Genome-wide identification and characterization of the wall associated kinase gene family and expression analysis under high temperature stress in sorghum (Sorghum bicolor L. Moench)
Sorgumda (Sorghum bicolor L. Moench) duvar ilişkili kinaz gen ailesinin genom düzeyinde tanımlanması, karakterizasyonu ve yüksek sıcaklık stresi altında ifade düzeylerinin analizi
- Tez No: 853716
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HÜLYA SİPAHİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyoteknoloji, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Eskişehir Osmangazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Tarımsal Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Bitkisel Biyoteknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 128
Özet
Sorgum (Sorghum bicolor L. Moench) dünyanın en çok üretilen beşinci tahılıdır. Duvarla İlişkili Kinaz (WAK) gen ailesi, bitkilerde çevresel stres ve patojene yanıt vermede, büyüme ve gelişiminde önemli bir düzenleyici rol oynamaktadır. Bu çalışmada, sorgumda WAK gen ailesi üyelerinin biyoinformatik araçlar kullanılarak karakterize edilmesi ve yüksek sıcaklık koşullarında işlevsel rollerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Sorgum, Arabidopsis, çeltik ve mısırın WAK/WAKL proteinlerinin evrimsel ilişkileri anlamak için Neigbor-Joining yöntem ile filogenetik analizleri yapılmıştır. Sorgum WAK/WAKL proteinlerin fizyokimyasal özelikleri ve hücresel lokalizasyonları biyoinformatik araçlarla belirlenmiştir. Sorgum WAK/WAKL genlerinin kromozom haritalaması in silico oluşturulmuştur. Tilki kuyruğu, çeltik ve mısır WAK/WAKL'ları ile sorgum WAK/WAKL'ları arasındaki evrimsel ilişkiler senteni analizleri belirlenmiştir. Sorgum WAK/WAKL genleri üzerinde etkili olan nötral veya seçilim gibi evrimsel mekanizmalar hakkında bilgi edinmek için sinonim olan ve olmayan subtitusyon oranları (Ka/Ks) hesaplanmıştır. Sorgum WAK/WAKL genlerinin fonksiyonları hakkında bilgi etmek için promotorlarda mevcut cis etkili elementler belirlenmiştir. Ayrıca, WAK/WAKL proteinlerin birbirleriyle ve diğer proteinlerle olan biyolojik ilişkileri, protein-protein etkileşim analiz ile tespit edilmiştir. Ayrıca sorgum WAK/WAKL'larının olası fonksiyonları hakkında bilgi edilmek için miRNA etkileşim analizleri yapılmıştır. Son olarak, kısa süreli yüksek sıcaklık uygulaması (42 °C, 4 saat) altında, WAK/WAKL genlerinin ifade düzeyleri, gerçek zamanlı kantitatif polimeraz zincir reaksiyonu ile belirlenmiştir. Sorgumda, 31 WAK ve 67 WAK benzeri (WAKL) olmak üzere 98 protein belirlenmiş ve bunlar SbWAK/SbWAKL olarak adlandırılmıştır. Sorgum, Arabidopsis, çeltik ve mısıra ait WAK/WAKL proteinleri altı filogenetik gruba sınıflandırılmıştır. SbWAKs/SbWAKL genleri on kromozom boyunca eşit olmayan bir şekilde dağılmış ve dokuz kromozomda 33 duplikasyon gözlenmiştir. Hücre içinde, SbWAK/SbWAKL proteinlerinin çoğu membranlarda, bir kısmı da çeşitli organellerde dağılım göstermişlerdir. SbWAKs/SbWAKL'ları 496 ila 1149 amino asite sahip olup, moleküler ağırlıkları 55,38 ila 124,89 kDa arasında değişim göstermiştir. SbWAKL5 ve SbWAKL47 proteinlerinin hidrofobik, diğer proteinlerin ise hidrofilik yapıda oldukları belirlenmiştir. Alifatik indeks 75,36 (SbWAK9) ile 95,47 (SbWAKL35) arasında, izoelektrik nokta (pI) değerleri ise 4,96 ile 8,58 arasında değişim göstermiştir. Kırk sekiz SbWAK/SbWAKL proteini, kararsızlık indeksi değerinin 40'tan büyük olmasıyla kararsız bulunmuştur. Senteni analizleri, cin darı, mısır ve pirinç genomunda sırasıyla 16, 13 ve 7 SbWAK/SbWAKL geninin benzer olduğunu ortaya koymuştur. On dokuz bağlantılı SbWAK/SbWAKL gen çiftinden biri hariç tümünün Ka/Ks oranları 1'den küçük değerlerde belirlenmiştir, bu da genler üzerinde saflaştırma seleksiyonunun etkisini göstermektedir. SbWAKL13~SbWAKL18 genlerinin Ka/Ks değerleri 1'den büyüktür ve bu da pozitif bir seçilim olgusuna işaret etmektedir. SbWAK/SbWAKL proteinlerinde toplam 10 korunmuş motif tanımlanmıştır. Bu motiflerin bazıları, protein kinaz domain, protein tirozin kinaz domain, epidermal büyüme faktörü (EGF) reseptörü için katalitik domain, EGF benzeri domain ile ilişkilendirilmişlerdir. SbWWAK/SbWAKL genlerinde ekzon sayısı 1 ila 7 arasında, gen uzunluğu ise 2kb ila 27kb arasında değişmiştir. SbWAK/SbWAKL genlerinin 19'u hariç tümünde UTR bölgesi bulunmamıştır. SbWAK/SbWAKL gen promotorlarında tespit edilen çeşitli cis-etkili elementler, bu genlerin ışık, hormon, gelişim ve çevresel stres tepkileri ile ilişkili olabileceğine işaret etmiştir. Ayrıca, SbWAK/SbWAKL'ların birbirleriyle ve diğer proteinlerle belirlenen protein-protein etkileşimleri, bu proteinlerinin birçok farklı fonksiyonları olduğuna işaret etmiştir. miRNA interaksiyon analiz sonuçları, hücre duvarıyla ilişkili miRNA aileleri de (miR156, miR164, miR397, miR528, miR5566 ve miR6230) dahil olmak üzere 107 miRNA'nın, 85 SbWAK/SbWAKL genini hedeflediğini göstermiştir. Yüksek sıcaklık altında genlerin fonksiyonel rollerini anlamak için, 42 °C yüksek sıcaklık koşulları altında 4 saat bekletilen bitkilerde on üç SbWAK/SbWAKL geninin ifade düzeyleri, gerçek zamanlı kantitatif polimeraz reaksiyonu ile analiz edilmiştir. 6 SbWAK/SbWAKL (SbWAK10, SbWAK22, SbWAK23, SbWAK31, SbWAKL12, and SbWAKL63) geninde nispeten yüksek bir transkript artış oranı olduğu belirlenmiştir. Sonuç olarak, cis-etkili elementler, protein-protein ve miRNA etkileşimleri ve yüksek sıcaklıklarda daha yüksek gen ifade seviyeleri, abiyotik ve biyotik stres yanıtında işlevleri olan bazı SbWAK/SbWAKL genlerinin varlığına ve bunların ıslah amacıyla gelecekte gen düzenlemede kullanılabileceğine işaret etmektedir.
