Identification and characterization of boron tolerant genes in Hordeum vulgare (barley) by using mRNA differential display and RT-PCR techniques

Abstract

Bor, bitkilerin gelimesinde rol oynayan bir mikroelementtir. Ancak fazlamiktardaki bor bitkiler için toksiktir. Türkiye, dünyada en fazla bor rezervine sahipikinci ülkedir ve bu yüzden bor tarımda Türkiye için ciddi bir problemdir. Arpa(Hordeum vulgare), Türkiye'de budaydan sonra en çok üretilen tahıldır. Arpa insanbeslenmesinde, hayvan yemciliinde ve bira sanayinde de kullanıldıı için ekonomikdeeri yüksek bir tarım ürünüdür. Türkiye'de 10 farklı arpa çeidi vardır ve bunlar bortoksisitesine karı farklı genetik varyasyonlar gösterir. Bu çalımada Hamidiye (borakarı dirençsiz) ve Anadolu (bora karı dirençli) çeitleri kullanılmıtır. ki çeitarasındaki genetik farklılıı ortaya çıkarmak için mRNA Farklılık Gösterim tekniikullanılmıtır. Hem mRNA Farklılık Gösterim teknii ile bulunan sekanslar hem debilinen bazı antiporter sekanslar RT-PZR ile de çalıılmıtır. Bu deneylerde kullanılankök ve yaprak örnekleri, laboratuar koullarında borlu ve borsuz ortamda yetitirilenHamidiye ve Anadolu çeitlerinden farklı zamanlarda toplanmıtır. mRNA FarklılıkGösterim teknii ile farklı eksprese olan 8 gen tespit edilmitir. Sekans analizisonucunda bu genlerin Arabidopsis thaliana'nadaki bir ökaryotik translasyon balatıcıproteinine, Triticum aestivum'daki bir klorofil a/b balayıcı protein öncüsüne, Oryzasativa'daki bir elongasyon faktörüne, Arabidopsis thaliana'daki bir kısa-zincirdehidrogenaz/redüktaz ailesi proteinine, Triticum aestivum'daki bir tioredoksin hizoformuna, Triticum aestivum'daki bir shaggy benzeri kinaz proteinine, Hordeumvulgare'deki kloroplast genomuna ve Arabidopsis thaliana'daki bir hipotetik proteinehomoloji gösterdii bulunmutur. Ayrıca, RT-PZR ile 43 antiporter geninden 6'sınınAnadolu ve Hamidiye çeitleri arasında farklı düzeylerde eksprese olduklarıgösterilmitir.

Boron, is a microelement that plays a role in plant development. In contrast,excess amount of boron is toxic for plants. Turkey is the second country that has thelargest boron reserve in the world, thus boron is one of the major problems inagriculture in Turkey. Barley (Hordeum vulgare) is the second widely produced cerealafter wheat. Because barley is used in human diet, animal feeding and beer industry it isan economically valuable crop. There are ten different barley varieties in Turkey andthese varieties show different genetic variations against boron toxicity. In this study,Hamidiye (boron sensitive) and Anadolu (boron tolerant) varieties were used to identifygenes responsible for boron tolerance. RT-PCR and mRNA Differential Displaytechniques were used from root and leaf samples of Hamidiye and Anadolu varietiesgrown in laboratory with or without boron conditions. Eight differentially expressedgenes identified by using mRNA Differential Display technique. Sequence of these genesgave homology to an eukaryotic translation initiation factor in Arabidopsis thaliana, achlorophyll a/b binding protein precursor in Triticum aestivum, an elongation factor inOryza sativa, short-chain dehydrogenase/reductase family protein in Arabidopsisthaliana, a thioredoxin h isoform in Triticum aestivum, a shaggy-like kinase protein inTriticum aestivum, chloroplast genome in Hordeum vulgare, a hypothetical protein inArabidopsis thaliana. Expression level of six of forty three antiporter genes showeddifferences between Anadolu and Hamidiye cultivars in Real Time PCR.