Mısır (Zea mays L.) bitkisinin büyümesini düzenleyen yeni bir genin tanımlanması
Identification of the new growth regulatory gene in maize (Zea mays L.)
Yazar: FATMA AYDINOĞLU
Danışman: PROF. DR. FAİK AHMET AYAZ
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Biyoloji = Biology
Dizin: Bitkiler = Plants ; Büyüme oranı = Growth rate ; Hücre gelişmesi = Cell growth ; Kromatin = Chromatin ; Mısır = Maize

Özet:
Bu doktora çalışmasının amacı mısır bitkisinin büyümesini düzenleyen yeni bir gen tanımlamaktır. Bitkilerde büyüme, hücre bölünmesi ve genişlemesi mekanizmalarının koordinasyonu ile gerçekleşir. Mısır yaprağı, farklı gelişim bölgelerinde gerçekleşen bu işlevlerin araştırılmasında çok kullanışlı bir modeldir. Yaprak tabanından itibaren sırasıyla, bölünen hücrelerden oluşan meristem, uzayan hücreleri barındıran uzama ve son olarak en uçta olgun hücrelerin yer aldığı olgunlaşma bölgeleri yer alır. Çalışmamızda, mısır yaprağının bu gelişim evrelerine spesifik genleri belirlemek için mikrodizi analizleri kullanıldı. Özellikle, muhtemel büyüme düzenleyici olabileceklerinden, meristem bölgesinde ekspresyonlarında farklılık gösteren genlere odaklanılmıştır. Bu kümede kromatin genlerinin aşırı ifade edildiği görülmüştür. Bu sebeple, kromatin mutant mısır hatlarının yaprak büyümeleri incelenmiştir. DNA METİLTRANSFERAZ103 (DMT103) geni susturulmuş bir RNAi mutanttı olan Hat05'in yaprak uzunluğunda ve yaprak uzama oranında istatistiksel olarak önemli derecede azalış saptanmıştır. Büyümede meydana gelen bu azalışın sebebini ayrıntılı olarak araştırmak üzere yapılan kinematik analizler sonucu, mutantlarda yaban tiplere nazaran hücre üretiminden ziyade uzama işlevlerinde bir aksaklık meydana geldiği belirlendi. DMT103 geninin ifadesinin gelişime bağlı olarak artması bu genin uzama işlevindeki muhtemel rolünü desteklemektedir. Bu bulgular, çoğu hücre döngüsü geninin ekspresyonunun istatistiksel olarak önemli derecede değişmediğini gösteren ekspresyon analizleri ile de doğrulanmıştır. Flow sitometri ile hücre döngüsü evrelerine düşen DNA miktarlarının değişmediği ve hücre döngüsü ilerleyişinin aynı kaldığı tespit edildi. dmt103 mutantlarında mısır bitkisinin primer kök gelişiminin de etkilendiği gözlenmiştir. DMT103 geninin stres toleransında rol alıp almadığını gözlemlemek için Hat05, kuraklığa ve üşüme stresine maruz bırakılmıştır. Sonuçlar, DMT103 geninin kuraklıkta rol almadığını ancak üşüme toleransında bir fonksiyonunun olduğunu göstermiştir. Hat05'in mutantlarında DMT ailesine ait diğer iki genin de ekspresyonlarının istatistiksel olarak önemli derecede azaldığı saptanmıştır. Tüm bu sonuçlar, DMT103 geninin büyümede rolüne işaret etmektedir.

Abstract:
The aim of this research is to identify new growth regulatory genes in maize. Plant growth is the results of cell division and cell expansion and the maize leaf offers a powerful system to investigate these processes since they take place in distinct developmental zones along the axis of a single leaf. The basal part of leaf consists of the meristematic zone of dividing cells, followed by elongation zone in which cells elongate and finally the most distal part containing mature cells. We used microarray analysis on these leaves to identify genes specific to each developmental stage. Our main focus is on the genes specifically upregulated in the meristematic zone since these might represent new growth regulators. In this cluster, an overrepresentation of chromatin genes is detected. Therefore, mutants from the Chromatin Database were screened for leaf growth phenotypes. The RNAi line for the DNA METHYLTRANSFERASE103 (DMT103) showed significantly shorter leaves and reduced leaf elongation rate. To further unravel this growth effect, we performed a kinematic analysis showing that cell expansion rather than cell production was affected in the mutant compared to wild type. This corresponds to the expression profile of the gene, which is low in the meristem and very high in the mature zone. Those findings were also correlated by expression analysis of cell cycle genes thus most of the genes? expression did not change significantly. Flow cytometry showed the proportion of the DNA amount was also stayed unchanged meaning. It was also observed that the primary root was affected in the mutant ones. Line05 was also treated cold and drought to see whether DMT103 have function to tolerate that kind of stress. It was seen that DMT103 did not play role in drought but had function in cold stress. Expression analysis was done whether to see the other DMT family members were affected and it was found that two other members of the family were significantly down regulated in mutant ones. Nevertheless, our data clearly demonstrate the feasible role of DMT103 gene for growth regulation.