Özet (Çeviri)
Sorghum (Sorghum bicolor L. Moench) is the world's fifth most-produced cereal. The wall-associated kinases (WAKs) gene family plays a crucial regulatory role in growth and development in plants, in response to environmental stress and pathogens. This study aimed to characterize the members of the WAK gene family in sorghum using bioinformatics tools and to determine their functional roles under high temperature conditions. In sorghum, 31 WAK and 67 WAK-Like (WAKL) proteins were identified and named as SbWAK/SbWAKL. A total of 98 SbWAK/SbWAKL proteins were classified into six phylogenetic groups. The SbWAKs/SbWAKL genes were unevenly distributed across ten chromosomes, and 33 duplications were observed on nine. The number of amino acids and molecular weight of SbWAKs/SbWAKLs ranged from 496 to 1149 aa and 55.38 to 124.89 kDa, respectively. It was determined that SbWAKL5 and SbWAKL47 proteins were hydrophobic, while other proteins were hydrophilic. Forty-eight SbWAK/SbWAKL proteins were found to be unstable with an instability index value greater than 40. The synteny analyses revealed sixteen SbWAK/SbWAKL genes similar in foxtail millet, thirteen in maize, and seven in the rice genome. Ka/Ks values signify purifying selection and positive selection phenomenon on the genes. Additionally, protein-protein interactions of SbWAK/SbWAKL show that these proteins have many different functions. miRNA interaction analysis results showed that 107 miRNAs, including cell wall-associated miRNA families (miR156, miR164, miR397, miR528, miR5566, and miR6230), targeted 85 SbWAK/SbWAKL genes. To understand the functional roles of 13 SbWAK/SbWAKL genes under high temperature condition (42 °C for 4 h), their expression levels were analyzed by real-time quantitative polymerase reaction. A relatively high transcript increase rate was determined in SbWAK10, SbWAK22, SbWAK23, SbWAK31, SbWAKL12, and SbWAKL63 genes. In conclusion, cis-acting elements, protein-protein and miRNA interactions, and higher gene expression levels at high temperatures may indicate the existence of candidate SbWAKs/SbWAKLs genes with functions in abiotic and biotic stress response and their usage in future gene editing for breeding purposes.
Benzer Tezler
- Recombinant production and characterization of chitinase enzyme from Pseudomonas mandelii KGI_MA19
Pseudomanas mandelii KGI_MA19 organızmasına ait kitinaz enziminin rekombinant üretimi ve karakterizasyonu
EMİNE TUĞÇE SARAÇ CEBECİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEVİN GÜL KARAGÜLER
- Fasulye (Phaseolus vulgaris L.) bitkisinde Whirly ve Arr-B genlerinin genom düzeyinde tanımlanması, karakterizasyonu ve biyotik stres cevabi ile olan ilişkilerinin gen ifadesi düzeyinde belirlenmesi
Genome-wide identification and characterization of whirly and Arr-B genes in common bean (Phaseolus vulgaris L.) and assessment of their possible role in biotic stress response at gene expression level
FATMA ŞEYMA GÖKDEMİR
- Fasulye (Phaseolus vulgaris L.) bitkisinde WOX gen ailesi üyelerinin genom düzeyinde tanımlanması ve tuz stresi sırasında ifade profilleri
Genome-wide identification of WOX gene family members in Phaseolus vulgaris L. and their expression profiling during salt stress
SİMAY EZGİ AKBULUT
- IQD gen ailesinin fasulye bitkisinde (Phaseolus vulgaris L.) biyoinformatik olarak detaylı karakterizasyonu ve abiyotik stresle ilişkisinin mRNA düzeyinde araştırılması
Bioinformatics characterization of IQD gene family in common bean plant (Phaseolus vulgaris L.) in detail and investigation of its relationship with abiotic stress at the mRNA level
TARIK KIRLIOĞLU
- Fasulyedeki (Phaseolus vulgaris L.) küçük ısı şok proteinleri ailesinin (sHSP) genom boyu in silico tanımlanması ve karakterizasyonu
Genome-wide in silico identification and characterization of the small heat shock protein (sHSP) family in common bean (Phaseolus vulgaris L.)
BURCU PERVİN
