Mercimek (Lens culinaris Medik.) bitkisinde nişasta sentaz enziminin farklı fotoperiyotlardaki ekspresyon analizi
Expression analysis of starch synthase enzyme in lentil (Lens culinaris Medik.) under different photoperiods
Yazar: YUSUF CAN GERÇEK
Danışman: PROF. DR. GÜL CEVAHİR  ÖZ ; DOÇ. DR. İBRAHİM HALİL KAVAKLI
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Botanik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Biyoloji = Biology ; Botanik = Botany
Dizin: Ekspresyon = Expression ; Enzim aktivitesi = Enzyme activity ; Lens culinaris = Lens culinaris ; Mercimek = Lentil ; Nişasta = Starch

Özet:
Mercimek, baklagiller (Fabaceae) familyasına ait bir uzun gün bitkisi olup önemli oranlarda nişasta ve protein ihtiva etmektedir. Bu özelliklerinden dolayı özellikle gelişmekte olan ülkelerde önemli bir besin kaynağıdır.Son yıllarda yapılan çalışmalarda nişasta enzimlerinin manipülasyonu ile bitkilerdeki verimin arttırılabileceğine dair sonuçlar elde edilmiştir ve nişasta biyosentez mekanizmasının aydınlatılması önemlidir. Nişasta bitki içerisinde üç ana enzim tarafından üretilmektedir. Bunlar ADP-glikoz pirofosforilaz(AGPase; EC 2.7.7.23), nişasta sentaz (SSS; EC 2.4.1.21) ve dallandırma enzimleri (SBE; EC 2.4.1.28)'dir. Mercimek bitkisinin nişasta biyosentezinin aydınlatılması amacıyla grubumuz tarafından yapılan çalışmalar sonucunda AGPaseL1-L2, AGPaseS1-2, SBEI-II ve SSSI-III genleri klonlanmış ve ADP-glukoz pirofosforilazın dokuya ve zamana bağlı anlatım profilleri oluşturulmuştur. Ancak nişasta sentaz enziminin anlatım profili mercimek bitkisinde henüz çalışılmamıştır.
Bu tez çalışmasında çözünür nişasta sentaz enzimi I ve III (SSSI ve SSSIII) kodlayan genlerin ifadesi farklı doku ve fotoperiyotlarda incelenmiştir. Uzun gün (16 saat gündüz, 8 saat gece) ve kısa gün (8 saat gündüz, 16 saat gece) fotoperiyotlarında yetiştirilen mercimek bitkisinden ikişer saat aralıklarla alınan dokulardan elde edilen RNA örnekleri ile yapılan gerçek zamanlı PCR analizleri sonucunda şu bulgular elde edilmiştir; (1) Her iki fotoperiyot büyüme koşulunda SSSI ve SSSIII genleri ağırlıklı olarak yaprak dokusunda ifade edilmektedir. (2) SSSI gen ifadesinin SSSIII gen ifadesine oranla daha baskın olduğu görülmüştür. (3) Farklı fotoperiyot koşulları karşılaştırıldığında ise kısa gün fotoperiyot koşullarında büyütülen bitkilerde SSSI gen ifadesi yaprak ve gövde dokusunda yaklaşık % 50 artış göstermektedir. SSSIII gen ifadesi ise yaprak ve gövde dokusunda yaklaşık % 50 azalmaktadır. (4) SSSI ve SSSIII gen ifadeleri gün içerisinde her iki dokuda da 4-6 saatlik aralıklarla ritmik dalgalanma göstermektedir. (5) Grubumuz tarafından SBEI ve SBEII genlerinin ifadelerini inceleyen çalışmanın sonuçları incelendiğinde SBEII ve SSSI genlerinin anlatım profillerinde benzerlik görülmüş olup tüm genler ritmik dalgalanma görülmektedir. Benzer gen ifadesi profilinin görülmesi ve SSSI geninin daha fazla ifade edilmesi SBEII ve SSSI enzimlerinin hücre içerisinde trimerik olarak beraber çalıştığını ifade eden çalışmalarla uyumludur..
