Domateste (solanum lycopersicum) na+/h+ antıporter (nhx) genlerinin tanımlanması ve tuz şoku stresi altında gen ifade seviyelerinin belirlenmesi

Abstract

Dünya çapında artmaya devam eden tuzluluk sorunu, tarımsal verimliliği sınırlayan en önemli abiyotik stres faktörlerinden biridir. Na+/H+ antiporter genleri, Na+ ve H+ iyonlarının vakuolar zar boyunca değişimini katalize edebilen ve bitkilerde hücresel pH ve Na+ iyonu dengesini kontrol edebilen bir transmembran proteinidir. Bu çalışma, biyoinformatik araçlar kullanılarak domates (Solanum lycopersicum) genomundaki (SL4.0 ve ITAG4.0) hedef Na+/H+ antiporter (NHX) genlerinin tanımlanması, farklı türler arasındaki korunmuşluğu, diğer türler ile arasındaki filogenetik ilişkilerinin incelenmesi, kromozomal lokalizasyonları, protein-protein etkileşimleri (PPI), korunmuş motifler ile üç boyutlu protein yapılarının analiz edilmesi amacıyla yürütülmüştür. Çalışmada aynı zamanda SlNHX genlerinin, 240 mM NaCl şoku stresi altında zamana bağlı olarak (0, 6, 12 ve 24. saatlerde) açık çiçek dokularında meydana getirdiği gen ifade seviyelerindeki değişiklikler tespit edilmiştir. Biyoinformatik analiz sonuçları SlNHX genlerinin domates genomunun, 1, 4, 6 ve 10 numaralı kromozomlar üzerinde lokalize olduğunu göstermiştir. Filogenetik analiz sonuçları, bu genlerin SlNHX1, -2, -3 ve -4 vakuol membranlar (Vac sınıfı) üzerinde, SlNHX6 endozomal bölge (Endo sınıfı) üzerinde ve SlNHX7, -8 plazma membranı (PM sınıfı) üzerinde üç farklı gruba ayrıldığını ortaya koymuştur. SlNHX1, -2, 3- , -4, -6 proteinlerinin, transmembran sarmal alanında bulunan ve Na+/H+ antiporter aktivitesinin bir inhibitörü ve vakuol sınıfı NHX proteinlerinin karakteristik özelliği olarak bilinen amilorid bağlanma bölgesine [FFIYLLPPI] sahip olduğu belirlenmiştir. SlNHX genlerinin açık çiçek dokularına ait göreceli ifade seviyeleri özellikle SlNHX6, SlNHX7 ve SlNHX8 olmak üzere tüm SlNHX genlerinin tuz stresi tarafından önemli ölçüde yukarı regüle edildiğini göstermiştir.

Salinity which is spreading throughout the world is one of the most important abiotic stress factors limiting agricultural productivity. The Na+/H+ antiporter genes are transmembrane proteins that are able to catalyze the exchange of Na+ and H+ ions across the vacuolar membrane and control cellular pH and Na+ ion balance in plants. This investigation was conducted in order to perform a genome-wide analysis of NHX genes including phylogenetic relationships, gene structures, motif analysis, three-dimensional protein structures, protein-protein interaction, and chromosome location, using SL4.0 version and ITAG4.0 version of the tomato genome. The gene expression levels of SlNHX members in tomato mature flower tissues at 0th (control), 6th, 12th, and 24th hours under 240 mM NaCl shock stress were also evaluated. Genome-wide analysis of NHX genes showed that SlNHX genes are localized on chromosomes 1, 4, 6, and 10 of the tomato genome. Phylogenetic analysis results revealed that these genes are divided into three different groups SlNHX1, -2, -3, and -4 on vacuole membranes (Vac class), and SlNHX6 on the endosomal (Endo class), and SlNHX7, -8 on plasma membrane (PM class). It has been determined that SlNHX1, -2, 3-, -4, and -6 proteins have an amiloride binding site [FFIYLLPPI] located in the transmembrane helix domain, which is known as an inhibitor of Na+/H+ antiporter activity and a characteristic feature of vacuole class NHX proteins. Relative expression levels of SlNHX genes in open flower tissues showed that all SlNHX genes, particularly SlNHX6, SlNHX7, and SlNHX8, were significantly up-regulated by salt stress.