Yabani nohut (Cicer reticulatum ve Cicer echinospermum) ve kültür nohut (Cicer arietinum L.) türlerinin tüm kloroplast genom sekanslama yöntemiyle kloroplast DNA dizilerinin karşılaştırılması

Abstract

Nohut dünya üzerinde yetişen en önemli baklagillerden biri olup, çoğu canlı için en temel besin kaynaklarından biridir. Bitkilerde bulunan, fotosentez gibi metabolik olaylardan sorumlu olan kloroplast (cp) organeli, bitki içerisinde çok sayıda kopya bulundurması ve evrimsel süreç boyunca yüksek oranda korunmuş olması sebebiyle hem cp genom mühendisliği çalışmalarında hem de filogenetik araştırmalarda önemli bir bilgi kaynağıdır. Bu çalışmada nohut bitkisinin, kültür türü C. arietinum ve iki yabani türü C. reticulatum ve C. echinospermum bitkilerinin WGS (Whole Genome Sequencing) yöntemiyle cp genom dizileri elde edilmiş ve genomların karşılaştırmalı genomik analizleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan biyoinformatik analizler sonucu Cicer türlerinin cp genom boyutları C. arietinum için 125,319 bp, C. reticulatum için 125.794 bp ve C. echinospermum için 126,713 bp olarak saptanmış ve her bir genomun bir LSC, bir SSC ve bir IR bölgesi bulundurduğu tespit edilmiştir. Bu üç genom kendi içerisinde büyük oranda korunmuş olmasına rağmen, genom içerisinde bazı bölgeler mutasyona uğrayarak farklılaşmıştır. Üç nohut türü için türlerin spesifik olarak cpDNA'sı bazlı ayrımlaşmasının gözlenebileceği potansiyel markör olarak kullanılabilecek genler rps15 (30S ribozomal protein) ve ycf1 (Protein TIC, translokon) olarak tespit edilmiştir. Bu türlerin tüm kloroplast genomu kullanılarak filogenetik ağaç oluşturulmuş ve C. arietinum'un birincil ve ikincil progenitörü olan bu türler çok benzer kloroplast genomlarına sahip oldukları için tek bir kökten çıkan dallanma göstermiştir. Elde edilen bu veriler ekonomik öneme sahip bitkilerin kloroplast mühendisliği kullanılarak geliştirilmesine ve cpDNA baz alınarak, karmaşık taksonomik seviyelerin aydınlatılmasına yardımcı olacaktır.

Chickpea is one of the most important crop in worldwide and one of the main components of the human plant-based dietary due to high protein, carbohydrate, and vitamin content. Chloroplast (cp) organelle is a substantial organelle for plant metabolism mechanisms. In addition, cp genome has a specific genetic system and inherited uniparentaly. Due to having many cp copies in plant cells and highly conservation during the evolutionary processes, it serves essential information in terms of chloroplast genome engineering studies and phylogenetic studies. In this study, cp genomes of three different chickpea species (Cultivated one is C. arietinum, wild ones are C. reticulatum and C. echinospermum) were obtained by Whole Genome Sequencing (WGS) perspective, and comparative genomic analyses was performed. As a result of the downstream bioinformatic analysis, cp genome sizes of Cicer species were determined as 125,319 bp, 125,794 bp and 126,713 bp respectively. Additionally, it was determined that each genome contained an LSC, a SSC and an IR region. Although these three genomes are highly conserved within themselves, some regions have experienced several mutations. Especially, rps15 and ycf1 gene can be used as potential markers for three Cicer chloroplast genomes, A phylogenetic tree was constructed using whole cp genome sequences of different plants from Leguminosae family, and the tree confirmed the topology of Cicer species. These obtained data will help to develop and improved economically important crops using chloroplast engineering and to elucidate complex taxonomic levels using cpDNA genome sequences.