Türk buğday çeşitlerinde kuraklık stresi altında mikrorna’ların yeni nesil dizileme teknolojileri ile dizilenmesi ve ifade analizlerinin belirlenmesi

Abstract

Buğday, 2020 yılında yaklaşık 219 milyon ha ekilebilir alan ve 761 milyon ton hasat ile en önemli tahıllardan biri olup, ekim açısından ilk sırada ve üretim açısından mısırdan sonra ikinci sırada yer almaktadır. Tuzluluk, yüksek sıcaklık ve kuraklık gibi abiyotik stresler, iklim değişikliklerine bağlı olarak buğday üretimine karşı önemli bir sorun oluşturmaktadır. Kuraklık, bitki büyümesini, gelişmesini ve hayatta kalmasını sınırlayan en yaygın abiyotik streslerden biridir. Bu nedenle, kök uzaması ve ozmotik stres düzenlemesi gibi çeşitli stratejiler, kendilerini kuraklığın sert etkilerinden korumak için bitkiler tarafından evrimsel süreç boyunca geliştirilmiştir. Kuraklık yanıtı; çoklu genler, proteinler, transkripsiyon faktörleri, metabolitler, hormonlar ve miRNA’ları içeren karmaşık bir mekanizmadır. MikroRNA’lar (miRNA’lar), bitkilerde ve hayvanlarda hedef gen ekspresyonunu düzenleyen, 20-24 nt uzunluğunda, endojen, çoğunlukla korunmuş, kodlama yapmayan küçük düzenleyici RNA’lardır. miRNA’lar hormon regülasyonu, büyüme, beslenme dengesi ve stres tepkileri gibi birçok biyolojik süreçte önemli rol oynamaktadırlar. Bu çalışmada, farklı kuraklık toleransı ve farklı ploidi seviyelerine sahip üç Türk buğday çeşidinde –Triticum aestivum cv. Yüreğir-89, hekzaploid çeşit (2n=6x=42, AABBDD), orta toleranslı; Triticum turgidum durum cv. Kızıltan-91, tetraploid çeşit (2n=4x=28, AABB), yüksek toleranslı; ve Triticum monococcum cv. monococcum (Einkorn/Siyez), diploid çeşit (2n=2x=14, AmAm), düşük toleranslı– kuraklık stresi sonucu oluşan daha önceden tanımlanmış ve tanımlanmamış miRNA’ların ve bunların hedef genlerinin ortaya çıkarılması amaçlanmıştır. Ayrıca, miRNA’ların ve hedef genlerinin ifade profilleri, hem yeni nesil dizileme hem de qRT-PZR kullanılarak ortaya çıkarılmıştır. Hedef genlerin Gen Ontolojisi (GO), MapMan yolak analizleri yapılarak hangi metabolik yollarda rol oynadıklarının belirlenmesi amaçlanmıştır Çalışmanın ilk aşamasında elde edilen dizileme sonuçları ve biyoinformatik araçlar ile gerçekleştirilen analizler sonucunda kuraklık cevabında rolü olduğu düşünülen miRNA’lar ve bunların hedef genleri, qRT-PZR ile kontrol edilmiştir. Belirlenen miRNA’lrda biri tae miR159a’dır. Bu miRNA’nın miRseq sonuçlarına göre her 3 buğday türünün yaprak dokusunda ifadesinin azaldığı görülmüş ve bu durumu qRT-PZR sonuçları da doğrulamıştır. Buna karşın, beklenildiği gibi tae-miR159a’nın belirlenen 3 hedef genin Yüreğir-89 ve Kızıltan-91’de ifadelerinin arttığı Siyez’de ise azaldığı tespit edilmiştir. Diğer yandan kök dokularında ise hem tae-miR159a ve hedef genler Yüreğir-89’da yaprak dokularına benzer bir ifade profili gösterirken Siyez ve Kızıltan-91’de miRNA’nın ifadesi artmış ve hedef genler ise azalmıştır. Sonuç olarak, farklı kromozom setlerine sahip buğday türleri arasında hangi miRNA’ların işlev gördüğü ve kuraklık stresi sonucu ifade edildiği gösterilmiştir. Bunun yanında, çalışılan ve kuraklık stresine farklı tepki verdiği bilinen buğday çeşitlerinin ploidi düzeyleri farklı olduğundan, kuraklığa duyarlı ve dayanıklı bireylerde tanımlanmış ve henüz tanımlanmayan yeni miRNA’ların durumu ve bu miRNA’ların köken aldığı buğday türleri de ilk kez bu çalışmada incelenmiştir. Ayrıca hem biyoinformatik yöntemler hem de degradom kütüphaneleri yardımıyla kuraklığa farklı tepki veren buğday türlerinde tanımlanan miRNA’ların hedef genleri tespit edilmiş ve bu hedef genlerin gen ekspresyon analizleri qRT PZR ile doğrulanmış ve ardından GO ve MapMan yolak analizleri ile kontrol edilmiştir. Bugüne kadar buğdayın farklı dokularında abiyotik stres ile ilişkili birçok miRNA tanımlanmış olmasına rağmen, farklı ploidi seviyelerine sahip buğday çeşitlerinde kuraklık stresine cevap veren miRNA’ların tespiti ve analizi ile ilgili literatürde bilgi eksikliği bulunmaktadır. Bu nedenle bu çalışma, farklı kromozom setlerine ve farklı kuraklık toleransı özelliklerine sahip Türk buğday çeşitlerinde kuraklık stresi ile ilgili moleküler mekanizmaların aydınlatılmasına ilişkin bilgileri ortaya çıkarmıştır