LEA (Late embryogenesis abundant) genlerinin salatalık (Cucumis sativus L.) genomunda belirlenmesi, biyoinformatik analizleri ve kuraklık stresi altında gen ifade profillerinin çıkarılması

Abstract

LEA proteinleri (late embryogenesis abundant) ilk olarak tohumlarda keşfedilmiş ve daha sonra farklı bitki türlerinin vejatatif dokularında belirlenmiştir. Salatalık bitkisinde genom seviyesinde farklı gen aileleri belirlenmiş olsa da, LEA genlerinin belirlenmesine yönelik böyle bir çalışma şu ana kadar yapılmamıştır. Salatalık genomunda toplam 79 LEA geni belirlenerek salatalık kromozomlarına yerleştirilmiştir. Genler kromozomlar üzerindeki yerleşimlerine göre CsLEA-01' den CsLEA-79' a kadar isimlendirilmiştir. Salatalıkta 44 adet CsLEA geninin intron içermediği saptanmıştır. Filogenetik olarak, CsLEA genleri 7 sınıfa ayrılmıştır. CsLEA genlerine ait en fazla tandem duplikasyon olayı 3 numaralı kromozom üzerinde olup, CsLEA genlerinin yaklaşık %70'inde bu olay gözlemlenmiştir. CsLEA genlerinin maksimum ortolog ilişkisinin %81 ile kavak genomunda bulunan LEA genleri ile olduğu belirlenmiştir. Mikro-RNA (miRNA) analizine göre, 37 adet CsLEA geni farklı miRNA' lar tarafından hedeflenmiş olup, özellikle mir854 ve mir414 en fazla belirlenen miRNA' lardır. RNA-seq verisi, salatalığın farklı dokularındaki CsLEA gen ifade analizleri için kullanılmıştır. Ayrıca, kuraklık stresi uygulanmış salatalık kök ve yaprak dokularında 10 adet CsLEA geninin ifade değişiklikleri Eş Zamanlı PZR ile incelenmiştir. Bunların arasında, CsLEA-54 geni hem yaprak hem de kök dokusunda stres uygulamasından sonra uyarılmıştır. CsLEA09, CsLEA-32, CsLEA-57 genleri ise kuraklık stresinin 3. saatinin sonunda cevap oluşturmuş ve bu genlerin su kıtlığı durumunda erken cevap oluşturabileceği düşünülebilir. Çalışmamızın CsLEA genlerinin, salatalıkta kuraklık tolerans mekanizmasını anlamamıza yardımcı olacağı ve yeni çalışmalara farklı bir bakış açısı oluşturacağı düşünülmektedir.

LEA (late embryogenesis abundant) proteins are firstly discovered in seeds and then identified in vegetative tissues of different plant species. Although genome wide studies of different gene family members have been performed in cucumber, there is no such a study for LEA genes. We have identified 79 LEA genes in the cucumber genome and they were located in cucumber chromosomes. Based on gene locations on chromosomes, CsLEA genes have been named as CsLEA-01 to CsLEA-79. It was found that 44 CsLEA genes contain no introns. Based on phylogenetic analysis, CsLEA genes could be classified into 7 groups. The most abundant tandem duplication ratio was observed in chromosome 3 and this event was observed about %70 of total CsLEA genes. The maximum orthologous relationship of CsLEA genes was determined with LEA genes found in the poplar genome with 81% ratio. The in silico micro-RNA (miRNA) target analyses indicated that 37 CsLEA genes were targeted by different miRNAs, especially mir854 and mir414 are the most abundant identified ones. Public available RNA-seq data were analyzed for expression analysis of CsLEA genes in different tissues of cucumber. The expression profiles of 10 CsLEA genes in the root and leaf tissues of drought-stressed cucumber were examined using qRT-PCR. Among them, CsLEA-54 induced after stress application in leaf and root tissues. CsLEA-09, CsLEA-32 and CsLEA-57 genes responded to drought after 3 h later and might be considered as early response genes to water limitation. It is thought that this research could help us to understanding of contribution of CsLEAs to drought tolerance mechanisms in cucumber and to create different insights for new studies.