Tarımsal Biyoteknolojide Mobil Genetik Elementlerin Moleküler Markör Olarak Kullanılması

Türkiye Tarımsal Araştırmalar Dergisi dergipark.gov.tr/tutad Derleme / Review Turk J Agric Res 2017, 4(3): 302-310 © TÜTAD ISSN: 2148-2306 e-ISSN: 2528-858X doi: 10.19159/tutad.310507 Tarımsal Biyoteknolojide Mobil Genetik Elementlerin Moleküler Markör Olarak Kullanılması Arzu KOÇAK, Behcet İNAL* Siirt Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, Tarımsal Biyoteknoloji Bölümü, Siirt, TÜRKİYE Geliş Tarihi/Received: 04.05.2017 Kabul Tarihi/Accepted: 23.08.2017 ORCID ID (Yazar sırasına göre / by author order) ORCID ID (Yazar sırasına göre / by author order) İD orcid.org/0000-0001-7511-5687 İD orcid.org/0000-0003-2215-2710 orcid.org/0000-0001-7511-5687; orcid.org/0000-0003-2215-2710 *Sorumlu Yazar/Corresponding Author: *Sorumlu Yazar/Corresponding Author: Özet: Moleküler markör tekniklerinin temeli, melezleme veya polimeraz zincir reaksiyonuna (PZR) dayanır. Farklı stratejilerin bir kombinasyonu olarak yeni ve ileri teknikler geliştirilmiştir; örneğin cDNA’lar, spesifik dizilerin enzim kesimi veya kullanımı, ifade edilmiş dizi etiketleri (EST’ler), mikrosatellitler, retrotranspozonlar olarak sıralanabilir. Retrotranspozonlar bir tür (Sınıf I) transpoze olabilen (genomda farklı yerlere entegre olabilen) elementlerdir. Transpozon elementleri (TE) bitkilerde fiziksel olarak genomun önemli bir kısmını oluştururlar. Retrotranspozonlar aynı zamanda, amplifikasyon mekanizmaları ve dizilim karakteristikleri nedeniyle moleküler markör teknikleri geliştirmek için de oldukça ideal genetik elementlerdir. Bunlardan bazıları; Retrotranspozon-Arası Çoğaltılmış Polimorfizm, RetrotranspozonMikrosatellit Çoğaltılmış Polimorfizm, Primer Bağlanma Yeri Arası Çoğaltım, Dizilim-Spesifik Çoğaltım Polimorfizmi, Retrotranspozon Temelli İnsertion Polimorfizmi, SINE-Arası Çoğaltılan Polimorfizm, RAPD-Retrotranspozon Çoğaltılan Polimorfizm, Ters Dizilim Etiketli Tekrarlar, MITE-Arası Polimorfizm ve Transpoze Olabilen Gösterim bulunmaktadır. Bu metotlar farklı tarımsal ıslah amaçları için yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bunlardan bazıları genetik çeşitliliğin, genetik bağlantının belirlenmesi, genom haritalaması, DNA parmak izi analizi, filogenetik, somaklonal varyasyon çalışmaları, transgenik araştırmaları, gelişim biyolojisi ve mutagenesis çalışmalarında kullanılmaktadır. Bu çalışmada, farklı retrotranspozon-temelli markör tiplerinin tarımsal biyoteknolojide genel kullanım alanlarından ve potansiyel uygulamalarından bahsedilecektir. Anahtar Kelimeler: Transpozon, biyo markör, bitki, biyoteknoloji, ıslah The Use of Mobile Genetic Elements as Molecular Marker in Agricultural Biotechnology Abstract: The basis of molecular marker techniques are based on hybridization or Polymerase Chain Reaction (PCR). New and improved techniques have been developed as a combination of different strategies such as; cDNAs, enzyme digestion or the utilization of specific sequences; e.g. expressed sequence tags, microsatellites, and retrotransposons. Retrotransposons are a class (Class I) of transposable elements. Transposon elements physically form an important part of the genome in plants. Retrotransposons are also an ideal target for developing molecular marker techniques because of their amplification mechanism and sequence characteristics. Some of these are; Inter-Retrotransposon Amplified Polymorphism, Retrotransposon-Microsatellite Amplified Polymorphism, Inter Primer Binding Site Amplification, Sequence-Specific Amplification