Hassas buğday (Triticum aestivum L.) seri82 çeşidinde sarı pas (Puccinia striiformis f. sp. tritici) enfeksiyonu gelişiminde rol alan proteinlerin proteomik yaklaşımla incelenmesi

Abstract

Buğdayda (Triticum aestivum L.) Puccinia striiformis f. sp. tritici (Pst)'nin etmeni olduğu sarı pas hastalığı, dünya çapında en tahripkar hastalıklardan birisidir. Pst oldukça kısa zamanda yeni ırklar geliştirme, rüzgar etkisiyle de kolaylıkla ve hızlıca yayılım gösterebilme konusunda yüksek bir potansiyele sahiptir. Dayanıklı buğday çeşidi kullanımı ve fungusit uygulamaları ile sarı pas hastalığı kontrol edilmeye çalışılmaktadır. Bununla birlikte yeni virülent ırklar ve çevresel koşulların etkisiyle dünyanın farklı yerlerinde son derece tahripkar epidemiler meydana gelebilmektedir. Bu yüzden hastalıkla mücadelede daha etkin ve hızlı yöntemlere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu bağlamda buğday/Pst etkileşiminin moleküler mekanizmalarını ve bu süreçlerde işlevsel olan gen ve gen ürünlerinin aydınlatılması önem taşımaktadır. Tez kapsamında proteomik yaklaşım kullanılanılarak virülent fungal saldırıya karşı bitki incelenmiştir. Çalışma, buğday-Pst etkileşiminde hastalık cevabının incelendiği ilk proteomik çalışmalardan biridir. Elde edilen veriler, bu konuda yapılmış genomik ve işlevsel genomik çalışmaları da tamamlayıcı niteliktedir. Tez çalışması kapsamında sarı pasa hassas buğday çeşidi Seri82 kullanıldı. Patojenle inokule edilmiş (enfekte) ve boş inokulasyon yapılmış (kontrol) bitkilerin 24, 48, 72 ve 96. saat yaprak örneklerinden hazırlanan total protein ekstraktları, PF2D (İki boyutlu protein fraksiyonlama) sisteminde iki boyutlu ayrılarak fraksiyonlandı. Her bir zaman dilimine ait enfekte/kontrol örneklerin protein profilleri bire bir karşılaştırıldı. Pst ile inoküle edilen örneklerde kontrole göre farklı eksprese olan proteinler seçildi ve nanoLC-ESI-MS/MS sistemi kullanılarak tanımlandı. Tüm zaman dilimlerinde, farklı eksprese olan toplam 193 protein tanımlandı. Tanımlanan proteinlerin %30?u fungal kaynaklı, %70'inin ise konukçu kaynaklı olduğu bulundu. Hem fungal hem de bitkisel proteinler temel biyolojik fonksiyonlarına göre farklı gruplar altında sınıflandırıldı. Bu gruplar patojen saldırısı, bitki savunması, stres cevabı, sinyal iletimi, transport, transkripsiyon, metabolizma, enerji metabolizması (fotosentez ve elektron transportu), protein metabolizması ve yapısalı içermektedir. Ayrıca fungal proteinlerin %70'i bilinen proteinlerden hiç birisi ile homoloji göstermedi ve hipotetik grup olarak sınıflandırıldı. Her bir fonksiyonel grup ve içerdiği protein oranları farklı zaman dilimlerinde çeşitlilik gösterdi. İnokulasyon sonrası 24. saatte tanımlanan fungal proteinlerden biri konukçu hücre yüzeyine tutunmada rol aldığı bilinen Metil alımı kemotaksis proteini (Methyl-accepting chemotaxis protein-MCP) ile homoloji göstermiştir. Diğer bir fungal protein ise bitki hücresine giriş için Pst sporlarından gelişen flagella biyosentezinde rol alan FliO/FliZ ile homoloji göstemiştir. İki bitkisel protein ise bitki savunmasının ilk aşamalarında önemli rollere sahip süperoksit dismutazlar (Superoxide dismutases-SOD) ve Flavanon 3 hidroksilaz (Flavanone 3 hydroxylase-F3H) ile homoloji göstermiştir. 48. saat örneklerde ekspresyon artışı gözlenen fungal Endoksilanaz (Endoxylanase Precursor) proteini ise bitki hücresine giriş için patojen saldırısının devam ettiğini göstermektedir. Aynı zaman diliminde tanımlanan Metakaspaz 4 (Metacaspase 4-MCA4), pas dayanıklı kinaz Lr10 (Rust resistance kinase Lr10-LRK10), Agmatin kumaril transferaz (Agmatine Coumaroyl Transferase-ACT) ve Lipid transfer proteini (Lipid Transfer Protein-LTP) ise bitki savunmasının önemli proteinlerindendir. 72 ve 96. saatlerde gözlenen fungal İzokorismataz hidrolaz (Isochorismatase hydrolase)'ın ekspresyonunun arttığı görüldü. İzokorismataz hidrolaz, salisilik asit üretiminin inhibitörü ve en önemli bitki savunma baskılayıcılardan biridir. Aynı zaman diliminde bitkisel Kitinaz (Citinase) ve Endokitinaz (Endocitinase) enzimlerinin de anlatımı artmıştır. Bunlar patojen hücre duvarını yıkma ve diğer antifungal özelliklerinden dolayı bitki savunmasında önemli proteinlerdir. Sonuç olarak, sunulan tez çalışması literatürde karşılaştığımız, buğday-Pst etkileşiminde hassasiyet cevabının incelendiği en kapsamlı proteomik çalışmadır ve son derece özgün bulgular içermektedir. Bu sonuçların hastalığın kontrolü için daha hızlı ve etkin mücadele yöntemlerinin geliştirilmesine katkı sağlayacağı düşünülmektedir.