Süs bitkilerinde abiyotik ve biyotik stresle ilişkili miRNA'ların in siliko belirlenmesi

Abstract

Mikro RNA'lar, gen anlatımını post-transkripsiyonel ya da post-translasyonel seviyelerde etkileyen kısa kodlama yapmayan RNA dizileridir. Süs bitkileri, dünya bahçecilik endüstrisinde önemli bir konuma sahiptir. Peyzaj mimarisindeki estetik değerlerinin yanı sıra tıbbi ve ekonomik açıdan da önemli bitkilerdir. Bu tezin amacı; Petunia hybrida, Castanea sativa, Yucca filamentosa, Opuntia streptacantha, Cichorium intybus, Cynara cardunculus, Asparagus officinalis ve Ginkgo biloba süs bitkilerinde abiyotik ve biyotik stres ile ilişkili yeni miRNA dizilerinin bilgisayar temelli yaklaşımlarla tanımlanmasıdır. Bu bitkilerin EST veri tabanlarında sıkı kriterler uygulanarak yapılan BLAST aramaları sonucunda yeni miRNA'lar, in siliko olarak tanımlandı. Pre-miRNA dizilerinin ikincil yapıları, RNAfold Web Server kullanılarak belirlendi. Yeni tanımlanan miRNA dizileri ve referans miRNA dizileri arasındaki evrimsel ilişki Clustal Omega ve MEGAX ile araştırıldı. Potansiyel hedef genlerin rollerinin belirlenmesi için GO ve KEGG analizleri de BLAST2GO programı kullanılarak gerçekleştirildi. Petunia hybrida (phy-miR168 ve phy-miR399), Castanea sativa (csa-miR169), Yucca filamentosa (yfi-miR169), Opuntia streptacantha (osa-miR169), Cichorium intybus (cin-miR169), Cynara cardunculus (cca-miR169), Asparagus officinalis (aof-miR2930) ve Ginkgo biloba (gbi-miR10982) bitkilerinin bulunduğu sekiz süs bitkisinde, beş miRNA ailesine ait dokuz yeni miRNA dizisi ilk defa tanımlandı. Filogenetik analizler, yeni tanımlanan miRNA'lar ile referans miRNA'lar arasında oldukça fazla benzerlik olduğunu gösterdi. GO'nun biyolojik süreçler, hücresel bileşen ve moleküler fonksiyonlarla zenginleştirme analizlerinde potansiyel hedef genlerin; strese cevap, oksidasyon-redüksiyon süreci, hücresel metabolik süreç, protein bağlanması vb. gibi süreçlerde rol oynadığı belirlendi. Ayrıca KEGG sonuçlarında da bu genlerin; steroid biyosentezi, pürin metabolizması, karotenoid biyosentezi gibi yirmi altı farklı metabolik yolakda yer aldığı belirlendi. Bu tez, süs bitkilerinin genomlarında, farklı miRNA ailelerinin ve onların hedeflerinin belirlendiği ilk detaylı çalışmadır. Elde edilen sonuçların farklı renk ve kokuda strese dayanıklı süs bitkilerinin üretimine katkı sağlaması beklenmektedir.

Micro RNAs are small non-coding RNAs, regulating gene expression at post-transcriptional or post-translational levels. Ornamental plants hold an important status within the horticultural industry of the world. In addition to their aesthetic value in landscape architecture, they are also medicinally and economically important plants. The aim of this thesis was computational characterisation of abiotic and biotic stress-related novel miRNA sequences in ornamental plants including Petunia hybrida, Castanea sativa, Yucca filamentosa, Opuntia streptacantha, Cichorium intybus, Cynara cardunculus, Asparagus officinalis and Ginkgo biloba. In silico identification of new miRNAs based on BLAST searches of the EST database of these plants was performed by using stringent criteria. The secondary structures of pre-miRNAs were determined by using RNAfold Web Server. Evolutionary relationships between novel miRNAs and reference miRNAs were investigated via Clustal Omega and MEGAX. GO and KEGG analyses were also performed to identify the roles of potential target genes by BLAST2GO. Nine novel miRNAs belonging to five miRNA families in eight ornamental plants consisting of Petunia hybrida (phy-miR168 and phy-miR399), Castanea sativa (csa-miR169), Yucca filamentosa (yfi-miR169), Opuntia streptacantha (osa-miR169), Cichorium intybus (cin-miR169), Cynara cardunculus (cca-miR169), Asparagus officinalis (aof-miR2930) and Ginkgo biloba (gbi-miR10982) were identified for the first time. Phylogenetic analyses showed that there are very similar sequences between novel miRNAs and reference miRNAs. Enrichment analysis of GO with biological processes, cellular component and molecular functions revealed that potential target genes were involved in response to stress, oxidation-reduction process, cellular metabolic process, protein binding, etc. Moreover, KEGG results also indicated that these genes play important roles in twenty-six different metabolic pathways such as steroid biosynthesis, purine metabolism, carotenoid biosynthesis, etc. This thesis is the first detailed investigation about the determination of different miRNA families and their targets in genomes of ornamental plants. Obtaining results are expected to contribute for production of stress resistance ornamental plants with different colour and scent.