gene in Drosophila melanogaster via genome wide association study
Yazar: GÜLNUR İPEK
Danışman: PROF. DR. ERGİ DENİZ ÖZSOY
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Fizyoloji = Physiology ; Genetik = Genetics

Özet:
Bu tez çalışmasında egzersiz fizyolojisi açısından önemli rolü olduğu bilinen spargel (srl) geninin egzersize karşı oluşturulan yanıtta ifadesini etkileyen süreçleri ve etkileştiği genlerin saptanmasını hedeflenmektedir. Mitokondriyal biyogenez ve enerji metabolizmasında rol alan srl geninin bugüne kadar yapılmış çalışmalarda egzersize karşı geliştirilen adaptasyonlara ve tırmanma becerisi performansına etki ettiği gösterilmiştir. Bu tez egzersiz fizyolojisinin karmaşık genetiğine ilişkin, genetik arka plana odaklanılmış kapsamlı bilimsel bir çalışmadır. Egzersize verilen yanıt Drosophila melanogaster'in negatif jeotaksis davranışında oluşan değişimin tırmanma becerisi performansına etkisi ile fenotiplenmiştir. Yüz beş "Drosophila Genetik Referans Paneli" (DGRP) soyu, srl genine ait homozigot mutant alele sahip mutant soy ve bu soyun oluşturulduğu kontrol soyu; tez kapsamında gerçekleştirilen deneylerde kullanılmıştır. Kontrol soyu ve mutant soyuna ait tırmanma becerisi performansları arasında egzersiz statüsü, eşey ve yaş gruplarına göre istatistiksel olarak anlamlı farklılıklar görülmüştür. DGRP soyları, mutant soy ve kontrol soyu arasında gerçekleştirilen çaprazlar sonucunda elde edilen F1 soyuna ait bireyler egzersiz statüsü, her iki eşey ve iki yaş grubuna göre analiz edilmiştir. Çaprazlardan elde edilen F1 bireylerine ait tırmanma becerisi performansı skorları varyans analizi ile incelendiğinde, ortaya çıkan farklılıkların Egzersiz x Genotip x Eşey x Soy, Egzersiz x Genotip x Soy x Yaş etkileşim terimleriyle ilişkili olduğu ve ilişkilenmenin istatistiksel olarak yüksek anlamlılıkta olduğu görülmüştür (p<0,001). Genom boylu ilişkilendirme analizinde (GWAS) DGRP x Kontrol Soyu tırmanma becerisi performansı skor ortalamalarından, DGRP x Mutant Soyuna ait tırmanma becerisi performansı skor ortalamaları farkları alınarak elde edilen veriler GWAS girdisi olarak kullanılmıştır. Deneyde yer alan egzersiz statüsü, eşey ve yaş parametrelerinin anlamlı kombinasyonlarıyla toplamda 8 adet GWAS gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen GWAS'lar sonucunda toplamda 214 Drosophila geni tespit edilmiş ve yapılan ontoloji analizlerinde bu genlerin 882 insan geni ile ortolojisi kurulmuştur. Tespit edilen bu genlerden 64 tanesinin biyoinformatik veri tabanları üzerinden gerçekleştirilen analizlerde egzersiz fizyolojisi ile doğrudan ilişkisi olduğu bilinen sistemlerde rol alan önemli genler olduğu görülmüştür. Sistemlerle ilişkilendirilen bu genlerden yalnızca Oamb geni hariç diğer tüm genler ilk kez bu tez kapsamında egzersiz fizyolojisi ile ilişkili aday gen olarak literatüre kazandırılmıştır. Tespit edilen bu genlerin insan ortologları egzersize verilen adaptif yanıtlardan etkilenen pek çok hastalıkla ilişkili olduğu görülmüştür. Sonuç olarak sunulan bu tez ile egzersiz fizyolojisinin kompleks genetiği hakkında literatüre önemli katkılar sağlanacağı düşünülmektedir.

Abstract:
In this thesis, it is aimed to determine the processes that affect the expression of the spargel (srl) gene, which is known to have an important role in exercise physiology, and the genes it interacts with. The srl gene, which plays a role in mitochondrial biogenesis and energy metabolism, has been shown in studies to date to affect adaptations to exercise and climbing ability performance. This thesis is a comprehensive study on the complex genetics of exercise physiology with respect to the effects of genetic background. The response to exercise was phenotyped by the effect of the change in negative geotaxis behavior of Drosophila melanogaster on its climbing ability performance. 105 DGRP strain, mutant strain with homozygous mutant allele of srl gene and control strain from which this strain was formed were used in the experiments performed within the scope of the thesis. There were statistically significant differences between the climbing ability performances of the control strain and the mutant strain by exercise status, sex and age groups. Individuals belonging to the F1 strain obtained as a result of crosses between DGRP strains, mutant strain and control strain were analyzed according to exercise status, both sexes and two age groups. When the climbing ability performance scores of F1 individuals obtained from the crosses were examined with analysis of variance, it was observed that the resulting differences were associated with the interaction terms Exercise x Genotype x Sex x Strain, Exercise x Genotype x Strain x Age, and the correlation was statistically highly significant (p <0.001). In the genome-wide association study (GWAS), the data obtained from the DGRP x Control strain climbing ability performance score averages, taking the differences in climbing ability performance score averages of DGRP x Mutant strain were used as GWAS input. A total of 8 GWASs were performed with meaningful combinations of exercise status, sex and age parameters in the experiment. As a result of the GWASs performed, a total of 214 Drosophila genes were identified and the orthology of these genes with 882 human genes was established in ontology analysis. 64 of these detected genes were analyzed through bioinformatics databases and it was seen that there were important genes involved in systems known to be directly related to exercise physiology. Among these genes associated with systems, all genes except the Oamb gene were first introduced to the literature as candidate genes related to exercise physiology within the scope of this thesis. It has been observed that these detected genes are associated with many diseases whose human orthologs are affected by adaptive responses to exercise. As a result, it is thought that with this thesis presented, important contributions will be made to the literature about the complex genetics of exercise physiology.