Yabani arpa`da (Hordeum spontaneum) dehidrin3 geninin allelik varyasyonunun incelenmesi

Abstract

Dehidrinler, grup 2 LEA (`Late Embryogenesis Abundant`) proteinleri sınıfındadır ve bitkilerde stres toleransında önemli bir rol oynamaktadırlar. Dehidrin3 (Dhn3) geni, arpa (Hordeum vulgare L.)'da iyi tanımlanmış dehidrin gen ailesinin bir üyesidir ve dehidrasyon stresi ve absisik asit (ABA) uygulamasında anlatımı artmaktadır. Bu gendeki varyasyonların özellikle kuraklığa dayanıklılık mekanizmalarıyla ilişkili olduğu bildirilmiştir. Dhn3 geninin ülkemiz coğrafyasında yaygın bulunan ve yabani arpa olarak bilinen Hordeum spontaneum (C.Koch) Thell'deki varyasyonu ise bilinmemektedir. Bu çalışmada, Türkiye'nin 3 coğrafik bölgesinden toplanmış 21 Hordeum spontaneum aksesyonunda Dhn3 geninin dizi polimorfizmi biyoinformatik araçlar kullanılarak araştırılmıştır. Sonuç olarak gendeki toplam nükleotit polimorfizmi (π) 0.006365'tir. Gen içi bölgelerde en yüksek polimorfizmin intron bölgesinde (π: 0.012474), gen motifleri incelendiğinde ise K1 (π: 0.013545) segmentindedir. H. spontaneum'da dizilenen Dhn3 geni yapı olarak YSK2 tipindedir ve H. vulgare ile benzerdir. Diğer yandan, bazı aksesyonlarda literatürde belirtilen korunmuş Y, S, K dizilimlerinden farklı olarak sinonim olmayan (`non-synonymous`) değişimler saptanmıştır. Çalışmada H. spontaneum Dhn3 genindeki polimorfizm Amerikan Dicktoo ve yerli Tokak arpa varyeteleri ile karşılaştırılmıştır. Buna göre 674 bç'lik gen bölgesinde 31 (Tokak'da 32) tek nükleotit değişimi (SNP) ve bir insersiyon/delesyon (indel) olmak üzere toplam 32 mutasyon vardır. Genin 117. pozisyonunda yer alan 18 baz çiftlik indel 18 yabani arpa hattında bulunurken, 3 hatta bulunmamaktadır. Dicktoo varyetesine göre belirlenen SNP'lerin 21 tanesi ekzon bölgesinde olup, 6'sı sinonim (`synonymous`), 15'i ise sinonim olmayan tipte amino asit değişimlerine yol açmıştır. Çalışmada ayrıca bazı amino asit değişimlerinin polipeptidin hidrofobisitesinde değişimlere yol açtığı belirlenmiştir. SNP temelli filogenetik ilişki analizinde, batı bölgesinden toplanan iki aksesyon küme oluştururken, doğu orijinli aksesyonlar heterojen bir kümelenme göstermiştir.

Dehydrins are classified in group 2 LEA (Late Embryogenesis Abundant) proteins and play an important role in plant stress tolerance. Dehydrin3 (Dhn3) gene is one of the members of well described dehydrin gene family in barley (Hordeum vulgare L.) and its expression is increased by dehydration stress and abscisic acid (ABA) applications. It has been reported that variations observed in this gene are related particularly with the drought stress tolerance mechanisms. However, Dhn3 gene variation in Hordeum spontaneum (C.Koch) Thell which is widely distributed in Turkey and commonly known as wild barley is unknown. In this study, Dhn3 gene sequence polymorphism was investigated by using bioinformatic tools in 21 Hordeum spontaneum accession collected from 3 different geographic regions of Turkey. As a result, the total nucleotide polymorphism (π) in Dhn3 gene is 0.006365. When intragenic regions were analyzed, introns have been detected to have the highest polymorphism rate (π: 0.012474), while in the gene motifs, K1 (π: 0.013545) segment has the highest polymorphism. The sequenced Dhn3 gene in H. spontaneum is YSK2 type and similar to H. vulgare. On the other hand, in some accessions non-synonymous changes were detected that were different from the conserved Y, S, K segments reported in the literature.Polymorphisms in H. spontaneum Dhn3 gene were compared to American Dicktoo and native Tokak varieties in the study. As a result, a total of 32 polymorphisms were arised from 31 single nucleotide polymorphisms (SNP) (32 in Tokak) and one insertion/deletion (indel) mutation in the 674 bp long gene region. An 18 base pair indel at the 117th position of the gene was found in 18 wild barley accessions but was absent in 3 accessions. Compared to Dicktoo, 21 of identified SNPs exist in the exon, in which these 6 of caused synonymous changes while 15 of them have led to non-synonymous changes in amino acid sequences. In the study, it was also determined that some amino acid variations led to changes in polypeptide hydrophobicity. According to the SNP-based analysis on phylogenetic relationships, two accessions collected from the western region formed a cluster while eastern originated accessions showed an heterogeneous cluster.