Mutant ve mutant olmayan çeltik bitkilerinde tuz stresinin morfolojik, fizyolojik, biyokimyasal ve moleküler etkileri
Effect of salt stress on mutant and non-mutant rice plants at morphological, physiological, biochemical and molecular level
Yazar: YUNUS EMRE ARVAS
Danışman: PROF. DR. İSMAİL KOCAÇALIŞKAN ; DOÇ. DR. EMEL ORDU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı / Moleküler Biyoloji ve Genetik  Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Biyoloji = Biology
Dizin: Antioksidanlar = Antioxidants ; Enzim aktivitesi = Enzyme activity ; Gen ifadesi = Gene expression ; Moleküler markerler = Molecular markers ; Mutant = Mutant ; Polimorfizm-genetik = Polymorphism-genetic ; Retrotranspozon = Retrotransposon ; Tuz stresi = Salt stress ; Çeltik = Paddy

Özet:
Bu çalışma, in vitro ortamda Murashige ve Skoog (MS) besiyerinde on beş ve otuz günlük iki farklı zaman diliminde, 50 mM, 100 mM ve 200 mM NaCI konsantrasyonlarında mutant bir varyete (Oryza sativa L. cv. Kızıltan mutant) ve mutant olmayan üç varyete (Oryza sativa L. cv. Maraş sarı çeltik, Kızıltan ve dhan 47) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Çalışmada altı farklı morfolojik parametre (kök ağırlığı, kök uzunluğu, bitki ağırlığı, gövde uzunluğu, kök sayısı ve yaprak sayısı), çözünebilir protein miktarı, antioksidan enzim aktiviteleri, gen anlatımları ve retrotranspozon polimorfizmleri analiz edilmiştir. Varyeteler arasında 30 günlük gövde uzunluğu sonuçlarında en fazla uzunluk Maraş varyetesinde, en az uzunluk dhan 47 bitkisinde gözlenmiştir. Kök uzunlukları üzerinde 100 mM'a kadarki tuz konsantrasyonlarında olumsuz etkisi gözlenmezken, 200 mM ortamda olumsuz etki ettiği gözlenmiştir. Kızıltan varyetesinde yapraklardaki SOD aktivitesinin kontrole göre azaldığı gözlenirken köklerde 100 mM tuz konsantrasyonuna kadar artan aktivite gösterdiği gözlenmiştir. Dhan 47 varyetesinde yapraklardaki en fazla CAT aktivitesinin 50 mM konsantrasyonda olduğu gözlenirken, köklerde azalan aktivite gösterdiği gözlenmiştir. Otuz günlük sonuçlarda yaprak ve köklerde tüm çeltik varyetelerinde kontrole göre FDH aktivitesinin arttığı gözlenmiştir. Gen anlatımı analizlerinde, köklerde en yüksek (7 kat) gen anlatımı Kızıltan 100 mM tuz konsantrasyonda gözlenmiştir. Yapraklarda ise en yüksek (14 kat) anlatım 200 mM tuz konsantrasyonunda, Kızıltan mutant yaprağında olmuştur. Elde edilen sonuçlar ile tuz stresine duyarlı ve dirençli farklı çeltik varyetelerinin tuzluluğun giderek arttığı tarım arazilerinde kullanılabilirliğine katkı sağlaması beklenmektedir. Retrotranspozon çalışmaları ise, aynı varyetenin ve farklı çeltik varyetelerinin farklı tuz konsantrasyonlarında farklı bant profilleri ve polimorfizm oranlarının elde edilmesi ile sonuçlanmıştır. Mutant örneklerde Jaccard benzerlik indeksi ile yapılan hesaplamada IRAP ve REMAP analizlerinde polimorfizm oranlarının Houba için % 0- 98 arasında değiştiği ve mutant varyetelerin mutant olmayan varyetelere kıyaslandığında IRAP ve REMAP sonuçlarında değerli sonuçlar verdiği gözlenmiştir. Bu çalışma, uygun retrotranspozonlarla çeltik bitkisinde farklı tuz konsantrasyonlarında retrotranspozonlar hakkında değerli veriler göstermiştir. Bu sonuçlar, test edilen tüm retrotranspozonların hala aktif olduğunu ve çeltik bitkileri arasında genomik polimorfizme neden olduğunu göstermektedir.

Abstract:
This study was carried out in tissue culture medium using one mutant variety (Oryza sativa L. cv. Kızıltan mutant) and two stress resistance varieties (Oryza sativa L. cv. Maraş yellow rice, Kızıltan and dhan 47) at 50 mM, 100 mM and 200 mM NaCl concentrations in two different periods (fifteen and thirty days). In the study, six different physiological parameters (root weight, root length, plant weight, stem length, root number and leaf number), soluble protein content, antioxidant enzyme activities, gene expressions and retrotransposon polymorphisms were analyzed. Among the varieties, in the 30-day stem length results, the highest length was observed in the maraş variety, and the least length was observed in the dhan 47 plant. While there was no negative effect on root lengths as much as 100 mM, it was observed that it had a negative effect in 200 mM medium. It was observed that the SOD activity in the leaves decreased in the Kızıltan variety compared to the control, while it was observed that the activity increased up to 100 mM salt concentration in the roots. In the dhan 47 variety, the highest CAT activity in the leaves was observed at 50 mM concentration, while it was observed that it showed decreasing activity in the roots. In the 30-day results, it was observed that FDH activity increased in leaves and roots in all rice varieties compared to the control. In gene expression analyses, the highest (7 times) gene expression in roots was observed at Kızıltan100 mM salt concentration. The highest expression (14 times) in leaves was in the Kızıltan mutant leaf at 200 mM salt concentration. The results showed different responses in physiological, antioxidant and gene expression analyzes as salt concentrations of all rice varieties used in the study increased. With the results obtained, it is expected that different rice varieties that are sensitive and resistant to salt stress will contribute to the usability of agricultural lands where salinity is gradually increasing. Retrotransposon studies have resulted in different band profiles and polymorphism results between different salts concentrations of the same variety and various rice varieties. We observed that polymorphism ratios ranged for Houba 0- 98% in IRAP and REMAP analyzes in the calculation made with the Jaccard similarity index in mutant samples. We report that mutant varieties give valuable results in IRAP and REMAP results compared to non-mutant varieties. This study showed valuable data on retrotransposon-based salinity stress treatment in rice with suitable retrotransposons. These results suggest that all tested retrotransposons are still active, causing genomic polymorphism among the rice plantlet.