ISI ŞOKU PROTEİN GENLERİNİN (HSP) BAZI POPULUS TAKSONLARINDA FONKSİYONEL GENOM ANALİZİ VE ABİYOTİK STRES KOŞULLARINDA HSP GENLERİNİN İFADE SEVİYELERİNİN BELİRLENMESİ

Abstract

Isı şoku proteinleri (Hsps: Heat Shock Proteins), canlı organizmalarda bulunan bir grup protein ailesidir ve aynı zamanda stres proteinleri olarak da isimlendirilmektedir. Isı şoku protein genleri stres anında (tuzluluk, kuraklık, ağır metal ve ekstrem sıcaklık vb.) değişimlerin düzenlenmesinde anahtar bir rol üstlenmektedir. Orman ağaçlarının abiyotik streslere cevap mekanizmalarına ilişkin moleküler temelli çalışmalar; 2006 yılında model ağaç türü olarak genom sekansı tamamlanan “Populus trichocarpa” türü üzerinde başlatılmıştır. Son yıllarda türe ait fonksiyonel gen bölgelerini belirleyici biyoinformatik analizler yapılmaktadır. Bu tez çalışması iki bölümden oluşmaktadır. İlk bölümde; Hsps ailelerinden oluşan tüm Hsp (sHsp, Hsp40, Hsp60, Hsp70, Hsp90 ve Hsp100) protein ailesi üyelerinin biyoinformatik yöntemler kullanılarak tanımlanması, kromozomlar üzerinde dağılımı, tandem ve segmental duplikasyonların hesaplanması, filogenetik analizleri, gen yapısı tahmini, korunmuş motif bölgelerinin çıkarılması, gen ontoloji kategorilerinin oluşturulması, proteinlerin üç boyutlu modellenmesi, miRNA hedef genlerinin tespit edilmesi ve diğer bitki türlerinde bulunan Hsps proteinleri ile karşılaştırılması hedeflenmiştir. P. trichocarpa genomunda yapılan biyoinformatik analizler sonucunda diğer; sHsp, Hsp40, Hsp60, Hsp70, Hsp90 ve Hsp100 gen ailesi üyelerine ait sırasıyla 60, 145, 49, 34, 12 ve 90 adet gen ilk olarak bu tez kapsamında tanımlanmıştır. Bu çalışmada tüm Hsps gen ailelerine ait toplamda 390 adet gen tanımlanmıştır. Biyoinformatik yaklaşımlar ile de abiyotik streslere karşı direnç mekanizmasının genetik yolakları belirlenebilmektedir. Tez çalışmasının ikinci bölümde ise; veri tabanlarında bulunan transkriptom verileri kullanılarak (RNASeq ve Mikroarray) Hsps v proteinlerini kodlayan genlerin ifade seviyeleri araştırılmıştır. Gen ifade seviyelerinin artmış olması; tespit edilen genin (ifadesi artan gen) metabolizmayı strese karşı koruyucu bir molekül gibi davranması şeklinde düşünülebilir. Ayrıca, kavak tür/klonlarında belirlenen Hsps genlerinin kuraklık, tuzluluk ve kadmiyum stresi altında ifade seviyeleri kavak taksonlarının yaprak dokuları kullanılarak qRT-PZR (eş zamanlı PZR) yöntemi ile incelenmiştir. Böylece bu önemli gen ailesinin fonksiyonlarının çözümlenmesi ve belirlenen streslere karşı direnç gösteren kavak taksonlarının tespiti amaçlanmıştır. Sonuç olarak; Kuraklık stresi için; PtHsp70-25 ve PtHsp70-33 genlerinin stres koşullarında sadece dayanıklı klon için yüksek ifade olduğu ve bitkiyi strese karşı koruyucu bir rol üstelendiği söylenebilir. PtHsp70-16 ve PtHsp70-26 genlerinin ise hem hassas (Klon A: N.03.368A) hem de dayanıklı (Klon B: N.62.191) klonda strese bağlı gen ifade düzeyleri yüksek olarak belirlenmiştir. Bu nedenle özellikle bu genlerin kuraklık stresine cevapta kilit bir rol üstlendiği ifade edilebilir. Tuzluluk stresi için; PtsHsp-11, PtsHsp-21, PtsHsp-36, PtHsp40-113, PtHsp40-117, PtHsp60-31, PtHsp60-33, PtHsp60-38, PtHsp60-49, PtHsp70-09, PtHsp70-12, PtHsp70-25, PtHsp70-33, PtHsp90-09, PtHsp90-12, PtHsp100-21 ve PtHsp100-75 genlerinin ifade seviyesinin arttığı belirlenmiştir. Kadmiyum stres koşullarında ise; PtsHsp-44, PtsHsp-54, PtHsp40-117, PtHsp60-06, PtHsp60-12, PtHsp70-21, PtHsp70-28, PtHsp90-02, PtHsp90-10, PtHsp90-12, PtHsp100-22 ve PtHsp100-71 genlerinin anlatım seviyelerinin yüksek olduğunu tespit edilmiştir. Ayrıca çalışmada; kavak taksonlarında en yüksek kadmiyum birikiminin görüldüğü dokunun kök olduğu tespit edilmiştir. Bu tez çalışması ile; bitkilerde stres toleransını geliştirmeye yönelik daha sonraki çalışmalarda kullanılabilecek klonlama ve fonksiyonel analizler için yeni imkanlar sağlanması öngörülmüştür. Bu sayede bitkiler de stres ile ilgili moleküler mekanizmalar hakkında ön bilgiler edinilmiş olup ve bu da yeni projelerin üretilmesine olanak sağlayacaktır. Sonuç olarak bu genom analizinin tanımlanması ile hızlı gelişen ve Türkiye odun hammaddesi açığının kapatılmasında önemli bir tür olan kavak için; strese karşı toleransın geliştirilmesi açısından ve genom analizleri tamamlanan diğer orman ağaçları için de gelecek çalışmalara yeni bir perspektif sağlanacaktır.