Şeker pancarı genomunda bZIP genlerinin biyoinformatik analizleri ve kuraklık - sıcaklık stres koşullarında ifade profilleri
Bioinformatics analysis of bZIP genes in sugar beet genome and expression profiles under drought - heat stress conditions
Yazar: ELİF KALYONCUOĞLU
Danışman: PROF. DR. MEHMET CENGİZ BALOĞLU
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Genetik ve Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Analiz = Analysis ; Biyoinformatik = Bioinformatics ; Ekspresyon = Expression ; Gen analizi = Gene analysis ; Kuraklık stresi = Drought stress ; Sıcaklık = Temperature ; Şeker pancarı = Sugar beet

Özet:
Lösin fermuar (bZIP) transkripsiyon faktörü ailesi, bitkilerdeki en büyük ve en çeşitli transkripsiyon faktörü ailelerinden biridir. Bitki büyümesini ve gelişimini düzenlemesine ek olarak biyotik ve abiyotik streslere yanıtta önemli rol oynamaktadır. Şeker pancarı (Beta vulgaris L.) taksonomik olarak, Amaranthaceae ailesine ve Beta cinsine aittir. Bu çalışmada, şeker pancarı genomunda 251 adet bZIP geni belirlenmiştir. BvbZIP genlerinin kromozomal dağılımları incelendiğinde en çok genin 7. kromozomda yer aldığı görülmüştür. Tahmini gen yapısı analizine göre 28 adet BvbZIP geninin intron içermediği saptanmıştır. Arabidopsis, soya, çeltik ve kavak bitkilerindeki bZIP genleri ile karşılaştırmalı fiziksel haritalara bakıldığında en çok ortolog gene sahip bitkinin soya olduğu görülmüş ve en yakın ayrılma süresi kavak bitkisindeki genler ile belirlenmiştir. Ayrıca BvbZIP genleri için filogenetik ilişkileri, korunmuş amino asit motifleri, gen ontolojileri, bZIP genlerini hedefleyen miRNA'ları, tahmini üç boyutlu yapıları farklı biyoinformatik araçlar kullanılarak belirlenmiştir. Bunlara ilaveten, açık veri tabanlarından elde edilen transkriptom verileri kullanılarak bu genlerin farklı koşullardaki ifade profillerinin incelenmesi yapılmış olup seçilen genler kuraklık toleranslı ve kuraklık hassas şeker pancarı çeşitlerinin yaprak dokularında RT-PZR analizi ile incelenmiştir. Yapılan analizler sonucunda şeker pancarında BvbZIP-31, BvbZIP-54, BvbZIP-59 ve BvbZIP-63 genlerinin abiyotik stres direncinde rol aldığı düşünülmektedir. Ayrıca BvbZIP-59 geninin her iki çeşitte de tüm streslerde ifade seviyelerinin belirgin bir şekilde arttığı görülmüştür. Böylece 2014 yılında şeker pancarının tüm genom dizisi çıkarılmış olsa da şeker pancarı genomunda ilk kez bu tez çalışması kapsamında bZIP genlerinin belirlenmesi, karakterizasyonu ve sıcaklık, kuraklık, sıcaklık-kuraklık kombine strese karşı yanıtlarının incelenmesi ve bu stresler altında oluşan moleküler mekanizmalar hakkında önemli bilgiler elde edilmiştir. bZIP gen ailesine ait elde edilen bilgiler ışığında, sıcaklık, kuraklık ve kombine stres koşullarına dayanıklı şeker pancarı ve diğer tarım bitkilerinin üretilmesine katkı sağlayacak önemli verilerin elde edileceği düşünülmektedir.

ANAHTAR KELİMELER: Şeker Pancarı, bZIP, Biyoinformatik Analizler, Sıcaklık,  Kuraklık ve Kombine Stresi, Gen Ekspresyon Analizi

Abstract:
The basic leucine zipper (bZIP) transcription factor family is one of the largest and most diverse transcription factor families in plants. In addition to regulating plant growth and development, it plays an important role in the response to biotic and abiotic stresses. Sugar beet (Beta vulgaris L.) taxonomically belongs to Amaranthaceae family and Beta genus. In this study, 251 bZIP genes were identified in the sugar beet genome. When the chromosomal distributions of BvbZIP genes were examined, it was seen that the most genes were located on the 7th chromosome. According to the predicted gene structure analysis, it was determined that 28 BvbZIP genes do not contain introns. When the physical maps were compared with the bZIP genes in Arabidopsis, soybean, rice and poplar plants, it was seen that the plant with the most orthologous genes was soybean and the closest separation time was determined by the genes in the poplar plant. İn addition, phylogenetic relationships, conserved amino acid motifs, gene ontologies, miRNAs targeting bZIP genes, estimated three-dimensional structures for BvbZIP genes were determined using different bioinformatics tools. In addition, the expression profiles of these genes in different conditions were examined using transcriptome data obtained from open databases, and the selected genes were examined by RT-PCR analysis in leaf tissues of drought-tolerant and drought-sensitive sugar beet cultivars. As a result of the analysis, it is thought that BvbZIP-31, BvbZIP-54, BvbZIP-59 and BvbZIP-63 genes play a role in abiotic stress resistance in sugar beet. In additon, expression levels of the BvbZIP-59 gene were significantly increased in both cultivars under all stresses. Thus, although the whole genome sequence of sugar beet was extracted in 2014, for the first time in the sugar beet genome, within the scope of this thesis study, important information was obtained about the determination of bZIP genes, their characterization and investigation of their responses to heat, drought, heat-drought combined stress, and the molecular mechanisms that occur under these stresses. In the light of the information obtained from the bZIP gene family, it is thought that important data will contribute to the production of sugar beet and other agricultural plants that are resistant to heat, drought and combined stress conditions will be obtained.

KEYWORDS: Sugar Beet, bZIP, Bioinformatics Analysis, Combined Drought and Heat Stresses, Gene Expression Analysis