LEA (Late embryogenesıs abundant) genlerinin kavun (Cucumis melo L.) ve karpuz (Citrullus lanatus) türlerinde tanımlanması, biyoinformatik analizleri ve kuraklık stresi altında gen ifade analizlerinin incelenmesi

Abstract

LEA genleri çeşitli stres faktörlerine karşı önemli fonksiyonlara sahip olan geç yanıt veren genlerdir. Kavun ve karpuz genomları yayınlanmış olmasına rağmen LEA gen ailesi ile ilgili çalışmalar yok denecek kadar azdır. Bu çalışmada kavun ve karpuz türlerindeki LEA gen ailesi üyeleri biyoinformatik programlarla kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Kavunda 61, karpuzda ise 73 LEA geni tanımlanmıştır. En yüksek ortolog gen oranları kavun ile soya arasında %63, karpuz ile kavak arasında %71 ilişki saptanmıştır. Diğer türlerdeki LEA genleriyle segmental ve tandem duplikasyonlar belirlenmiştir. İki tür için korunmuş miRNA'lar in silico olarak analiz edilmiştir. Kavunda 21 farklı miRNA'nın 21 CmLEA geni; karpuzda ise 22 farklı miRNA tarafından 21 ClLEA geninin hedeflendiği görülmüştür. İki türün SRA veritabanından transkriptom analizi yapılmıştır. Kavunun farklı çeşitlerinde tuz stresi altında CmLEA genlerinin ifadesinin çoğunlukla arttığı gözlenmiştir. ClLEA genlerinin ifade seviyesinin floem dokudakilerin vasküler dokulardakine göre arttığı tespit edilmiştir. Ayrıca bu çalışmada kuraklık stresi altında LEA gen ailesi üyeleri olan kavunda CmLEA 42, CmLEA 43; karpuzda ise ClLEA 46, ClLEA 48'in gen ifade seviyesi Real Time PZR analizi ile incelenmiştir. İki bitki türünde kuraklık stresi altında yaprak ve köklerden 0., 3., 12. ve 24. saatte örnekleme yapılmıştır. Eş zamanlı PZR sonuçlarına göre yaklaşık olarak kavunda CmLEA 42 geni yaprakta 24. saatte 4 kat; kökte 3. saatte 1,5 kat; CmLEA 43 geni 24. saatte yaprakta 2,5 kat, kökte 24. saatte 3 kat gen ifadesi artmıştır. Karpuzda ise ClLEA 46 geni yaprakta 3. saate 2,5 kat, kökte 12. saatte 1,2 kat; ClLEA 48'de ise yaprakta 3. saatte 1,2 kat, kökte 3. ve 24. satte 1,5 kat bir artış göstermektedir. Çalışmamız LEA genlerinin, kavun ve karpuzda kuraklığa yanıt mekanizmasının açığa çıkarılmasında öncü bir çalışma olabileceği gibi gelecekteki çalışmalara da farklı bir perspektif oluşturabilir.

LEAs which are late responsive genes, have important functions in response to various stress factors. Although genomes of melon and watermelon have been published, there is a little information about LEA gene family in these species. LEA gene family members in melon and watermelon species were examined in a comprehensive manner with bioinformatics tools. A total of 61 and 73 LEA genes have been identified in melon and watermelon, respectively. The highest orthologous genes rates were observed with melon and soybean (%63); watermelon and poplar (71%). The highest orthologous genes rates were observed with melon and soybean (%63); watermelon and poplar (71%). In silico conserved miRNAs analysis was preformed for two species. It was shown that 21 different CmLEA and ClLEA genes were targeted with 21 and 22 different miRNAs, respectively. Two species of transcriptome analysis was made from SRA databases. When compared to different melon varieties under salt stress condition, gene expression of CmLEA genes were generally up-regulated. Gene expression of ClLEA genes were significantly increased in phloem tissue rather than vascular tissue. Furthermore, gene expression levels of LEA gene family members including CmLEA 42, CmLEA 43 in melon and ClLEA 46, ClLEA 48 in watermelon were examined by Real Time PCR. Leaves and roots from two plant species under drought stress at 0, 3, 12 and 24 hours were sampled. Expression level of CmLEA 42 gene increased to 4 folds in the leaves (24th hours) and 1,5 folds in the roots (3rd hours). CmLEA 43 gene expression raised to 2,5 folds at 24th hours in leaves and 3 folds at 24th hours in roots. In watermelon, ClLEA 46 gene expression increased to 2,5 folds in the leaves (3rd hours) and 1,2 folds in the roots (12th hours). ClLEA 48 gene expression raised to 1,2 folds at 3rd hours in leaves and 1,5 folds at 24th hours in roots. This research may be a pioneer work for uncovering of drought- response mechanism in melons and watermelons and may provide a different perspective for the future studies.