Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11527/14519
Title: Kuraklık Stresi Altında Brachypodium Distachyon Yapraklarının Proteom Analizi
Other Titles: Proteome Analysis Of Brachypodium Distachyon Leaves Under Drought Stress
Authors: Doğanay, Gizem Dinler
Tatlı, Özge
10098803
Moleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji
Molecular Biology and Genetics
Keywords: Brachypodium distachyon
Kuraklık
Proteom
Brachypodium distachyon
Drought
Proteome
Issue Date: 19-Jan-2016
Publisher: Fen Bilimleri Enstitüsü
Institute of Science And Technology
Abstract: Çevresel stres faktörleri arasında kuraklık tarımda en şiddetli etkiye sahip olan faktörler arasındadır ve buna bağlı olarak kuraklık stresi altında verimi arttırmak tarımda en önemli hedeflerden biri haline gelmiştir. Kuraklık ya da su yetersizliği bitkinin hücresel metabolizmasını doğrudan etkiler. Büyüme indisinde ve böylece verimde ciddi bir azalmaya yol açar. Pek çok çalışma, kuraklık stresine cevap sürecinde hücrede karmaşık bir ağın varlığını vurgulamıştır. Protein ekspresyonundaki değişiklikler bu ağda esas rolü üstlenmektedir. Tarımsal verim artışının sağlanmasında ana strateji, kuraklık altında verimin sürdürülebilmesi için gereken özelliklerin bir araya getirilmesi ve en etkili genlerin ve dolayısıyla proteinlerin, verim potansiyeli üzerinde zararlı etkileri olmadan elit genotiplerde biriktirilmesidir. Bu yaklaşım, kurak çevrede stabil kalabilen ve yüksek verim potansiyeli sunabilen yeni bitki varyetelerinin geliştirilmesine olanak tanıyacaktır. Bitkilerde kuraklık stresine cevap mekanizmasının aydınlatılabilmesi için transkriptom düzeyinde çok sayıda araştırma gerçekleştirilmiştir. Ancak mRNA seviyesindeki değişiklikler transkripsiyon ve translasyon sonrası modifikasyonlara bağlı olarak, her zaman protein seviyesiyle korelasyon göstermemektedir. Bu nedenle transkriptom çalışmaları, stres cevabına ilişkin ağın anlaşılmasında yetersiz kalmaktadır. Dolayısıyla kuraklık stresine ilişkin mekanizmaların aydınlatılabilmesi için proteom düzeyinde bilgiye ihtiyaç vardır. Akdeniz ve Ortadoğu bölgesi yerel bitkisi olan Brachypodium distachyon, buğday, arpa, yulaf ve çavdar gibi beslenmede temel öneme sahip tahılların da içinde bulunduğu çim ailesinin (Poaceae) bir üyesidir. Brachypodium distachyon, kompakt bir genoma sahip olma (272 Mb), 5 çift kromozom (2n=10), kısa yaşam döngüsü (~12 hafta), kolay gen aktarımı, kendi kendine döllenmesi ve basit büyüme koşulları gibi özellikleri ile model organizma olmak için gereken bütün vasıflara sahiptir. Model bitki özellikleri ve önemli tahıllar ile yakın akrabalığı, Brachypodium distachyon’u tüm serin iklim tahıl türlerinin, özellikle de hububatların geliştirilmesi için dikkat çekici bir model bitki haline getirmektedir. Ayrıca, yabani bir tür olan Brachypodium distachyon’un kuraklık stresine cevapta fizyolojik olarak geniş varyasyon gösterdiği bilinmektedir ve bu çeşitlilik stres koşulları altında ifade edilen yeni genlerin, dolayısı ile çeşitli proteinlerin bulunabilmesine olanak sağlayacaktır. Brachypodium distachyon’un süregelen transkriptomik analizleri mevcuttur ancak yukarıda belirtildiği gibi transkriptomdaki değişiklikler proteom seviyesindeki sonuçları her zaman birebir yansıtmadığından, proteomun incelenmesine yönelik analizlerin gerekliliği bu bitki için de söz konusudur. Proteinler sinyalizasyonun ve biyokimyasal yolakların önemli bileşenleridir, bu nedenle protein seviyesindeki çalışmalar bitkilerin büyüme, gelişme ve çevreyle etkileşimlerinin altında yatan moleküler mekanizmaların aydınlatılması için gereklilik arz etmektektedir. Örnek hazırlama, yüksek çözünürlüklü protein ayrıştırma, protein karakterizasyonu için MS yazılımı ve donanımı ve biyoinformatik araçlardaki gelişmelere büyük ölçüde bağlı olarak bitki proteom çalışmalarında son yıllarda büyük bir ilerleme kaydedilmiştir. Bitki proteomu çalışmalarında amaç protein türlerinin kataloglanması ile sınırlı değildir, fonksiyonel biyoloji altında proteinlerin kalitatif ve kantitatif analizlerini de kapsar. Proteomik çalışmalardan elde edilen zengin verisetleri protein kimliği, miktarı, hücredeki lokalizasyonu, proteinin post-translasyonel modifikasyonu, protein-protein etkileşimleri ve kompleks proteomun oluşumunu kapsar. Bitki proteomik çalışmalarının sistem biyolojisiyle bütünleşmesi pek çok moleküler mekanizmanın anlaşılmasına öncülük edecek ve sonunda bitki verimi, gıda ve savunma için önemli olan süreçlerin mühendisliğini sağlayacaktır.  