Sitokinin sentezlemesini aşırı ifadeleyen domates bitkilerinde kuraklık stresine karşı toplam yaprak ve nükleer proteom tepkisi

Abstract

Kuraklık stresi tarımsal bitkilerde ciddi verim ve kalite kayıplarına sebep olan, tarımsal üretimi kısıtlayan abiyotik stres koşullarındandır. Küresel ısınma ile kuraklık stresinin önümüzdeki yıllarda daha da kötüleşeceği öngörülmektedir. Tarımsal bitkilerin sürdürülebilir üretimi için abiyotik stres koşullarına tolerant bitkilerin geliştirilmesi gereklidir. Stres koşullarına tolerant bitkilerin geliştirilebilmesi için bitkilerin stres koşullarına cevap ve tolerans mekanizmalarının moleküler düzeyde anlaşılması şarttır. Bitkilerin kuraklık stresine cevap ve tolerans mekanizmaları gerek fizyolojik gerekse moleküler düzeyde son derece karmaşık olup bitki gelişim düzeyi, bitki genetik altyapısı ve çevresel koşullara bağlı olarak değişikmektedir. Yapılan çalışmalarda kuraklık stresi koşularında bitkilerde hormon düzeylerinde önemli değişiklikler olduğunu özellikle bitki metabolizmasında kilit rol oynayan sitokinin düzeyinin azaldığı görülmüştür. Sitokininler bitki metabolizmasında hücre bölünmesinin uyarılması, organogenez ve meristem fonksiyonunun kontrolü ve doku yaşlanmasının geciktirilmesi gibi pek çok önemli rol oynayan hormonlardır. Son çalışmalarda kontrollü sitokinin overekspresiyonunun kuraklık stresine toleransta önemli rol oynadığı tespit edilmiştir. Bu tip çalışmalara rağmen sitokininlerin kuraklık direncindeki moleküler mekanizmaları tam anlaşılamamıştır. Yapılan çalışmalarda kuraklık şart arındaki fizyolojik ve transkriptomik değişimler incelenmiştir. Kuraklık stresi koşullarında sitokininler aracılığıyla metabolizmanın anahtar regülatörü olan transkripsiyon faktörlerinin ifadelenmesinin proteomik düzeydeki değişimine dair çalışma bulunmamaktadır. Sitokininlerin domateste kuraklık stresine toleransta oynadığı role dair bir çalışmada bulunmamaktadır. Bu amaçla, sitokinin overekspresiyonu ile sağlanan kuraklık tolerans mekanizmalarını anlamak için sitokinin biyosentetik yolağındaki kilit enzim olan isopentenil transfraz (IPT) enzimi stres koşullarında uyarılan SARK promotörü kontrolünde ifadelenecek şekilde co-transformasyon yöntemi ile domates bitkilerine aktarılmıştır. Geliştirilen transgenik domates bitkileri kuraklık stresi testlemelerine alınmış ve fizyolojik ve biyokimyasal analizler ile incelenmiştir. Bu çalışmalarda IPT genini fazla ifadeleyen transgenik bitkilerin kuraklık koşullarında daha iyi performans gösterdikleri tespit edilmiştir Yaprak toplam ve nükleer zenginleştirilmiş yaprak proteomu sitokinin over-ekspresiyonu için IPT geni içeren bitkilerde ve kontrol bitkilerde kontrol ve kuraklık koşullarında incelenmiş ve bu koşullarda farklı ifadelenen proteinler shotgun proteomik yaklaşım ile tanımlanmıştır. IPT genini fazla ifadeleyen transgenik bitkiler ve kontrol bitkilerinde yapılan LC-MS/MS analizlerinde toplam 191 proteinin farklı ifadelendiği tespit edilmiştir. Tanımlanan 191 proteinden 69’u hem transgenik hem de kontrol bitkilerde kuraklık koşullarında farklı ifadelendenmiştir. Bu proteinlerden 99’unun ise yalnızca transgenik hatta kuraklık koşullarında farklı ifadelendiği tespit edilmiştir. Farklı ifadelenen proteinler için yapılan GO gen zenginleştirme analizleri sonucunda kuraklık koşullarında farklı ifadelen proteinlerin en fazla abiyotik uyarılara tepki, sülfürbileşiklerinin metabolik işlemi ve protein katlanması ile ilgili olduğu tespit edilmiştir. Yine yaprak zenginleştirilmiş nükleer proteomu çalışmaları ile kuraklık koşullarında transgenik bitkiler ve kontrol bitkilerinde LC-MS/MS analizlerinde toplamda 81 adet nükleus proteinin farklı ifadelendiği tespit edilmiştir. Tanımlanan 81 proteinden 31’inin transgenik ve kontrol bitkilerde kuraklık koşullarında farklı ifadelendiği tespit edilmiştir. Tanımlanan 81 proteinden 31’inin yalnızca transgenik hatta kuraklık koşullarında farklı ifadelendiği tespit edilmiştir. Farklı ifadelenen proteinler için yapılan GO gen zenginleştirme analizleri sonucunda kuraklıkta farklı ifadelen proteinlerin en fazla nükleobaz içeren molekül taşınması, RNA metabolik işlemleri ve transkripsiyon ile ilgili olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca, kuraklık koşullarında farklı ifadelenen nükleer zenginleştirilmiş 81 proteinden 16’sının transkripsiyon faktörleri olduğu belirlenmiştir. Yapılan çalışma sonucunda, sitokini over-ekspres edilen domates bitkilerinde kuraklık stresi koşullarına dayanıklılıkta rol oynayan proteinler tanımlanmış, kuraklık stresine toleransta rol oynayan nükleer proteinler ve transkripsiyon faktörleri belirlenmiştir. Ayrıca, projenin uluslararası kapsamda yürütülmesi ile değişik uzmanlık alanlarına sahip Türk ve Çek bilim adamları arasında işbirliği sağlanmıştır.