Sorgumda (Sorghum bicolor L. Moench) duvar ilişkili kinaz gen ailesinin genom düzeyinde tanımlanması, karakterizasyonu ve yüksek sıcaklık stresi altında ifade düzeylerinin analizi

Sorgum (Sorghum bicolor L. Moench) dünyanın en çok üretilen beşinci tahılıdır. Duvarla İlişkili Kinaz (WAK) gen ailesi, bitkilerde çevresel stres ve patojene yanıt vermede, büyüme ve gelişiminde önemli bir düzenleyici rol oynamaktadır. Bu çalışmada, sorgumda WAK gen ailesi üyelerinin biyoinformatik araçlar kullanılarak karakterize edilmesi ve yüksek sıcaklık koşullarında işlevsel rollerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Sorgum, Arabidopsis, çeltik ve mısırın WAK/WAKL proteinlerinin evrimsel ilişkileri anlamak için Neigbor-Joining yöntem ile filogenetik analizleri yapılmıştır. Sorgum WAK/WAKL proteinlerin fizyokimyasal özelikleri ve hücresel lokalizasyonları biyoinformatik araçlarla belirlenmiştir. Sorgum WAK/WAKL genlerinin kromozom haritalaması in silico oluşturulmuştur. Tilki kuyruğu, çeltik ve mısır WAK/WAKL'ları ile sorgum WAK/WAKL'ları arasındaki evrimsel ilişkiler senteni analizleri belirlenmiştir. Sorgum WAK/WAKL genleri üzerinde etkili olan nötral veya seçilim gibi evrimsel mekanizmalar hakkında bilgi edinmek için sinonim olan ve olmayan subtitusyon oranları (Ka/Ks) hesaplanmıştır. Sorgum WAK/WAKL genlerinin fonksiyonları hakkında bilgi etmek için promotorlarda mevcut cis etkili elementler belirlenmiştir. Ayrıca, WAK/WAKL proteinlerin birbirleriyle ve diğer proteinlerle olan biyolojik ilişkileri, protein-protein etkileşim analiz ile tespit edilmiştir. Ayrıca sorgum WAK/WAKL'larının olası fonksiyonları hakkında bilgi edilmek için miRNA etkileşim analizleri yapılmıştır. Son olarak, kısa süreli yüksek sıcaklık uygulaması (42 °C, 4 saat) altında, WAK/WAKL genlerinin ifade düzeyleri, gerçek zamanlı kantitatif polimeraz zincir reaksiyonu ile belirlenmiştir. Sorgumda, 31 WAK ve 67 WAK benzeri (WAKL) olmak üzere 98 protein belirlenmiş ve bunlar SbWAK/SbWAKL olarak adlandırılmıştır. Sorgum, Arabidopsis, çeltik ve mısıra ait WAK/WAKL proteinleri altı filogenetik gruba sınıflandırılmıştır. SbWAKs/SbWAKL genleri on kromozom boyunca eşit olmayan bir şekilde dağılmış ve dokuz kromozomda 33 duplikasyon gözlenmiştir. Hücre içinde, SbWAK/SbWAKL proteinlerinin çoğu membranlarda, bir kısmı da çeşitli organellerde dağılım göstermişlerdir. SbWAKs/SbWAKL'ları 496 ila 1149 amino asite sahip olup, moleküler ağırlıkları 55,38 ila 124,89 kDa arasında değişim göstermiştir. SbWAKL5 ve SbWAKL47 proteinlerinin hidrofobik, diğer proteinlerin ise hidrofilik yapıda oldukları belirlenmiştir. Alifatik indeks 75,36 (SbWAK9) ile 95,47 (SbWAKL35) arasında, izoelektrik nokta (pI) değerleri ise 4,96 ile 8,58 arasında değişim göstermiştir. Kırk sekiz SbWAK/SbWAKL proteini, kararsızlık indeksi değerinin 40'tan büyük olmasıyla kararsız bulunmuştur. Senteni analizleri, cin darı, mısır ve pirinç genomunda sırasıyla 16, 13 ve 7 SbWAK/SbWAKL geninin benzer olduğunu ortaya koymuştur. On dokuz bağlantılı SbWAK/SbWAKL gen çiftinden biri hariç tümünün Ka/Ks oranları 1'den küçük değerlerde belirlenmiştir, bu da genler üzerinde saflaştırma seleksiyonunun etkisini göstermektedir. SbWAKL13~SbWAKL18 genlerinin Ka/Ks değerleri 1'den büyüktür ve bu da pozitif bir seçilim olgusuna işaret etmektedir. SbWAK/SbWAKL proteinlerinde toplam 10 korunmuş motif tanımlanmıştır. Bu motiflerin bazıları, protein kinaz domain, protein tirozin kinaz domain, epidermal büyüme faktörü (EGF) reseptörü için katalitik domain, EGF benzeri domain ile ilişkilendirilmişlerdir. SbWWAK/SbWAKL genlerinde ekzon sayısı 1 ila 7 arasında, gen uzunluğu ise 2kb ila 27kb arasında değişmiştir. SbWAK/SbWAKL genlerinin 19'u hariç tümünde UTR bölgesi bulunmamıştır. SbWAK/SbWAKL gen promotorlarında tespit edilen çeşitli cis-etkili elementler, bu genlerin ışık, hormon, gelişim ve çevresel stres tepkileri ile ilişkili olabileceğine işaret etmiştir. Ayrıca, SbWAK/SbWAKL'ların birbirleriyle ve diğer proteinlerle belirlenen protein-protein etkileşimleri, bu proteinlerinin birçok farklı fonksiyonları olduğuna işaret etmiştir. miRNA interaksiyon analiz sonuçları, hücre duvarıyla ilişkili miRNA aileleri de (miR156, miR164, miR397, miR528, miR5566 ve miR6230) dahil olmak üzere 107 miRNA'nın, 85 SbWAK/SbWAKL genini hedeflediğini göstermiştir. Yüksek sıcaklık altında genlerin fonksiyonel rollerini anlamak için, 42 °C yüksek sıcaklık koşulları altında 4 saat bekletilen bitkilerde on üç SbWAK/SbWAKL geninin ifade düzeyleri, gerçek zamanlı kantitatif polimeraz reaksiyonu ile analiz edilmiştir. 6 SbWAK/SbWAKL (SbWAK10, SbWAK22, SbWAK23, SbWAK31, SbWAKL12, and SbWAKL63) geninde nispeten yüksek bir transkript artış oranı olduğu belirlenmiştir. Sonuç olarak, cis-etkili elementler, protein-protein ve miRNA etkileşimleri ve yüksek sıcaklıklarda daha yüksek gen ifade seviyeleri, abiyotik ve biyotik stres yanıtında işlevleri olan bazı SbWAK/SbWAKL genlerinin varlığına ve bunların ıslah amacıyla gelecekte gen düzenlemede kullanılabileceğine işaret etmektedir.