The effect of blue light on unicellular organisms at transcriptome level
Mavi ışığın tek hücreli organizmaların transkriptom profiline etkisi
- Tez No: 434278
- Danışmanlar: PROF. DR. İBRAHİM HALİL KAVAKLI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoloji, Biyoteknoloji, Genetik, Biology, Biotechnology, Genetics
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Hesaplamalı Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Canlılar, çevrelerindeki ışığı algılayarak metabolizmalarını ve fizyolojilerini bulundukları ortama uyum sağlayacak şekilde optimize ederler. Bununla beraber, ışık bütün canlılarda bulunan nükleik asitler, lipidler ve proteinler üzerinde zararlı etkilere de sebep olabilir. Güneş ışınlarının bu etkileri nedeniyle prokaryot ve ökaryot hücrelerde hayatta kalma stratejisi olarak ve metabolizmalarını adapta etmek amacıyla ışığı algılama ve tepki kapasitesi çok yaygınlaşmıştır. Bu tez çalışmasında RNA dizileme yöntemi kullanılarak tek hücreli canlılarda (Vibrio cholerae ve Cyanidioschyzon merolae) ışığın etkilediği yolaklar hesapsal yöntemler yardımıyla belirlenmiştir. C. merolae en ilkel fotosentetik ökaryotlardan biridir. Hem bir ekstremofil olması hem yosunlar ve kara bitkileri arasındaki evrimsel geçiş açısından önemli olması nedeniyle, ışığın değişen çevre koşullarında canlılık üzerindeki etkisini araştırmak için iyi bir model organizma olarak düşünülmektedir. Bu yüzden, biz bu canlıda kırmızı ve mavi ışık etkisini RNA dizileme yöntemini kullanarak inceledik. Sonuç olarak, bu canlının sahip olduğu 5103 genin % 35'i ve 155 transkripsiyon faktörün % 46'sının mavi ve kırmızı ışık tarafından düzenlendiği bulunmuştur. Bu canlıda herhangi bir kırmızı ışık fotoreseptörü bulunmamasına rağmen, kırmızı ışığın toplam genlerin % 22'sini düzenlemesi beklenmedik bir sonuç olarak not düşülmüştür. Işığın canlılar üzerindeki etkilerinden birinin de foto-oksidatif stress olduğu bilinmektedir. Yapılan analizler sonucunda C. merolae hücrelerinin gen transkripsiyonu düzeyinde verdiği ışık tepkisinin foto-oksidatif stres kaynaklı olmadığı tespit edilmiştir. Mavi ışık tarafından gen transkripsiyonu düzenlenen 3 kriptokrom geninin ise (CmPHR2, CmPHR3 ve CmPHR7), mavi ışığa bağlı bazı genlerin transkripsiyonunu düzenlediğini tahmin etmekteyiz. Ayrıca kırmızı ışık etkisindeki gen transkripsiyonlarındaki değişimin retrograde sinyal iletim mekanizmaları ile alakalı olabileceğine dair güçlü bir kanıt olarak düşünülebilir. İkini çalışma olarak, gen nakavt ve RNA dizileme yöntemlerini kullanarak fototrof olmayan bir bakteri olan V. cholerae'da ışığın gen transkripsiyonu üzerine etkisini araştırdık. Genom düzeyinde yapılan analizlerde genlerin % 6,3'ünün (222 gen) transkripsiyonunun mavi ışık tarafından düzenlendiği ortaya çıkmıştır. Bulunan bir diğer sonuç ise, bu düzenlemenin foto-oksidatif stress sonucu üretilen reaktif oksijen türevleri tarafından olduğu tespit edilmiştir. Elde edilen nakavt hücre hatları sayesinde 222 genin transkripsiyonunu düzenleyen mekanizma tam olarak ortaya çıkarılmıştır. Buna gore, anti-sigma faktörü olan ChrR (VC2301) ve metalo-regülatör protein olan MerR'in (VCA0056), hücresel koruma, DNA onarımı ve karbon metabolizmasında rol oynayan genlerin transkripsiyonunu düzenlediği bulunmuştur. Konak hücresi dışında doğal su ortamında uzun süreler ışığa maruz kalarak yaşayabilen bu canlının hayatta kalabilme stratejisi olarak gen düzeyinde böyle bir düzenlemeyi yaptığı düşünülmektedir.
