Pamuk (Gossypium L.) genomlarında mikrosatellit DNA tipleri ve dağılımları

Hızla gelişen tekstil sektörünün en önemli doğal hammaddesi olan pamuk (Gossypium L.) üretiminin dünya nüfusunun artmasıyla birlikte artması ve insanların çeşitli ihtiyaçlarını karşılaması ve diğerleriyle birlikte istihdam olanağı yaratması gerekmektedir. Pamuk dünyada Hindistan, Çin, ABD'nin de ilk sıralarda yer aldığı yaklaşık 80 ülkede yetiştiriciliği yapılmaktadır. Pamuk lifleri tekstil için ana kaynak olarak kullanılırken, tohumu yağı için kullanılmakta ve küspesi de proteince zengin hayvan yemi olarak kullanıldığından ülkemiz ve dünyada önemli bir endüstri bitkisidir. Organizmalar genomları çerçevesinde yaşamlarını idame ettiklerinden dolayı genomun yapısı ve işlevi insanoğlunun dikkatini çekme nedeni genomların yapısı ile fonksiyonlarının ilişkili olmalarından kaynaklanmaktadır. Günümüzde özellikle son 10 15 yıllık dönemde Yeni Nesil Dizileme (NGS) teknolojileri yardımıyla çok sayıda genom dizilenmekte ("sequencing") veya tekrar dizileme ("resequencing") yapılabilmektedir. Pamuk genomu da bu dizilemelerden faydalanmıştır. Bu çalışmanın ana amacı kültürü yapılan tetraploit Upland pamuğun (Gossypium hirsutum L.) ve Upland pamuğun oluşumunda ata olan iki diploit pamuğun temsilcileri olan (G. arboreum L. ve G. raimondii L.) Oryantal (Asya) ve Peru pamuklarının bütün genom dizileri kullanılarak mikrosatellit (SSR) DNA'nın tipleri ve dağılımının türlerin genomları, kromozomları, 5' ve 3' UTR bölgeleri, upstream, downstream, ekson, intron ve intergen dizilerinde ortaya konulması, mikrosatellitlerin fonksiyonu konularında daha fazla bilgi edinmek için selüloz ve selüloz sentaz benzeri genlerinin mikrosatellit analizlerinin yapılması, filogenetik çalışmalar ve nihayetinde de mikrosatellit DNA'nın protein kodlama potansiyelleri üzerine bilgi edinmek amacıyla bu çalışma yürütülmüştür. Çalışmada allotetraploit bir tür olan ve yaygın olarak Upland pamuk olarak adlandırılan G. hirsutum, diploit türler olan ve Oryantal (Asya/Ağaç) pamuk olarak adlandırılan G. arboreum, Peru pamuğu olarak bilinen G. raimondii, ve bu türlerin bütün genom dizilerine ait referans dizileri kullanılmıştır. Bütün genom dizileri ve genom bilgilerini içeren dosyalar GenBank veri tabanından FASTA, GFF ve GTF formatında indirilmiş olup mikrosatellit içerikleri, genomsal dağılımları ve tipleri PERL tabanlı GMATA ve farklı linux tabanlı yazılım programları yardımları ile ortaya konulmuştur. GFF/GTF verileri kullanılarak selüloz sentaz genlerinin konumsal bilgileri AWK, SED ve GREP skriptleri yardımıyla belirlenmiştir. Analizlerde 3 pamuk türünün genomlarının, alt genomlarının, kromozomlarının mikrosatellit içerikleri ve tekrar sayılarının da türlerde farklı olduğu bulunmuştur. Tri-, tetra-, penta- ve hekza-nükleotitlerin G. hirsutum da daha yüksek iken; di-nükleotit tekrarların ise G. arboreum ve G. raimondii de daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. Di nükleotitler arasında G. arboreum'un mikrosatellitleri G. raimondii'den daha fazla olduğu sonucuna varılmıştır. Üç türün her kromozomunda mikrosatellit sayıları değişiklik göstermekte olup en yüksek değerler Oryantal pamukta bulunmuştur. Üç pamuk türünün gen (genik) ve genler arası (intergenik) SSR sıklığı karşılaştırıldığında genik-SSR yönünden en fazla sıklığa sahip olan Peru pamuğu bulunmuş ve bunu Upland pamuğu ve Oryantal pamuğu takip etmiştir. Genler arası SSR yönünden ise en yüksek sıklığa sahip olan Oryantal pamuğu olup bunu Peru pamuğu ve Upland pamuğu takip etmiştir. Her bir pamuk kromozomunda farklı SSR tiplerinin sıklığı ve dağılımı incelendiğinde SSR lokuslarının sıklığı kromozom boyutuyla ilişkili olmadığı belirlenmiştir. Üç pamuk türünün SSR yoğunluklarının farklı olduğu ortaya konmuştur. G. hirsutum'da genik-SSR ve intergenik SSR daha fazla iken; G. raimondii'de genik ve intergenik SSR sayısının daha az olduğu sonucuna varılmıştır. Bu çalışma mikrosatellitlerin gen elementlerinin önemli bir bileşeni olduğunu doğrulamıştır. Oryantal pamuk (A genom) ve Upland pamukta (AD genom) tri-nükleotit tekrarları kodlama bölgelerinde daha yaygın olurken; Peru pamukta di-nükleotit tekrarlarının daha fazla olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Mikrosatellit dizilerin üç farklı okuma çerçevesinde kodladıkları amino asitler belirlendi ve SSR dizilerinden tri nükleotit ve penta-nükleotitlerin mono-peptit veya di-peptit tekrarlı amino asitleri kodladığı, di-nükleotit tekrarların ise di-peptit amino asitleri kodladığı belirlenirken, tetra- ve penta-nükleotit tekrarların tetra- ve penta-peptit tekrarlı amino asitleri sentezledikleri belirlenmiştir. Canlılar aleminin en önemli polisakkariti olan selülozu sentezleyen selüloz ve selüloz sentaz benzeri genler mikrosatellit içerenler ve içermeyenler olarak gruplandırıldı ve mikrosatellit içeren selüloz ve selüloz sentaz benzeri genleri içerdikleri mikrosatellitlerin onların fonksiyonları ve filogenetik pozisyonları yönünden etkili oldukları sonucuna varılmıştır. Mikrosatellitlerin verici diploit genomlardaki sayıları ile tetraploit genomdaki sayıları karşılaştırıldığında evrim sürecinde bir kısım mikrosatellitlerin kayıp olduğu ancak bazı yeni mikrosatellitlerin ise de novo oluştuğu tespit edilmiştir. Çalışmanın diğer bir sonucu olarak NGS tabanlı referans genom bilgileri kullanılarak herhangi bir organizmanın tüm mikrosatellit türlerini tanımlamak ve genik ile intergenik mikrosatellitleri tür içerisinde veya türler arası karşılaştırmaların mümkün olduğu görülmüştür. Bu sayede gen, gen bölgelerine özgü fonksiyonel mikrosatellit (SSR) markırlarının elde edilebileceği bu tez çalışmasıyla teyit edilebilmiştir.