Bu çalışmada, Brachypodium distachyon bireylerinin zamana bağlı kuraklık uygulamasına maruz bırakılmasının ardından (4, 8 ve 12 günlük kuraklık uygulaması), protein repertuarında meydana gelen değişiklikler belirlenmiştir. Söz konusu amaç için, iki boyutlu jel elektroforezi (2D-DIGE) ve kütle spektrometrisine (MS) dayalı proteomik yaklaşım gerçekleştirilmiştir. Elde edilen proteom verilerinin karşılaştırılması sonucunda kuraklığa bağlı farklı düzeylerde anlatım gösteren proteinlerin varlığı saptanmıştır. Otuz yedi protein spotu kuraklık koşulu altında anlamlı varyasyon göstermiştir. Kütle spektrometresi ile tanımlanan on üç protein fonksiyonlarına göre sınıflandırılmış ve Brachypodium distachyon’un kuraklığa cevap mekanizmasındaki rol ve ilişkileri tartışılmıştır. Kuraklık stresine cevap olarak çakışan metabolizmaların varlığı belirlenmiştir. Çalışmanın neticesinde tespit edilen proteinler kuraklığa tolerans gösteren bitkilerin belirlenebilmesi için biyomarkör olma potansiyeli teşkil etmektedir. Ayrıca, belirlenen proteinler Brachypodium distachyon’un yakın akrabalık gösterdiği tahıllarda (buğday, arpa, yulaf, çavdar vb.) kuraklık stresine direnç geliştirilmesi çalışmalarına katkıda bulunacaktır.
Among the environmental stress factors, drought is the one that has the most severe effect on agricultural production. Hence, improving the yield under drought stress is one of the most important challenges in agriculture. Drought or water deficit has a direct impact on the cellular metabolism of plant. This impact significantly reduces the growth index and crop yield. A number of studies highlighted the existence of a complex network in the cell upon drought stress. Changes in protein expression play the major role in this complex network. The main strategy to improve crop yield is to integrate all the properties that are required to sustain yield under drought stress and accumulate the most powerful genes and proteins in elite genotypes without any harmful effect on the potential crop yield. This approach will provide the improvement of new plant cultivars that are stable and exhibit high yield potential under drought conditions. In plants, there are number of studies on transcriptome level to elucidate the mechanisms underlying stress response. However, alterations in mRNA levels do not always correlate well with protein levels in the cell due to the post-transcriptional and post-translational modifications. Therefore, transcriptome studies are insufficient for understanding the complex network of stress response, causing a lack of knowledge for the enlightenment of the mechanisms related to stress response.  Brachypodium distachyon, model plant for monocot species, exhibits a close relationship to agriculturally and economically important crops. It is also known that Brachypodium distachyon displays high variation in the response against drought stress. This variation will potentially lead to identify new stress-responsive genes and thus proteins. Ongoing transcriptomic analyses in Brachypodium distachyon are available. However, requirement of proteomic analyses is an emerging subject for this plant species. In this study, changes in protein repertoire of Brachypodium distachyon leaves after exposing individuals to time-dependent drought stress (4, 8 and 12 day application of drought) were described. Based on two-dimensional difference gel electrophoresis (2D-DIGE), constructed with 3 replicates, and combined mass spectrometry (MS) experiments, a proteomic approach was carried out for this purpose. The comparison of the resulting proteomic data highlighted differentially expressed proteins (DEPs) upon drought stress. 37 differentially expressed proteins were detected via statistical evaluation of relative spot densities and among these one, thirteen DEPs were identified by MS and classified according to their functions. The role and relation of DEPs in drought response of Brachypodium distachyon were discussed. The biological functions of DEPs included roles in photosynthesis, protein folding, antioxidant mechanism and metabolic processes. It has been highlighted that there is a significant degree of overlapping between metabolic alterations induced by drought stress. The identified proteins in this study could serve as potential biomarkers for the selection of drought-tolerant Brachypodium distachyon plants as well as its relatives like wheat, barley and rye. Furthermore, identified proteins will contribute on the studies on development of drought-resistant crop species such as wheat, oat and barley, which are close relatives of Brachypodium distachyon.
Description: Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015
Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2015
URI: http://hdl.handle.net/11527/14519
Appears in Collections:Moleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Lisansüstü Programı - Yüksek Lisans

Files in This Item:
There are no files associated with this item.


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.