Trogoderma granarium'da (Coleoptera: Dermestidae) glukoneogenez ve glikoliz yolaklarında görev alan genlerin tanımlanması ve diyapoz süreçlerindeki gen ifade düzeylerinin belirlenmesi
Identification of genes involved in gluconeogenesis and glycolysis pathways in Trogoderma granarium (Coleoptera: Dermestidae) and determination of gene expression levels during diapause processes
Yazar: EMİNE KOÇAK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ASLI DAĞERİ
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Genetik = Genetics

Özet:
Kapra böceği, Trogoderma granarium (Coleoptera: Dermestidae), dünyada ve ülkemizde özellikle depolanan tahıl veya tahıl ürünlerine verdiği zararla bilinen bir böcek türüdür. Buğday, arpa ve pirinç gibi önemli tahıl ürünlerinde ciddi zararlar oluşturması sebebiyle, böceğin kontrol altına alınması ciddi derecede önem arz etmektedir. Ancak böceğin "diyapoz" adı verilen metabolizmasının baskılandığı bir sürece girmesi, zararlının uygun olmayan ortam koşullarına ve insektisitlere direncini arttırarak, kontrolünü oldukça zor bir hale getirmektedir. Dolayısı ile böceğin diyapozda iken, hayatta kalmasına yardımcı olan gen ve gen gruplarına dair regülasyonların moleküler düzeyde detaylı bir şekilde incelenmesi bir ihtiyaç haline gelmiştir. Bu çalışmada, diyapoza yönelik glukoneogenez ve glikoliz yolaklarında anahtar roller üstlenen TgPEPCK (Fosfoenolpirüvat Karboksikinaz), TgPK (Pirüvat Kinaz) ve TgPDH (Pirüvat Dehidrogenaz) genleri kapra böceğinde ilk kez tanımlanmış, genlerin tahmini aminoasit dizilerinden faydalanılarak, dizilere ait biyoinformatik analizler gerçekleştirilmiştir. Kapra böceğinin açlık ve soğuk ile indüklenmiş diyapoz süreçlerindeki gen ifadeleri Kantitatif Eş Zamanlı PCR (RT - qPCR) kullanılarak analiz edilmiştir. Pre-diyapoz, diyapoz ve post-diyapoz fazlarında incelenen detaylı gen analizlerinde, TgPEPCK geninin en yüksek seviyesinin, diyapoz fazında ifade olduğu tespit edilmiştir. Bu durum TgPEPCK geninin böceğin enerji tasarrufu ve stres direncine hazırlanma sürecinde görev alabildiğini akıllara getirmektedir. TgPK geni açlık diyapozunda en yüksek ifade seviyesini post-diyapoz fazında, soğuk diyapozunda ise diyapozun beşinci haftasında (5 ˚C' de) göstermiştir. Bu sonuçlar, TgPK geninin açlık diyapozundan çıkarken, azalan enerji ihtiyacı ile artan ifadesini ortaya koymaktadır. Soğuk diyapozu ile görülen yukarı yönde regülasyonunun ise, böceğin donmasını engelleyen kriyoprotektan moleküllerinin sentezi ile ilişkili olduğuna işaret edilebilir. TgPDH geni, açlık diyapozunda diyapoz fazının sekizinci haftasında; soğuk diyapoz fazının ise ikinci ve üçüncü haftalarında en yüksek ifadeleri göstermiştir. Bu gözlemler indüklenen diyapoza bağlı olarak, TgPDH geninin diyapozdaki böceğin enerji yönetimi ve hayatta kalma stratejileri ile ilişkili olabileceğine vurgulayabilir. TgPEPCK, TgPK ve TgPDH genlerinin kapra böceğinin diyapoz süreçleri boyunca ifade seviyelerindeki değişiklikler, bu genlerin moleküler seviyedeki önemlerine dikkat çekmektedir. Glukoneogenez ve glikoliz yolaklarında görev alan diğer gen ve gen gruplarının tanımlanması ve fonksiyonel analizlerinin gerçekleştirilmesi, kapra böceği diyapozunun aydınlatılmasına yardımcı olacaktır.

Abstract:
The khapra beetle, Trogoderma granarium (Coleoptera: Dermestidae), is a pest known for its significant damage to stored grains and grain products globally and in our country. Controlling this pest is of critical importance due to its severe impact on key cereal crops such as wheat, barley, and rice. However, the insect's entry into a state called diapause, a period of suppressed metabolism, enhances its resistance to adverse environmental conditions and insecticides, making control efforts challenging. Thus, there is a crucial need to investigate the molecular regulation of genes and gene groups that aid the insect's survival during diapause. In this study, the genes TgPEPCK (Phosphoenolpyruvate Carboxykinase), TgPK (Pyruvate Kinase), and TgPDH (Pyruvate Dehydrogenase), which play key roles in gluconeogenesis and glycolysis pathways, were identified in the khapra beetle for the first time. Bioinformatic analyses were conducted based on the predicted amino acid sequences of these genes. Gene expressions during starvation- and cold-induced diapause were analyzed using Quantitative Real-Time PCR (RT-qPCR). Detailed gene expression analyses across pre-diapause, diapause, and post-diapause phases revealed that TgPEPCK was most highly expressed during the diapause phase, suggesting its role in the insect's energy conservation and stress resistance processes. The TgPK gene showed its highest expression level in the post-diapause phase during starvation diapause and in the fifth week (at 5˚C) of cold diapause, indicating increased expression correlating with decreased energy requirements when exiting starvation diapause and a potential role in synthesizing cryoprotectant molecules during cold diapause. TgPDH gene expression peaked in the eighth week of starvation diapause and in the second and third weeks of cold diapause, highlighting its potential involvement in energy management and survival strategies during induced diapause. The variations in expression levels of TgPEPCK, TgPK, and TgPDH genes throughout the khapra beetle's diapause processes highlight their molecular significance. Identifying and functionally analyzing other genes and gene groups involved in gluconeogenesis and glycolysis pathways will further elucidate the diapause mechanisms of the khapra insect.