Functional study of common bean isoliquiritigenin 2`-O- methyltransferase gene under salt stress

Abstract

Ekilebilir alanlarda tuz oranlarının artışı yıllardır tarımın gelişmesinin önündeki en büyük sorunlardan biri olmuştur. Dünyadaki tarım alanlarının yüzde 20'si tuz stresi altındadır ve bu miktarın gelecekte artması üretim miktarlarında daha fazla düşüşe neden olacaktır. Baklagiller familyasının bir üyesi olan fasulye bitkisi dünyada besinsel ve tarımsal değerleriyle öne çıkmaktadır ve tuza karşı duyarlılık göstermektedir. Bu yüzden fasulye bitkisinin tuz koşullarında verdiği tepki mekanizmalarının anlaşılması, dayanıklı çeşitlerin geliştirilmesi için bir gereklilik olmuştur. Fasulye bitkisinin tuz stresi altındaki transkriptom analizi strese dayanıklılıkta ikincil bitki metabolizmasının önemini göstermiştir. Transkriptom verisinin biyoinformatik analizi tuzlulukta etkin olan bir çok geni ortaya çıkarmıştır. Tuza dayanıklı bir fasulye çeşidi olan İspir'in transkriptomundaki tuz tarafından indüklenen genlerin in siliko analizi, bitki ikincil metabolizmasının bir parçası olan, isoliquiritigenin 2'-O-methyltransferase (ChOMT) adlı genin tuza dayanıklılık tepkilerinde önemli bir yeri olabileceğini göstermiştir. Bu genin Arabidopsis bitkisinde anlatımının arttırılması transgenik bitkilerde muhtemel olarak (i) organik çözünen miktarının artması ve kök yapısının değişmesine neden olarak ozmotik stressin etkilerini kompanse etmiş ve bitkinin suya ulaşımı kolaylaştırarak biyokütle korunumunu sağlamış ve de (ii) tohum bütünlüğünü koruyarak çimlenme oranını arttırmıştır. Sonuçlar ChOMT geninin tuza dayanıklı tahıllar geliştirilebilmek için önemli bir aday gen olabileceğini ortaya koymuştur.

Soil salinity has been one of the major problems in agriculture for many years. Nearly 20% of all cultivated land and half of irrigated land of world soil are saline and these levels are expected to rise in the future which will result in further crop yield reduction. Phaseolus vulgaris L. (common bean) is a legume crop with great value in the world with its nutritional and agricultural features, yet it is fairly susceptible to salt stress. Thus to understand the underlying mechanism of salt stress tolerance in plants become a necessity to eventually develop salt tolerant varieties. Our previous studies on transcriptome analysis of common bean under salt stress has revealed a major differential expression in transcripts of secondary metabolism which undoubtedly plays role in both biotic and abiotic stress responses. Further bioinformatics analysis on the transcriptome data has pointed out many salt responsive genes. A secondary metabolism gene, Isoliquiritigenin 2'-O-methyltransferase (ChOMT) has emerged as a prominent gene in salt-tolerance responses from the in silico analysis of salt induced transcripts in a salt-tolerant common bean variety. Overexpression of common bean ChOMT gene in Arabidopsis thaliana model enhanced salt tolerance of transgenic plants possibly by creating an impact on (i) accumulation of organic solute content and architectural change in root tissues to compensate adverse effect of osmotic stress and increase in the chance to absorb and conduct water to ensure biomass, and (ii) protection of seed integrity via increase in the viability and vigor of seeds.