Isı şoku protein (HSP) ailesi üyelerinin karpuz bitkisinde tespiti, karakterizasyonu ve kuraklık ile sıcaklık streslerinde gen ifade analizleri

Abstract

Isı şoku (Hsp) genleri, canlılar için hayati öneme sahip genlerdir. Bu gen ailesi altı sınıfa ayrılır ve tüm canlılarda bulunur. Bu çalışmada karpuz bitkisindeki Hsp gen aileleri biyoinformatik analizler ile belirlenmiş ve incelenmiştir. Bunun yanı sıra genlerin deneysel olarak da kombine kuraklık ve sıcaklık stresleri altındaki ifade profilleri incelenerek biyoinformatik analizler ile elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Karpuz genomunda sHsp ailesine ait 39 gen, Hsp40 ailesine ait 101 gen, Hsp60 ailesine ait 23 gen, Hsp70 ailesine ait 12 gen, Hsp90 ailesine ait 6 gen ve Hsp100 ailesine ait 102 gen bulunmuştur. Bu proteinlere ait elde edilen filogenetik ağaçlarda aynı sınıfta yer alan proteinlerin motif kalıplarının benzer olduğu görülmüştür. Bu genlere ait proteinlerin tahmini üç boyutlu yapıları incelendiğinde hemen hemen tüm ailelerde α-sarmal yapının hakim olduğu belirlenmiştir. Gen ontoloji analizlerinde moleküler fonksiyonlarının çoğunlukla bağlanma olduğu gözlenmiştir. Kombine stres koşulları altında gen ifade seviyelerine gerçek zamanlı PZR ile bakıldığında ise tüm doku örneklerinde (kök, gövde, yaprak, sürgün) çalışılan genlerde genellikle 30. dakikada belirgin olarak bir artış tespit edilmiştir. Bu çalışma, karpuz Hsp'leri için geniş bir bilgi sunmaktadır ve Hsp genleri ile kombine stres arasındaki ilişkiler hakkında bilgi birikimimizi arttırabilir. Sonuç olarak, elde edilen veriler ile çalışmanın daha da ileriki adımlara taşınabileceği ve karpuz yetiştiriciliği için yararlı olabileceği düşünülmektedir.

Heat shock (Hsp) genes have vital importance for organisms. This gene family is divided into six classes and found in all living organisms. In this study, Hsp gene families in watermelon were identified and studied by bioinformatics analysis. Besides, expression profiles of genes under combined drought and heat stress conditions were experimentally analyzed and the results were compared by bioinformatics analyzes. In watermelon genome, 39 gene belonging to sHsp family, 101 gene belonging to Hsp40 family, 23 gene belonging to Hsp60 family, 12 gene belonging to Hsp70 family, 6 gene belonging to Hsp90 family and 102 gene belonging to Hsp100 family were found. It is also seen that the proteins in the same clade in the constructed phylogenetic trees had similar motif patterns. When the estimated three-dimensional structures of proteins belonging to these genes are examined, it has been determined that α-helical structure was dominant in almost all families. In gene ontology analysis, it has been observed that molecular functions of those proteins were mostly by binding. A significant increase was detected usually at 30 minutes in almost all samples (root, stem, leaf, shoot) for studied gene families when real time-PCR was used to assess the gene expression levels under combined stress conditions. This study provides an extensive information for watermelon Hsps and can enhance our knowledge about the relationships between Hsp genes and combined stresses. Consequently, it is thought that this study can be carried forward to further steps and can be beneficial for watermelon breeding.