Investigation of the effects of long non-coding RNAs under drought stress on tomato (Solanum lycopersicum)

Abstract

Uzun kodlamayan RNA'lar (lncRNA'lar), bitki gelişimi, büyüme ve kuraklık gibi çevresel streslere yanıt verme gibi biyolojik işlevlerin gerçekleştirilmesinde önemli bir rol oynar. Domates bitkisi ekonomik olarak önemlidir ve A ve C vitaminleri bakımından zengindir. Dünyada yaygın olarak tüketilen domates (Solanum Lycopersicum), stres mekanizmalarını anlamak için iyi bir organizmadır. Genomu tamamen dizilenmiştir ve hem büyüme hem de meyve üretimi açısından fizyolojik olarak iyi karakterize edilmiş bir bitkidir. Bununla birlikte, meyve olgunlaşma sırasında lncRNA'larla ilgili çalışmalar yapılmış olmasına rağmen, büyüme ve stres koşulları sırasında protein kodlamayan RNA'lar hakkında çok az şey bilinmektedir. Bu araştırma, domates bitkisine kuraklık stresi uygulamasından sonra NGS yöntemiyle analiz için tüm transkriptomu dizileyerek uzun kodlamayan RNA'ları belirlemeyi amaçlamaktadır. Bu araştırmada Falcon ve SC2121 domates türleri seçilmiştir.. Bu çalışmada lncRNA'ların kuraklık stresi altındaki etkileri moleküler ve fizyolojik deneyler uygulanarak değerlendirilmiştir. Kuraklık stresinin iki farklı domates çeşidi üzerindeki etkilerini belirlemek için sürgün, kök uzunlukları, su içeriği, çözünür protein içeriği ve malondialdehit analizleri ölçülmüştür. Kuraklığın neden olduğu lncRNA'ların işlevi, karşılaştırmalı transkriptomik analizlerle tanımlandı ve ardından varsayılan kuraklık stresinin neden olduğu lncRNA'ların işlevlerinin rolleri, genom çapında seviyelerde analiz edildi. Yüksek verimli NG dizilemesi ile Falcon ve SC2121 türlerinde, 269 varsayılan lncRNA tanımlandı. Bunlardan, 124 yukarı ve 145 aşağı regüle lncRNA tespit edildi. Elde edilen veriler sonucunda kuraklık stresine tepki mekanizmasını etkileyen lncRNA'lar belirlenmiş olup, ürün verimini arttırmak için yeni yöntemler oluşturulacaktır. Bu çalışmadan elde edilen bilgiler, lncRNA'ların kuraklık stresindeki rollerini anlamamıza ve gelecekte toleranslı sebzelerin yetiştirilmesinde yardımcı olabilir.

Long non-coding RNAs (lncRNAs) are essential in realizing biological functions like responding to environmental stresses; these functions include plant development, growth, and drought. Tomatoes are economically significant and are rich in vitamins A and C. The tomato (Solanum Lycopersicum), widely consumed globally, is a suitable organism for understanding stress mechanisms. Its genome has been fully sequenced, and it is a physiologically well-characterized plant, both from growth and fruit production aspects. However, although studies have been performed regarding lncRNAs during ripening, little is known about non-protein-coding RNAs during growth and stress conditions. This research aims to determine the long non-coding RNAs by sequencing the whole transcriptome for analysis with the NGS method at the conclusion of the drought stress application to the tomato plant. In this research, Falcon and SC2121 tomato cultivars were selected.The putative roles of the lncRNAs under drought stress were evaluated in this study by applying molecular and physiological experiments. Shoot, root lengths, water content, soluble protein content, and malondialdehyde analyses were measured to determine the impacts of drought stress on the two different tomato varieties. The function of drought-induced lncRNAs were identified by comparative transcriptomic analyses, and then roles of putative drought stress-induced lncRNAs functions were analysed at the genome-wide levels. By high-throughput NGS sequencing, 269 putative lncRNAs were identified here. 124 up- and 145 down-regulated lncRNAs were differentially expressed in Falcon and SC2121. As a result of the data obtained, lncRNAs affecting the response mechanism to drought stress was determined, and new methods will be established to increase product yield. The information obtained from this study will help us comprehend the roles of lncRNAs in drought stress and may be helpful in the process of growing tolerant vegetables in the future.