Salatalık ve kabak genomlarında ekspansin genlerinin belirlenmesi ve abiyotik stres koşulları altında gen ifade profillerinin değerlendirilmesi
Determination of expansin genes in cucumber and zucchini genomes and evaluation of gene expression profiles under abiotic stress conditions
Yazar: BÜŞRA ARSLAN
Danışman: DOÇ. DR. YASEMİN ÇELİK ALTUNOĞLU
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Genetik ve Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Genetik = Genetics
Dizin: Abiyotik stres = Abiotic stress ; Cucurbita pepo = Cucurbita pepo ; Hıyar = Cucumber ; Kabak = Squash

Özet:
Kabak ve salatalık besinsel ve ekonomik açıdan değerli, önemli tarımsal ürünleri içeren Cucurbitaceae familyasına aittir. Ekspansin gen ailesi, hem bitkilerin büyüme ve gelişiminde hem de stres toleransında rol oynayan önemli bir gen ailesidir. Ekspansin proteinleri çeşitli bitkilerde genom seviyesinde belirlenmiş olsa da kabak ve salatalıkta bu proteinlerin tam genomik veriler kullanılarak belirlenmesi ve karakterizasyonuna yönelik bir çalışmaya rastlanmamıştır. Bu çalışmada biyoinformatik yöntemler kullanılarak kabak (Cucurbita pepo) ve salatalık (Cucumis sativus) genomların tanımlanan ekspansin genlerinin ve protein ürünlerinin karakterizasyonlarının yapılması ve çeşitli abiyotik stresler ile muamele edilen doku örneklerinde gen ifade seviyelerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Yapılan analizler sonucunda kabak genomunda 49 adet, salatalık genomunda 41 adet ekspansin geni belirlenmiştir. Gen ontoloji analizi ile hücresel yerleşimleri, biyolojik işlevleri ve moleküler fonksiyonları belirlenen ekspansin proteinleri genellikle α heliks ve β tabaka yapısından oluşmaktadır. Kabak ve salatalığa ait ekspansin genlerinin Arabidopsis thaliana, Glycine max, Oryza sativa ve Populus triocarpa model organizmaları ile ortolog ilişkilerine bakılmış ve her iki bitki türünde de ortolog gen çifti sayısı en fazla soya ile bulunmuştur. Mikro-RNA (miRNA) analizine göre, kabak ekspansin genlerini en fazla hedef alan miRNA'lar miR164 ve miR395 olup, salatalık ekspansin genlerini en fazla hedef alan miRNA'lar ise miR156, miR159, miR164, miR168 ve miR395 olarak belirlenmiştir. Gen ifade profilleri belirlenen ekspansin genlerinden salatalıkta CsEXPB-04 ve CsEXPA-11, kabakta CpEXPA-20 ve CpEXPLA-14 genlerinin transkriptom verileri ve ortolog çalışmalarıyla da uyumlu olarak bitkinin normal gelişim sürecindeki rolüne ek olarak abiyotik stres toleransında da öne çıkan genler olduğu düşünülmektedir. Bu çalışma, ileri fonksiyonel analizler yapılarak ekspansin genlerinin detaylı olarak direnç mekanizmasındaki rollerinin aydınlatılmasına ve stres direnci yüksek bitkilerin yetiştirilmesine katkı sağlayacak değerli veriler sunmaktadır.

Abstract:
Zucchini and cucumber belong to the Cucurbitaceae family, including important agricultural products that are nutritionally and economically valuable. The expansin gene family is an important gene family that plays a role in both the growth and development of plants and stress tolerance. Although the expansin proteins have been identified at the genome level in various plants, no study has been conducted so far to identify and characterize these proteins in zucchini and cucumber using whole genomic data. In this study, it was aimed to characterize the expansin genes and protein products identified in the zucchini (Cucurbita pepo) and cucumber (Cucumis sativus) genomes by using bioinformatics methods and to determine the gene expression levels in tissue samples treated with various abiotic stresses. As a result of the analysis, 49 and 41 expansin genes were determined in the zucchini and cucumber genomes respectively. Expansin proteins, whose cellular location, biological functions and molecular functions are identified by gene ontology analysis, generally consist of α helix and β layer structures. Orthologous relationships of zucchini and cucumber expansin genes with model organisms Arabidopsis thaliana, Glycine max, Oryza sativa and Populus triocarpa were examined and the highest number of orthologous gene pairs was found in soybean for both plant species. According to micro-RNA (miRNA) analysis, the most miRNAs targeting zucchini expansin genes were miR164 and miR395, and the most miRNAs targeting cucumber expansin genes were miR156, miR159, miR164, miR168 and miR395. Among the expansin genes whose gene expression profiles were determined, CsEXPB-04 and CsEXPA-11 in cucumber, CpEXPA-20 and CpEXPLA-14 in zucchini are thought to be prominent genes in abiotic stress response in addition to their role in the normal development process of the plant, in line with the transcriptome data and ortholog studies. This study provides valuable data that will contribute to the elucidation of the roles of expansin genes in the resistance mechanism in detail and to the cultivation of plants with high stress resistance by performing advanced functional analyzes.