EXPRESSION ANALYSIS OF NAC TYPE TRANSCRIPTION FACTORS ON WHEAT SEEDLINGS UNDER ABIOTIC STRESS CONDITIONS

Abstract

Wheat is the most important grain crop grown in our country providing greatest part of the daily nutritional requirement. Abiotic factors including salinity, drought, cold and heat stresses affect quality and yield of wheat varieties used for the production of both bread and pasta flour. NAC proteins form one of the widest families of plant specific transcription factors. Members of this family are related with development, defense and abiotic stress responses. TaNAC69-1 and TtNAM-B2 genes were isolated from T.aestivum and T.turgidum, respectively. Then they were cloned into different monocot and dicot expression vectors to be used for further wheat and tobacco genetic transformation studies. To understand effects of salinity, drought, cold and heat stresses on expression profiles of TaNAC69-1 and TtNAM-B2 genes, quantitative real time PCR was performed. The time series expression profiles of TaNAC69-1 show that it was significantly up-regulated following by salt, drought, cold and heat stress treatments. v Except for heat stress, expression of TtNAMB-2 gene also significantly induced under drought, salt and cold stress conditions. Microarray analysis also performed to indicate effects of cold and heat stress treatments on global gene expression profiles of wheat. Differentially regulated genes show that temperature changes directly affected a large and complex transcriptional network associated with defense, metabolism and development. Genes involved in cold stress-responsive and different cold acclimation proteins were extremely up-regulated upon exposure to cold stress. Both expression levels of small and large sub-unit heat shock proteins significantly increased following heat stress period. In addition to these protective agents, transcription factors also played a central role to deal with severe effects of low and high temperature conditions. Buğday günlük besin ihtiyacının büyük bir kısmını sağlayan, ülkemizde yetiştirilen en önemli tahıl ürünüdür. Tuzluluk, kuraklık, soğuk ve sıcak streslerini içeren abiyotik faktörler, hem ekmeklik hem de makarnalık un üretiminde kullanılan buğdayın kalitesini ve verimini etkilemektedir. NAC proteinleri bitkiye özel transkripsiyon faktörlerinin en geniş ailelerinden birini oluşturmaktadır. Bu ailenin proteinleri gelişim, savunma ve abiyotik stres tepkileriyle ilişkilidir. TaNAC69-1 ve TtNAM-B2 genleri sırasıyla T.aestivum ve T.turgidum’ dan izole edilmiştir. Daha sonra, ileride yapılacak olan buğday ve tütün genetik transformasyon çalışmalarında kullanılması için, genler ayrıca farklı tek çenekli ve çift çenekli bitkilere özgü ifade vektörlerine klonlanmıştır. Tuz, kuraklık, soğuk ve sıcak streslerinin, TaNAC69-1 ve TtNAM-B2 genlerinin ifade profillerine etkilerini anlamak için, kantitatif gerçek zamanlı PZR yapılmıştır. Zamana bağlı TaNAC69-1 geninin ifade profili, TaNAC69-1 geninin ifadesinin tuz, kuraklık, soğuk ve sıcak stres uygulamalarını takiben önemli derecede arttığını göstermiştir. Sıcaklık vii stresi dışında, TtNAM-B2 geninin ifadesi de tuz, kuraklık, ve soğuk stresi dudurumları altında önemli derecede artmıştır. Soğuk ve sıcak stres uygulamalarının buğdayın genel gen ifade profili üzerine etkisini göstermek için microarray analizi de yapılmıştır. Farklı düzenlenen genler, sıcaklık değişimlerinin savunma, metabolizma ve büyümeyle ilişkili büyük ve karmaşık bir transkripsiyon ağını direk olarak etkilediğini göstermiştir. Soğuk stresine cevap veren ve farklı soğuk alıştırma proteinlerini kodlayan genlerin, soğuk stresine bağlı olarak aşırı derecede gen ifade seviyeleri artmıştır. Hem küçük hem de büyük alt üniteli ısı şok proteinlerinin gen ifade analizleri sıcaklık stresi periyodunu takiben önemli derecede atrmıştır. Bu koruyucu moleküllere ilaveten, transkripsiyon faktörleri de düşük ve yüksek sıcaklık koşullarının şiddetli etkileriyle mücadelesinde önemli bir rol oynamıştır