Yapılan bu tez çalışması sonucunda farklı fotoperiyot büyüme koşullarının SSSI ve SSSIII genlerinin ifadesine etkileri belirlenmiştir. Bu tez çalışması grubumuz tarafından nişasta biyosentezinde görev alan genlerin karakterizasyon çalışmalarının bir parçasını oluşturmaktadır ve mevcut çalışma ile birlikte AGPaseL1-2, AGPaseS1-2, SBEI-II, SSSI-III genlerinin farklı fotoperiyot büyüme koşullarındaki gen ifadeleri tanımlanmıştır. Elde edilen gen ifadesi sonuçlarının kinetik analizler ile desteklenmesi ile mercimeğin nişasta biyosentez mekanizmasının aydınlatılmasına olanak verecektir. Baklagiller familyasının önemli bir üyesi olan Mercimek bitkisinden elde edilecek bu bilgi baklagillerdeki mekanizmanın anlaşılmasına ve bitki verimini arttırmaya yönelik çalışmalara katkı sağlayacağı düşünülmektedir.
Aralık, 2014, 71.

Abstract:
Lentil, a long day plant belonging to Legume (Leguminosae) family, contains a considerable amount of starch and proteins. Due to this characteristic, it's an important food source especially in developing countries. In recent studies, results that suggest the productivity in plants could be increased by manipulating starch enzymes have been obtained and illumination of starch biosynthesis mechanism is important. Starch is produced by three main enzymes within the plant. These are ADP-glucose pyrophosphorylase (AGPase; EC 2.7.7.23), starch synthase (SSS; EC 2.4.1.21), and branching enzymes (SBE; EC 2.4.1.28). As a result of the studies carried out by our group for the purpose of illuminating the starch biosynthesis of lentil plant, AGPaseL1-L2, AGPaseS1-S2, SBEI-II and SSSI-III genes were cloned and expression profiles of ADP-glucose pyrophosphorylase based on tissue and time were created. However, the expression profile of starch synthase enzyme in lentil has not been studied yet.
 In this thesis study, expression of genes coding soluble starch synthase enzyme I and III (SSSI and SSSIII) has been investigated in different tissues and photoperiods. As a result of real-time PCR analyses carried out with RNA samples obtained from the tissues taken at intervals of 2 hours from lentil plant grown in long-day (16 hours day, 8 hours night) and short-day (8 hours day, 16 hours night) photoperiods, these findings have been obtained; (1) In both photoperiod growing conditions, SSSI and SSSIII genes are mainly expressed in leaf tissue. (2) SSSI gene expression was observed to be more dominant than SSSIII gene expression. (3) When different photoperiod conditions are compared, SSSI gene expression increases in leaf and stem tissue by %50 in plants grown in short day photoperiod conditions. SSSIII gene expression decreases in leaf and stem tissue by approximately %50. (4) During the day, SSSI and SSSIII gene expressions show rhythmic fluctuation at intervals of 4-6 hours in both tissues. (5) When the results of the study carried out by our group examining the expressions of SBEI and SBEII genes are analyzed, similarity in expression profiles of SBE and SSS genes is observed and rhythmic fluctuation in all genes is seen. Observation of similar gene expression tallies with the studies suggesting SBE and SSS enzymes work together trimerically within the cell.
As a result of this thesis study, the effect of different photoperiod growing conditions on the expression of SSSI and SSSIII genes has been determined. This thesis study constitutes a part of characterization studies of genes functioning in starch biosynthesis carried out by our group and with the current study, gene expressions of AGPaseL1-2, AGPaseS1-2, SBEI-II, SSSI-III genes in different photoperiod growing conditions have been defined. Supporting of obtained gene expression results with kinetic analyses will allow the illumination of starch biosynthesis mechanism of lentil. This information to be obtained from Lentil plant, an important member of Leguminosae family, is thought to contribute to understanding the mechanism in Legumes and to the studies oriented to increase plant productivity.
December, 2014, 71.