Kuraklık stresinin bazı biber genotiplerinde meydana getirdiği etkilerin morfolojik, fizyolojik, biyokimyasal ve moleküler özellikler bakımından incelenmesi
Investigation of the effects of drought stress on some pepper genotypes in terms of morphologic, physiological, biochemical and molecular properties
Yazar: OĞUZHAN ARAZ
Danışman: PROF. DR. MELEK EKİNCİ
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bahçe Bitkileri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Ziraat = Agriculture

Özet:
Amaç: Küresel ısınmanın artan etkisiyle kuraklık, bitki büyümesini ve verimliliğini etkileyen en kritik stres faktörlerinden biri haline gelmiştir. Bu çalışmanın amacı, su eksikliği koşulları altında ülkemizde yetiştiriciliği yapılan 21 farklı biber genotipinin morfolojik, fizyolojik, biyokimyasal ve moleküler tepkilerini araştırmaktır. 
Yöntem: Su kısıtı uygulamaları, kontrollü serada iki sulama seviyesi (tarla kapasitesinin %100'ü ve %60'ı) kullanılarak fide döneminde uygulanmıştır. Bitki taze ve kuru ağırlığı, kök taze ve kuru ağırlığı, yaprak alanı, klorofil değeri (SPAD), yaprak doku oransal su içeriği, fotosentetik ölçüm parametleri (Pn, gs, Ci, Tr) gibi morfolojik ve fizyolojik parametreler analiz edilmiştir. Stres etkisini gözlemlemek amacıyla hidrojen peroksit (H2O2), malondialdehit (MDA) seviyeleri tespit edilmiştir.  Ayrıca reaktif oksijen türlerini (ROT) temizlemede görev alan antioksidan enzim (katalaz (CAT), peroksidaz (POD) ve süperoksit dismutaz (SOD)) aktiviteleri belirlenerek, absisik asit (ABA), prolin ve sakkaroz içerikleri de incelenmiştir. Kuraklığın moleküler özellikler üzerinde tepkisini belirlemek amacıyla moleküler analizler yapılmış ve incelenen genlerin (CaSOD, CaCAT, CaDRT1, CaDHN3, CaPIP1-1, CaPIP1-2, CaTIP1-2, CaTIP5-1) ifade seviyeleri kantitatif ters transkripsiyon polimeraz zincir reaksiyonu (qRT-PCR) kullanılarak tespit edilmiştir. 
Bulgular: Su kısıtı koşulları, bitkilerin taze ve kuru ağırlık ve yaprak alanı gibi büyüme parametrelerinde azalmaya neden olmuştur. Ayrıca, MDA seviyelerinde bir artış, doku su içeriği, fotosentetik aktivite, terleme, CO₂ seviyeleri, stoma iletkenliği ve klorofil içeriğinde bir azalma meydana getirmiştir. Su stresi H2O2, ABA, prolin ve sakaroz içeriğinde ve SOD, POD ve CAT antioksidan enzimlerin aktivitelerinde artışa yol açmıştır. Kuraklık tepkisiyle ilişkili genlerin ifade seviyeleri qRT-PCR kullanılarak ölçülmüş ve genotipler arasında önemli farklılıklar ortaya çıkmıştır. Özellikle ROT temizlemekten sorumlu antioksidan enzim genleri CaSOD ve CaCAT, genotipler arasında farklı ifade seviyeleri sergilemiştir. Kuraklık koşulları altında CaDHN3 ve aquaporin (AQP) gen ifade seviyelerinde azalma ve CaDRT1 geninin ifadesinde ise artış gözlemlenmiştir. 
Sonuç: Yapılan analizler, kümeleme ve TBA sonuçlarına göre özellikle su kısıtı altında bazı genotipleri daha yüksek biyokütle ve stres yanıt göstergeleri sergilemiş, diğer genotiplerde kuraklık stresi etkisi değişkenlik göstermiştir. Çalışma biberde kuraklık stres tolerans mekanizmalarındaki çeşitliliği vurgulamakta ve bitkilerin kuraklığa karşı morfolojik, fizyolojik, biyokimyasal ve moleküler tepkileri hakkında önemli bilgiler sunarak, biberde kuraklığa toleransı artırmayı amaçlayan gelecekteki araştırmalar için ek bir kaynak olabilecektir.

Abstract:
Purpose: With the increasing effect of global warming, drought has become one of the most critical stress factors affecting plant growth and productivity. The aim of this study is to investigate the morphological, physiological, biochemical and molecular responses of 21 different pepper genotypes grown in our country under water deficit conditions.
Method: Water deficit applications were made during the seedling period using two irrigation levels (100% and 60% of field capacity) in the controlled greenhouse. Morphological and physiological parameters such as plant fresh and dry weight, root fresh and dry weight, leaf area, chlorophyll value (SPAD), leaf relative water content, photosynthetic measurement parameters (Pn, gs, Ci, Tr) were analyzed. To observe the stress effect, hydrogen peroxide (H2O2) and malondialdehyde (MDA) levels were determined. In addition, antioxidant enzyme activities (catalase (CAT), peroxidase (POD), and superoxide dismutase (SOD)) responsible for scavenging reactive oxygen species (ROS) were determined, and abscisic acid (ABA), proline, and sucrose contents were also examined. Molecular analyses were performed to determine the drought response on molecular traits, and the expression levels of the genes (CaSOD, CaCAT, CaDRT1, CaDHN3, CaPIP1-1, CaPIP1-2, CaTIP1-2, CaTIP5-1) studied were determined using quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction (qRT-PCR).
Findings: Water deficit conditions caused a decrease in plant growth parameters such as fresh and dry weight and leaf area. It also caused an increase in MDA levels and a decrease in tissue water content, photosynthetic activity, transpiration, CO₂ levels, stomatal conductance, and chlorophyll content. The levels of H2O2, ABA, proline and sucrose and the activities of the antioxidant enzymes SOD, POD and CAT were increased by water stress. Expression levels of genes related to drought response were measured by qRT-PCR and significant differences were found between genotypes. In particular, the antioxidant enzyme genes responsible for ROS scavenging, CaSOD and CaCAT, showed different expression levels among the genotypes. Under drought conditions, a decrease in CaDHN3 and aquaporin (AQP) gene expression levels and an increase in CaDRT1 gene expression levels were observed.
Results: According to the analysis, clustering and PCA results, some genotypes exhibited higher biomass and stress response indicators, especially under water limitation, while the effect of drought stress varied in other genotypes.The study highlights the diversity of drought stress tolerance mechanisms in pepper. It provides important information on the morphological, physiological, biochemical and molecular responses of plants to drought and can be an additional resource for future research aimed at increasing drought tolerance in pepper.