Fasulye'de DGK (Diacylglycerol kinaz) genlerinin genom düzeyinde tanımlanması ve gen ifade düzeylerinin abiyotik stres faktörleri ile ilişkisi

Abstract

Diaçilgliserol kinazlar (DGKs), diaçilgliserolü fosfatidik aside dönüştürerek bitkilerde abiyotik ve biyotik stres tepkilerinde önemli rol oynayan bir enzimdir. Fasulye genom dizisi tanımlanmış olmasına rağmen, DGK genlerinin karakterizasyonu ve abiyotik stres faktörlerindeki ifade düzeyleri ile ilgili bir çalışmanın literatürde bulunmadığı belirlenmiştir. Bu çalışmada, fasulye genomundaki DGK gen ailesinin genom çapında analizi, tuz stresi altındaki ifade profilleri, yerel fasulye genotiplerinin soğuk stresine karşı fenotiplenmesi ve fenotipleme sonucu belirlenen genotiplerde DGK genlerinin soğuk stresindeki ifade düzeylerinin tespiti gerçekleştirilmiştir. Çalışmada, protein uzunlukları ve moleküler ağırlıkları sırasıyla 423 ile 727 amino asit (aa) ve 47,31 ile 81,09 kDa arasında değişen korunmuş katalitik alanlar içeren 6 DGK geni (PvDGK1;2;3;5a;5b;6) tanımlanmıştır. Filogenetik analiz sonucunda küme I'de 2, küme II'de 1 ve küme III'de de 3 PvDGK geni gruplanmıştır. qRT-PCR analizi, normal koşullarda kök, gövde, yaprak, çiçek ve bakla dokusunda, tuz stresi altında (150 mM) kök ve yaprak dokusunda (0, 6, 12 ve 24. saat), soğuk stresinde (4 ºC) de yaprak dokusunda (0, 6, 12 ve 24. saat) gerçekleştirilmiştir. Yerel fasulye genotiplerinin soğuk stresine (0 ºC ve 5 ºC) karşı fenotiplenmesinde, Fv/Fm, PIabs, SPAD, NES, L, a, b, chroma, Hue ve görsel değerlendirme kriterleri kullanılmıştır. Genotipler arasında soğuk stresi bakımından önemli varyasyonların olduğu belirlenmiş, en hassas ve en toleranslı 3 fasulye genotipi gen ekspresyon çalışmasına dahil edilmiştir. Çalışma ile fasulyedeki DGK gen ailesinin ilk kez karakterizasyonunu gerçekleştirilmiş ve abiyotik stres tepkisindeki önemi ortaya konulmuştur. Elde edilen bulguların, soğuk stresi ile ilgili yürütülecek ıslah çalışmalarına, DGK gen ailesinin anlaşılması ve fonksiyonel karakterizasyonu üzerine gelecekte yürütülecek araştırmalara yardımcı olacağı düşünülmektedir.

Diacylglycerol kinases (DGKs) are enzymes that play an important role in abiotic and biotic stress responses in plants by converting diacylglycerol to phosphatidic acid. Although the genome sequence was determined in common bean, it was determined that there is no study in the literature about the characterization of DGK genes and their expression levels in abiotic stress factors. In this study, genome-wide analysis of DGK gene family in common bean genome, expression profiles under salt stress, phenotyping of local common bean genotypes against cold stress, and expression levels of DGK genes under cold stress in genotypes determined by phenotyping were performed. The 6 DGK genes (PvDGK1;2;3;5a;5b;6) containing conserved catalytic domains with protein lengths and molecular weights ranging from 423 to 727 amino acids (aa) and 47,31 to 81,09 kDa were identified, respectively. Phylogenetic analyses grouped PvDGK genes into three clusters; cluster I, cluster II, and cluster III which had two, one, and three genes, respectively. qRT-PCR analysis was performed in root, stem, leaf, flower and pod tissues under non-stress conditions, in root and leaf tissue (0, 6, 12 and 24 hours) under salt stress condition (150 mM), and in leaf tissue (0, 6, 12 and 24 hours) under cold stress condition (4 ºC). Fv/Fm, PIabs, SPAD, NES, L, a, b, chroma, Hue and visual evaluation criteria were used for phenotyping local common bean genotypes against cold stresses (0 ºC and 5 ºC). It was determined that there were significant variations in cold stress among the genotypes, and the 3 most sensitive and most tolerant common bean genotypes were included in the gene expression study. The characterization of the DGK gene family in common bean was performed for the first time and its importance in the abiotic stress response was revealed. The obtained findings herein will guide future studies on the understanding and functional characterization of the DGK gene family and the breeding studies to be carried out on cold stress near future.