Morfin içeriği indüklenmiş haşhaş (Papaver somniferum L.) bitkisinde genom düzeyinde transkriptom analizi

Abstract

Farmasötik özelliklere sahip morfin, kodein gibi benzilizokinolin alkaloitlerini (BIA) üretebilen haşhaş, (Papaver somniferum L.) ekonomik ve tıbbi öneme sahip bir bitkidir. Mikroarray analizleri, bir doku veya canlıdaki belirli bir zamanda dışarıdan gelen uyarılara karşı sentezlenen mRNA'ların tümünü oluşturan transkriptomun belirlenmesine olanak sağlayan bir teknolojidir. Bu tez çalışmasında, haşhaş bitkisi Ofis 95'e fungal bir elisitör olan metil jasmonat (MeJa) uygulanması yapılarak 0, 3, 6 ve 12. saatlerde bitkilerin kapsül, yaprak, gövde ve kökleri hasat edilmiştir. Kontrol ve MeJa uygulaması yapılmış bitkilerin kapsül dokusundan morfin, kodein, tebain, noskapin, laudanozin ve papaverin alkaloitlerinin miktarları analiz edilmiştir. Metabolit profillerinde tebain dışındaki tüm alkaloitler 0. saatte en yüksek seviyesine ulaşmıştır. Morfin ve noskapin miktarlarının tüm zaman dilimlerinde diğer alkaloitlere göre daha yüksek olduğu belirlenirken eser miktarda papaverine rastlanmıştır. Transkriotomik seviyede değişiklikleri belirlemek amacıyla ise Papaver somniferum bitkisine ait 23 902 transkripte karşılık gen 95 608 prob kullanılarak kontrol, 0, 3 ve 12. saatlere ait 12K mikroarray analizleri yapılmıştır. Mikroarray analizleri sonucuna göre oluşturulan 6 farklı zaman diliminde, 12?0 saatleri arasında ifadesi değişen transkript sayısı en fazla iken 0. saat?kontrol arasında en az olarak belirlenmiştir. Kontroller kendi aralarında karşılaştırıldığında 14 transkriptin ortak olduğu ve tümünün ifade seviyesinin düştüğü gözlenmiştir. Gen ontoloji analizleri sonucunda; uyarılara cevap, stres cevabı, iyon bağlayıcı, oksidoredüktaz ve transferaz aktiviteleri ile ilişkili transkriptlerin daha fazla sayıda olduğu belirlenmiştir. BIA biyosentez yolunda; NCS, CNMT, SalR, OMT, COR, CAS, CheSyn, StySyn enzimlerine ait transkriptlerde ifade değişimleri belirlenmiştir.Anahtar Kelimeler: Benzilizokinolin alkaloit biyosentezi, Haşhaş, Mikroarray, Norkoklaurin sentaz, Patojen stresi, Transkriptom analizi

Opium poppy ( Papaver somniferum L.) is a medically and economically important plant since it produces BIA alkaloids. Microarray analysis is a technology that allows the detection of the whole mRNA sytnhesized after external stimuli in a given tissue or organism and in a given time. In this study, Ofis 95 variety is treated with fungal elicitor methyl jasmonate (MeJa) and capsule, leaf, stem and roots were harvested after 0, 3, 6 and 12 hours from treated and control plants. The amounts of morphine, codeine, thebaine, noscapine, laudanosine and papaverine alkaloids in capsule of control and treated plants were analyzed. In metabolite profiles, all the alkaloids except thebaine reached highest levels in 0 hour. While the morphine and noscapine levels were more abundant in all time points, papaverin was rarely found. To compare large-scale mRNA expression patterns in opium poppy, specific 95 608 probes corresponding to 23 902 transcripts were designed and 12K microarray analysis performed for 0, 3 and 12 hours. According to six different time periods that were obtained as a result of microarray, the number of altered transcripts was the most between 12?0 hours while the least was between 0 hour-control. Controls shared 14 common negatively regulated transcripts. As a result of gene ontology analysis, it was detected that response to stimulus and stress, ion-binding, oxidoreductase and transferase related transcripts were most abundant. In BIA biosynthesis pathway, the altered transcripts corresponding to NCS, CNMT, SalR, OMT, COR, CAS, CheSyn, StySyn enzymes were significant according to microarray data.Keywords: Benzylisoquinoline alkaloid biosynthesis, Opium poppy, Microarray, Norcoclaurine synthase, Pathogen stress, Transcriptome analysis