Haşhaş (Papaver somniferum L.)`da tebain üretim mekanizmasının yeni nesil dizileme sistemi ile transkriptom düzeyinde incelenmesi

Abstract

Tebain biyosentezi oldukça karmaşık bir üretim şemasına sahip olup haşhaşta yaklaşık olarak %0,1-2 civarında tebain bulunmaktadır. Son yıllarda çok yaygın olarak kullanılan çeşitli analjeziklerin hammaddesi olmasından dolayı tebain üretiminin arttırılması önem taşımaktadır. Bu çalışmada, fungal bir elisitör olan Metil Jasmonat (MeJA)'nın tebaince zengin haşhaş kapsül dokusuna uygulandıktan sonra ToF-LC/MS (Time of Flight Liquid Chromatography-Mass Spectrometry) ile yapılan alkaloit ölçümleri sonucunda başta tebain olmak üzere birçok alkaloit miktarının indüklenme sonucu arttığı saptanmıştır. MeJA uygulaması sonucunda kapsül dokusunda meydana gelen transkriptom düzeyindeki farklılıklar Roche 454-GS FLX+ platformu kullanılarak belirlenmiştir. Yüksek verimli dizileme sonucunda ortalama uzunlukları 461 baz çift olarak toplama 36.640.814 baz okuma belirlenmiştir. Okumaların, iAssembler yazılımı ile de novo birleştirme sonucunda 3371 unigene tespit edilmiştir. Transkriptlere ait gen ontolojilerinin (GO) biyoenformatik analizleri sonucunda, metallokarboksipeptidaz inhibitörü, dehidrin, hücre duvarı bağlantılı hidrolaz gibi çeşitli biyotik stres koşullarına dirençlilik mekanizmalarında rol alan genler bulunmuş ve haşhaşta alkaloit üretimiyle bağlantılı olduğu ortaya çıkarılmıştır. Bununla birlikte BIA biyosentezi indüklenmiş haşhaş kapsülünde sekonder metabolit sentezi ile ilişkili, LBD, bZIP, MYB, Zinc Finger Protein 622, WRKY, bHLH Transkripsiyon faktörleri (TF) bulunmuştur. Ayrıca tebain sentezinde rol aldığı düşünülen mikroRNA'lar, Transposable Elementler (TE) ve genik-SSR (Simple Sequence Repeat) gibi moleküler elementler belirlenerek tebain biyosentezi ile ilişkilendirilmiştir. Ayrıca bazı genlerin ifade seviyeleri eş zamanlı PZR (qRT- PCR) analizi ile ölçülmüş ve bu genlerin MeJA muamelesi ile indüklendikleri belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Haşhaş, tebain, transkriptom, Roche GS 454 FLX+

Thebain biosynthesis has a highly complex production scheme and in opium is around 0.1-0.2% thebain. To increase of thebain production is critically important due to its use in various analgesics that are widely used recently. In this study; the evaluation of ToF-LC/MS (Time of Flight Liquid Chromatography-Mass Spectrometry) resulted that after application of MeJA (Methyl Jasmonate)– a fungal elicitor- on capsule tissue, an increase biosynthesis of at first thebain and many alkaloids were observed Transcriptomic differences in thebain-rich kind opium whose BIA biosynthesis was induced by MeJA treatment were identified by using Roche 454-GS FLX+ platform. As a result of high throughput sequencing 36.640.814 base reads were obtained. The average length of reads were 461 base pair. The de novo assembly analysis via iAssembler software resulted 3371 unigene. Gene ontology (GO) of transcripts were analysed via bioinformatics and revealed that genes taking role in resistance against biotic and abiotic stress such as; dehydrin, metallocarboxypeptidase inhibitor, cell wall connected hydrolase, are in association with alkaloid production in opium. Along with this, in 6USS and 9USS opium capsules that were induced by BIA biosynthesis, transcription factors (TF) like LBD, bZIP, MYB, Zinc Finger Protein 622, WRKY, bHLH that are related with metabolite synthesis were found. In addition, miRNAs, Transposable Elements (TE), genic-SSR (Simple Sequence Repeat) which are thought to be involved in thebain synthesis defined and they were associated with thebain biosynthesis. Besides, the expressions of some genes were analysed via Real Time PCR (qRT-PCR) and it was revealed that these genes were induced with MeJA treatment.Keywords: Poppy, thebaine, transcriptome, Roche GS 454 FLX