Polymorphism, Retrotransposon Based Insertion Polymorphism, Inter Sine Amplified Polymorphism, RAPDRetrotransposon Amplified Polymorphism, Inverse Sequence Tagged Repeats, Inter-MITE Polymorphism and Transposable display. These methods are used widely for different breeding purposes. Some of those are used in determination of genetic diversity, genetic linkage, genome mapping, DNA fingerprint analysis, phylogenetics, somaclonal variation studies, transgenic research, developmental biology, and mutagenesis studies. In this article, the common uses and potential applications of different retrotransposon-based marker types in agricultural biotechnology will be discussed. Keywords: Transposon, biomarker, plant, biotechnology, breeding KOÇAK ve İNAL 1. Giriş Transpozon elementleri genom içinde konumlarını değiştirebilen tekrar dizileridir ve etki şekillerine göre iki ana gruba ayrılırlar. Sınıf I (veya retrotranspozonlar), ara RNA’lar yoluyla çoğalarak ve yeni bölgelere girerek bir kes-yapıştır tarzında hareket ederler. Sınıf II (veya DNA transpozonları), genom içinde orijinal konumlarından çıkıp yeni bir bölgeye kes yapıştır tarzında girerek hareket ederler. Her bir TE sınıfı daha da alt sınıflara, dizilere ve süper ailelere ayrılır (Wicker ve ark., 2007). Transpozon aktivitesinin genomik çeşitliliği sağlamada ve türlerin evriminde önemli bir faktör olduğu ortaya konmuştur (Feschotte ve ark., 2002). Bu nedenle, akraba türler arasında; korunan kodlayan dizilerin aksine transpozon düzenlemeleri, akraba canlılar arasında bile değişkenlik göstermektedir. Transpozon elementlerin bolluğu ve polimorfizmleri bazı moleküler markör sınıfları geliştirmek için kullanılmıştır ve bunların çoğu TE insersiyon bölgelerini kullanmaktadırlar (Kalendar ve ark., 2011). TE insersiyonları ve içinde girdikleri lokus dizileri arasındaki sınırlardan oluşan eşsiz birleşme noktaları oluştururlar (Bennetzen, 2000). Yakın zamanlarda, You ve ark. (2010) beş sınıf TE-birleşme noktasına dayalı markör sınıfının otomatize tasarımı için RJPrimer yazılımını geliştirmiştir. Bunlar arasında tekrar birleşme noktası-birleşme noktası markörleri (RJM’ler), insersiyon-yeri temelli polimorfizm (ISBP), retrotranspozon arası çoğaltılan polimorfizm ve retrotranspozon-temelli insersiyon polimorfizmi bulunmaktadır. Bu markörlerden ISBP ve RJM yüksek çıktılı genotipleme için kullanışlıdır; çünkü, fazla sayıda primer çifti üretirler (You ve ark., 2010). Ancak ISBP markörleri sadece TE dizilerine dayalı olarak geliştirilmelerine karşın, RJM’ler hem TE hem de gen dizilerini kapsayabilir ve genleri yakalayabilirler. Bu nedenle RJM’ler fonksiyonel genomik çalışmalarda ISBP’ye nazaran ekstra bir avantaja sahiptir. RJM tasarımı eşsiz TE birleşme noktası dizisini kaplayan bir primer ve herhangi tip bir diziden başka bir primer belirlemeyi ilgilendirir (Devos ve ark., 2005). Bu derlemede, TE elementlerin birçok moleküler fonksiyonlarının yanı sıra, önemli bir markör grubu olduklarından bahsedilmiştir. Ayrıca TE’lerin bitki biyoteknolojisindeki kullanım alanları ve markör görevi üstlenerek gerçekleştirdikleri fonksiyonların ne denli önemli oldukları detaylı bir şekilde ele alınmıştır. Bu derleme ile beraber TE’lerin moleküler markör olarak tarımsal biyoteknolojideki kullanım yaygınlığının artacağı tahmin edilmektedir. 2. Bitkilerde Yaklaşımları Moleküler Markör Mutasyonlar ve genetik rekombinasyon gibi kalıtsal materyal değişiklikleri bir populasyon içindeki genetik çeşitliliğe katkıda bulunmaktadır. Son yıllarda DNA dizisinde herhangi bir değişikl (...truncated)