Mısır (Zea mays L.) Fidelerinin Üşüme Stresine Toleransı ve Büyüme İşlevlerinde miRNA Genlerinin Rolünün Belirlenmesi

Abstract

Düşük sıcaklıklar, sıcak iklim tahıllarından olan mısır (Zea mays) bitkisinde strese yol açarak büyüme inhibisyonuna ve ürün kayıplarına neden olur. Büyüme, hücre bölünmesi ve hücre genişlemesi işlevleri sonucu meydana gelen geri dönüşümsüz kütle artışıdır. Bu işlevler, mısır yaprağının tabanından ucuna doğru meristem (hücre bölünmesi), uzama (hücre uzaması) ve olgunluk (hücre farklılaşması) olarak adlandırılan ve konumsal olarak ayrılmış büyüme bölgelerinde gerçekleşir. Büyüme işlevleri çoklu genlerle kontrol edilir ve stres faktörleriyle yeniden düzenlenir. Böylece, hücre sayısı ve uzunluğunda meydana gelen değişim ile organ büyüklüğü regüle edilir. Bu projede, son yıllarda çeşitli biyolojik işlevlerde düzenleyici rol oynadıkları gösterilen microRNA (miRNA) genlerinin, mısır fidelerinin üşüme stresine toleransı sırasında yaprak büyümesinin regülasyonunda oynadıkları rollerin araştırılması amaçlanmıştır. Bu bağlamda mısır fidelerine üşüme stresi uygulanmış ve kontrole göre üçüncü ve dördüncü yaprakların uzama oranı (YUO)?nında sırasıyla %32 ve %19, yaprak alanında ise %24 ve %35 oranında azalış saptanmıştır. miRNome analizi sonucunda, 321 adet miRNA?nın 204?ünün ekspresyonunda, üşüme stresi etkisiyle mısır yaprağının büyüme bölgelerinde farklılık gösterdiği saptanmıştır. İn silico analizler ile, bu miRNA?ların gelişimsel yolaklarda görevli transkripsiyon faktörleri başta olmak üzere pek çok geni hedef anldığı tahmin edilmiştir. Bunlardan, miR396?un GRF?leri, miR319?un TCP ve GAMYB?leri, miR160?ın ARFTF?leri hedef aldıkları qRT-PCR ile eskpresyon analizleri ile doğrulanarak olası organ büyüklüğü kontrolündeki rolleri tanımlamaya çalışılmıştır. miR408?in ise stres toleransında görev aldığı gözlenmiştir. miRNA ve tahmini hedef genlerinin rol oynadığı stres toleransı sırasında meydana gelen büyüme inhibisyonunun dördüncü yaprakların hücre üretiminde %19 ve hücre bölünme oranında %24 oranında azalıştan, hücre döngüsü süresinde ise %32 oranında artıştan kaynaklandığı kinematik analizler ile gösterilmiştir. Flow sitometri ile, stres etkisiyle, uzama bölgesindeki hücrelerin 2C/4C oranlarında azalış saptanmıştır. Yine, üşüme stresine cevap olarak, G1/S spesifik CYCD1 ve CYCD5;1 genlerinin ekspresyonunda meristemde arttığı fakat G2/M spesifik CYCA2 ve CYCB2;1 ekspresyonlarında ise değişmediği saptanmıştır. Tüm bu bulgular, üşüme stresinin, hücre döngüsünün G2/M safhasında aksaklığa işaret etmektedir.