Fasulye GST gen ailesinin genom çaplı analizi ve fasulye dehidroaskorbat redüktaz 1 (PvDHAR1) geninin tütün (Nicotiana benthamiana) bitkisinde kuraklık stresi altında aşırı ifade edilmesi
Genome-wide analysis of the bean GST gene family and over-expression of the bean dehydroascorbate reductase 1 (PvDHAR1) gene under drought stress in tobacco (Nicotiana benthamiana)
Yazar: SELMAN MUSLU
Danışman: PROF. 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:
Glutatyon S-transferazlar (GST) gelişmiş organizmalarda bulunan, reaktif oksijen türlerine karşı mücadelede önemli ve kilit rol oynayan izozimlerdir. GST'ler biyotik ve abiyotik streslerle mücadelede rol oynamakta ve özellikle bitkileri çeşitli stres koşullarından korumaktadır. Bu çalışmada biyoinformatik araçlar kullanarak Phaseolus vulgaris bitkisinde GST gen ailesinin genom çaplı analizini gerçekleştirerek yaprak dokusunda ayrı ayrı tuz ve kuraklık stresi altında ifade profillerini araştırmak amaçlanmıştır. Ek olarak GST'lerin DHAR alt ailesinin bir üyesi olan DHAR1 geninin transgenik yaklaşımla tütün bitkisinde aşırı ifade edilmesiyle bu genin kuraklık stresine yanıtta fonksiyonunun araştırılması hedeflenmiştir. Phaseolus vulgaris'te 55 adet Pv-GST proteini belirlenmiştir. Bu proteinlerin moleküler ağırlıkları 15,02 kDa ile 47,99 kDa, amino asit sayıları 132 ile 420 ve teorik izoelektrik noktaları ise 5,03 ile 9,61 arasında değişmektedir. P. vulgaris, Glycine max ve Arabidopsis thaliana türlerine ait protein dizi bilgileri ile filogenetik analizler gerçekleştirilmiştir. Seçilen beş GST geni ile qRT-PCR çalışmaları yapılmış ve kuraklık, tuz ve melatonin uygulamalarında bu genlerin ifade seviyelerinin değiştiği gözlemlenmiştir. Ek olarak PvDHAR1 geninin tütün bitkisinde kuraklık stresi altında aşırı ifade edilmesi ile elde edilen sonuçlar bu genin kuraklık stresine karşı yanıtta görev aldığını doğrulamıştır. Aşırı ifade hatların artan H2O2 seviyeleri ile iyi bir şekilde başa çıktığı belirlenmiştir. Azalan MDA ve %EC değerleri de bu bulguları desteler niteliktedir. Bu çalışmadan elde edilen verilerin fasulye DHAR1 geninin kuraklık stresine karşı yanıttaki rolü hakkında literatürdeki boşluğu doldurması beklenmektedir.

Abstract:
Glutathione S-transferases (GSTs) are isozymes found in advanced organisms that play an important and pivotal function in eliminating oxygen-containing reactive species. GSTs are involved in both stressors that are abiotic and biotic, providing protection to plants against different types of stress. This study aimed to conduct a genome-wide examination of the GST gene family in Phaseolus vulgaris using bioinformatics tools and to investigate their expression profiles in leaf tissue under conditions of salt and drought stress individually. In addition, it was aimed to investigate the function of DHAR1 gene, a member of the DHAR subfamily of GSTs, in drought stress response by overexpressing this gene in tobacco plants using a transgenic approach. In Phaseolus vulgaris, 55 Pv-GST proteins were identified. These proteins ranged in molecular weight from 15.02 kDa to 47.99 kDa, amino acid counts from 132 to 420, and isoelectric points (theoretically) from 5.03 to 9.61. Phylogenetic analyses were performed with protein sequence information of P. vulgaris, Glycine max and Arabidopsis thaliana species. qRT-PCR was performed with five selected GST genes and expression levels for each of them changed in response to drought, salt and melatonin treatments. In addition, the results obtained by overexpressing the PvDHAR1 gene in tobacco plants under drought stress confirmed that this gene is involved in the response to drought stress. Overexpression lines were found to tolerate the increased H2O2 levels remarkably well. Decreased MDA and EC% values also support these findings. The data obtained from this study are expected to fill the gap in the existing literature on the role of bean DHAR1 gene in drought stress response.