Özet (Çeviri)
The ability of light perception is crucial for the survival of most organisms that enables them to adjust their physiology and metabolism to the changing environmental conditions. Light, in contrast, is also a threat to any living organism owing to the deleterious effects it can have on nucleic acids, lipids and proteins. Therefore, the capacity to sense and respond to light is widespread among prokaryotes and eukaryotes to survive and adapt themselves as a result of selective pressure of the solar irradiation. This dissertation concentrates on the analysis of light regulated pathways in unicellular organisms, non-phototrophic prokaryote Vibrio cholerae and phototrophic red alga Cyanidioschyzon merolae, via transcriptome profiling. C. merolae is one of the most primitive of photosynthetic eukaryotes. Since it is an extremophile, it is conceivable to study the effect of light on this organism to see how it adapts itself to different environmental conditions and to establish an evolutionary conserved global light response between algae and land plants. Therefore, we decided to investigate the direct effect of red and blue lights at the transcriptional level as well as to verify known blue light receptor genes and the involved transduction pathways using next generation RNA-seq approach. Our results indicated that transcriptional regulations of 35 % of the total genes, including the genes encodes 46 % of transcription factors, were regulated by blue and red lights in C. merolae. Unexpectedly, although there are yet no identified red light photoreceptors, 22 % of the total genes (1116) were regulated by the red light; 521 genes were solely red-light responsive. Transcriptional modulation due to light exposure does not arise from photo-oxidative stress. Blue light dependent regulation of three cryptochromes (CmPHR2, CmPHR3 and CmPHR7) implies a potential role in light-dependent transcriptional regulation in C. merolae. In spite of absences of any red light photoreceptors, a great impact of the red light on the biological processes may suggest the importance of retrograde signaling in this organism. Secondly, we investigated the effect of blue light in non-phototrophic bacteria V. cholerae by using genetics and transcriptome profiling. Genome-wide analysis revealed that the transcription of 6.3% of the genes was regulated by blue light in V. cholerae. To understand signaling mechanisms, we generated several knockout cell lines and subjected to genome-wide analysis under blue light condition. Studies with a double mutant confirm an anti-sigma factor (ChrR) and a novel putative metalloregulatory-like protein (MerR) are responsible for the genome-wide regulation to blue light response in V. cholerae. We further showed that blue light enhances ROS production, possibly generated through the oxidative phosphorylation pathway. These results demonstrate that V. cholerae responds to blue light with a novel mechanism to produce an appropriate response against photo-oxidative stress. This response regulates the transcription of genes involved in cellular protection, DNA repair, and carbon metabolism. Outside its host, V. cholerae can survive for extended periods in natural aquatic environments. Therefore, the regulation of light response for V. cholerae is a critical cellular process for its survival. Collectively, all these data reveal that light is important not only for phototrophs but also non-phototrophs to regulate their metabolism and related physiological pathways through elegant and complex signaling cascades.
Benzer Tezler
- The Effect of selected pesticides on the gravth and nitrogen fixation in cynobacteria
Başlık çevirisi yok
SİMA GÜNER SIVACI
- Mavi ışık yayan diyotların bazı bakteri ve mantar türleri üzerindeki antimikrobiyal etkisinin araştırılması
Investigation of the antimicrobial effect of blue light emitting diodes on several bacteria and fungus species
YELİZ DURGUN
Doktora
Türkçe
2019
BiyomühendislikTokat Gaziosmanpaşa ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSA KARAMAN
- Mavi ışık yayan bir organik diyotta perilen diimid kullanımının etkisi üzerine bir empedans çalışması
An impedance study on the effect of a perylene diimide usage in a blue organic light emitting diodes
GÖRKEM MEMİŞOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Bilim ve TeknolojiEge ÜniversitesiGüneş Enerjisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CANAN VARLIKLI
- Fotooksidasyon ve fotosensitizerlerin deniz suyundaki bazı enterik bakterilerin yaşamı üzerine olan etkileri
The Effect of photooksidation and photosensitizers on the life of some enteric bacteria in the sea water
ARZU AYDIN
Yüksek Lisans
Türkçe
1999
BiyolojiOndokuz Mayıs ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. REŞİT ÖZKANCA
- Effect of colour conversion layer on the optical and thermal efficiency of LED based liquid crystal displays
Başlık çevirisi yok
EMRAH BAKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. KADİR DURAK
DR. DEVRİM KÖSEOĞLU