SALATALIKTA ISI ŞOKU PROTEİNLERİNİN BİYOİNFORMATİK ANALİZLERİ VE ABİYOTİK STRES KOŞULLARINA TEPKİSİNİN OMİKS YAKLAŞIMLAR KULLANILARAK İNCELENMESİ

Abstract

Isı şoku proteinleri ailesi organizmalarda hem normal koşullarda hem de stres faktörlerinin etkili olduğu koşullarda önemli bir role sahip bir protein ailesidir. Bitkilerde, özellikle stres koşullarına maruz kalındığında proteinlerin fonksiyonlarını kaybetmemeleri ve canlılığın korunması açısından çok önemli bir yere sahiptirler.

Salatalık (Cucumis sativus) ülkemizin her bölümünde üretimi yapılan bir bitkidir. Özellikle besin ve vitamin içeriği açısından değerlendirildiğinde insan diyetinde önemli bir yere sahiptir. Ayrıca uzun mesafeli sinyal olaylarını kapsayan vasküler biyoloji çalışmaları ve cinsiyet belirlenmesi çalışmaları gibi birçok çalışmada model organizma olarak kullanılmaktadır.

Üç bölümden oluşan bu tez kapsamında ilk olarak 6 ısı şoku protein ailesine (sHsp, Hsp40, Hsp60, Hsp70, Hsp90, Hsp100) mensup genler biyoinformatik yöntemler kullanılarak salatalık genomunda belirlenmiştir. Daha sonra genlerin ve bu genlerin ürünü olan proteinlerin karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. Yapılan analizler sonucunda salatalık genomunda kodlanan 36 adet sHsp, 100 adet Hsp40, 28 adet Hsp60, 14 adet Hsp70, 7 adet Hsp90 ve 17 adet Hsp100 geni tanımlanmıştır. CsHsp genlerinin ve proteinlerinin moleküler karekterizasyonu belirlemek için biyoinformatik analizleri yapılmıştır. Bunlar arasında, CsHsp’ lerin kromozomal dağılımları, gen yapıları, korunmuş motifleri, filogenetik ilişkileri, gen ontolojisi sınıflandırmaları, farklı organizmalardaki ortologlarının belirlenmesi gibi biyoinformatik analizler yer almaktadır.

Tezin ikinci bölümünde ise, ilk olarak salatalık bitkisine ait transkriptom verileri (RNA-seq) ilgili veri tabanlarında bulunmuştur. Ardından bu verilerin ileri biyoinformatik analizleri yapılarak, gerçek zamanlı-PZR ile ifadesi çalışılacak genler seçilmiştir. Seçilen genlerin yüksek sıcaklık, düşük sıcaklık, tuzluluk, kuraklık stresleri ve ABA uygulaması durumlarında ifade seviyelerindeki değişimler incelenmiştir. Analizlerde salatalığın kök ve yaprak dokuları, stres muamelesinden sonra 1., 3., 6. ve 12. saatlerde toplanarak kullanılmışlardır. Yapılan analizler

v

sonucunda, CssHsp-08, CsHsp40-70 ve CsHsp70-06 genlerinin ifadelerinin farklı stres koşulları karşısında büyük ölçüde arttığı belirlenmiştir. Bu genler arasından CssHsp-08 geninin ifadesinin kuraklık, tuzluluk, düşük sıcaklık stresleri ve ABA uygulaması karşısında büyük artış göstermesi, bu genin stres koşullarında direncin sağlanabilmesi açısından önemli bir gen olduğunu işaret etmektedir.

Tezin son bölümünde ise, aynı stres koşullarında metabolit düzeyindeki değişimlerin belirlenmesi amacıyla bitki ekstraktları türevlendirmenin ardından GC-MS ile analiz edilmiştir. Amino asitlerin, şekerlerin, şeker alkollerinin ve TCA döngüsü elemanlarının stres faktörlerine karşı gösterdikleri tepkiler değerlendirilmiştir. Yapılan analizler sonucunda, yaprakta belirlenen amino asitlerin özellikle yüksek sıcaklık altında, kökte belirlenen amino asitlerin ise kuraklık karşısında birikimlerinin daha fazla olduğu dikkat çekmektedir. Çalışmamızda, çoklu doymamış bağ içeren yağ asitlerinin miktarları ile doymuş yağ asitlerinin miktarları karşılaştırıldığında; tuzluluk, kuraklık ve ABA uygulamalarında miktarlarının yakın olduğu ancak, yüksek sıcaklık ve düşük sıcaklık uygulamalarında doymuş yağ asitlerinin daha yüksek miktarda bulunduğu belirlenmiştir. Uygulanılan stres faktörlerinin büyük bölümünde, her iki dokuda da sükroz birikimi olduğu da gözlenmiştir.

Çalışmamız önemli bir aile olan ısı şoku proteinleri ailesinin yapısının, organizasyonunun, evriminin ve ifade profillerinin anlaşılması açısından önem arz etmektedir ve gelecekte yaşanabilecek muhtemel gıda problemlerine karşı alınacak önlemler açısından kazançlı olacaktır. Ayrıca çalışmamız, bitki stres mekanizmalarının anlaşılmasında omiks yaklaşımlarının kullanılması açısından temel niteliğindedir ve önemli bilgiler açığa çıkartmıştır.