Pamukta yüksek sıcaklık stresi ile ilişkili genlerin farklılık gösterim yöntemiyle belirlenmesi

Abstract

Bitkilerin abiyotik strese karşı gösterdikleri tepkinin genetik, fizyolojik ve biyokimyasal mekanizmalarını giderek daha iyi anlamamız, abiyotik stres koşullarına daha iyi uyum sağlayacak bitkiler geliştirmemizi kolaylaştıracaktır. Pamuğun sıcaklık stresine karşı moleküler düzeydeki tepkisiyle ilişkili sınırlı bilgi nedeni ile bu çalışmada, orta ve yüksek sıcaklık stresi koşullarında pamukta sıcaklıkla ilişkili bir kısım genleri tespit etmek ve anlatım düzeyleri hakkında fikir sahibi olmak amaçlanmıştır. Bugüne kadar stresle ilişkili olduğu tespit edilen genlerin çoğu, moleküler genetikte model bitki olarak kullanılan Arabidopsis thaliana'da bulunmuştur. Fakat önemli bir tarım bitkisi olan pamuğun, sıcaklık stresi koşullarında moleküler düzeyde gen anlatımının nasıl düzenlendiği hakkında yetersiz bilgi bulunmaktadır. Bu çalışma, sıcaklık stresi koşullarında pamukta (Gossypium hirsutum L.) farklı anlatım yapan bir kısım genlerin belirlenmesi ve belirlenen genlerin sıcaklık stresi koşullarında anlatımlarının kısmen anlaşılması amacıyla yürütülmüştür. Bu amaç doğrultusunda pamuklar iklim kontrollü bitki yetiştirme dolabında ortalama 28 °C sıcaklık ve 14 saat aydınlık, 10 saat karanlık döngüde yetiştirilmiştir. 77 günlük pamuklara 38 °C ve 45 °C sıcaklık stresi uygulanmış ve farklılık gösterim tekniği kullanarak stres uygulanan bitkiler, kontrol bitkileri ile mRNA transkripsiyonu düzeyinde karşılaştırılmıştır. Farklılık gösterim tekniği aracılığıyla, sıcaklık stresi koşullarında anlatımları değiştiği belirlenen cDNA'lar izole edilmiş ve klonlanmıştır. Klonlanan cDNA'ların 13 tanesi doğrudan veya dolaylı olarak 14 gen ile homoloji oluşturmuş, 8 tanesi ise bilinen herhangi bir gen ile önemli benzerlik göstermemiştir. Bu bulgular ışığında, pamuktan izole edilen ve gen homolojisi göstermeyen 8 cDNA'nın yeni gen adayları oldukları söylenebilir. Sıcaklık stresi koşullarında izole edilen ve gen homolojisi gösteren 13 cDNA'dan 9 tanesinin anlatımı artmış, 1 tanesi azalmış, 1 tanesi baskılanmış, 2 tanesi ise 38 °C'de artarken, 45 °C'de baskılanmıştır. Yeni gen adayı olan 8 cDNA'nın 7 tanesinin transkripsiyonu, sıcaklık stresi ile şu şekilde değişmiştir; 4 tanesi artmış, 2 tanesi azalmış, 1 tanesi ise 38 °C'de artarken, 45 °C'de baskılanmıştır. 8 yeni gen adayı içerisinde yer alan 1 cDNA'nın, iki izoformu (HSGh 29 ve HSGh32) izole edilmiştir. İzoformlardan HSGh29'un anlatımı sıcaklık stresi ile azalırken, HSGh32'nin ise 38 °C'de artmış, 45 °C'de azalmıştır.

Understanding plant response to different abiotic stresses such as heat, drought, cold and salinity at genetic, physiological and biochemical levels will make easier to improve more tolerant plants to abiotic stress conditions. At molecular level, most of the information for heat stress response was obtained from Arabidopsis thaliana, a model plant. But, little molecular research has focused on cotton about heat stress response. Our knowledge is insufficient on heat stress response of cotton at molecular level. This investigation was carried out to determine heat stress related genes and changing gene expression in upland cotton (Gossypium hirsutum L.), which is one of the most economical cash crops in Turkey and World. For this purpose, cottons were grown at 28 °C mean temperature and 14/10 hours light/dark period in plant growth chamber until 77 days after emergence. A 77 days old plants were exposed to moderate (38 °C) and high (45 °C) heat stresses. Heat stressed cottons were compared to control cottons at mRNA expression level through differential display technique. cDNAs determined expression changes at heat stress were isolated and cloned. As a result of homology search, the thirteen of cDNAs isolated from cotton showed direct or indirect similarity to fourteen known genes, but it was not observed any similarity between 8 cDNAs and known genes. According to these results, a 8 cDNAs that isolated from cotton and no shown homology might be possibly new genes. A 9 of the 13 cDNA were up-regulated, a 1 of the 13 cDNA was down-regulated and other a 1 cDNA was suppressed by heat stress, and the other 2 were up-regulated by 38 °C, while suppressed by 45 °C heat stress. Transcriptions of 6 cDNAs of 8 cDNAs that may be possibly new genes were changed such that a 4 cDNAs were up-regulated, a 2 cDNAs were down-regulated by heat stress, but a 1 cDNA was up-regulated by 38 °C while, suppressed by 45 °C. It was isolated two isoforms (HSGh29 and HSGh32) of 1 cDNA involved in 8 possible new genes. Expression of HSGh29 was down regulated by heat stress. HSGh32 was up-regulated by 38 °C and down-regulated by 45 °C.