Ayrık tuz çimi'nde (Puccinellia distans) selenyum (Se) toksisitesine dayanıklılık genlerinin belirlenmesi
Determination of selenium (Se) toxicity tolerance genes in European alkali grass (Puccinellia distans)
Yazar: KÜBRA BUDAK
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET AYDIN AKBUDAK
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarımsal Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Ziraat = Agriculture
Dizin: Kuraklık = Drought ; Maya = Maya ; Selenyum = Selenium ; Toksisite = Toxicity ; Tolerans = Tolerance ; Tuz = Salt

Özet:
Metal/metaloid toksisitesi, bitki gelişimini olumsuz yönde etkilemektedir ve tarımsal üretimde kayıplara yol açmaktadır. Bir metaloid olan selenyum (Se) insanlar ve hayvanlar için esansiyel bir element olmakla birlikte, fazlalığı bitkiler dahil olmak üzere tüm canlılarda toksisiteye neden olmaktadır. Metal/metaloid faktörlerine karşı tolerans gösteren mekanizmaların araştırılmasında hiperakümülatör bitki türleri kullanılmaktadır. Bu çalışmada, bor hiperakümülatör ve selenyum akümülatör bir tür olan Puccinellia distans kullanılmıştır ve bu bitkinin ayrıca kuraklık ve tuzluluk gibi stres faktörlerine de tolerans sağladığı bilinmektedir. Ancak, Se toleranslığı ile ilişkili genler P. distans'ta net olarak olarak belirlenmemiştir. Bu nedenle, Se tolerans genlerini belirlemek amacıyla; P. distans cDNA kütüphanesi, toksik dozda selenyuma karşı maya hücreleri ile taranmıştır. Tarama sonucunda; toksik dozda selenyuma tolerans gösteren iki farklı gen; kök ve yaprak cDNA kütüphanelerinde belirlenmiş olup, sırasıyla PKS1 ve PYS9.1 olarak isimlendirilmişlerdir. Sekanslama işlemi sonrasında PKS1'in "Tiyosiyanat metiltransferaz", PYS9.1'in ise "Çinko Transporter 8" olduğu belirlenmiştir. Çinko Transporter 8 taşıyan kolonilerin, 15 mM'a kadar sodyum seleniti tolere edebildiği belirlenirken; Tiyosiyanat metiltransferaz'ın 50 mM'a kadar sodyum seleniti tolere edebildiği belirlenmiştir. Ayrıca bu genlerin, tuz ve kuraklık stresine karşı toleranslığı, maya hücreleri kullanılarak araştırılmıştır. Ancak yüksek konsantrasyonlardaki selenyuma tolerans sağlaması nedeni ile; bu çalışmada Tiyosiyanat metiltransferaz geninin karakterizasyonuna yoğunlaşılmış ve bu genin ifadesi P. distans kök dokuları ve mayada RT-qPCR ile belirlenmiştir. ICP-MS analizi ile hücre içerisindeki selenyum miktarı belirlenmiştir. Elde edilen sonuçların; metal/metaloid stresine karşı toleranslılıkla ilişkili genlerin belirlenmesine yönelik çalışmalara ve bu streslere karşı dayanıklı kültür çeşitlerinin geliştirilmesine yönelik biyoteknolojik araştırmalara katkıda bulunacağı düşünülmektedir.

Abstract:
Abiotic stresses such as metal/metalloid toxicity negatively impact plant growth and development. Selenium (Se), a metalloid, is essential for humans and animals, but excessive amounts of Se can cause toxicity in all organisms, including plants. The identification of mechanisms that tolerance to metal/metalloid factors plant species that are hyperaccumulators often used. In this study, Puccinellia distans, an accumulator species of boron and selenium, is known to have multi-tolerance to stress factors such as drought and salinity. While transcriptomic studies have attempted to shed light on Se tolerance mechanisms, the genes involved in this mechanism have not been clearly identified. To identify Se tolerance genes, the existing P. distans cDNA library was screened with yeast cells against toxic levels (15 mM) of selenium. As a result of the screening, two different genes that showed tolerance to toxic levels of selenium were identified in the root and leaf cDNA libraries, respectively, and were named PKS1 and PYS9.1. After sequencing, PKS1 was determined to be Thiocyanate methyltransferase 2, and PYS9.1 was determined to be Zinc Transporter 8. Colonies carrying the Zinc Transporter 8 gene were found to be able to tolerate up to 15 mM sodium selenite on YNB medium, while yeast cells carrying the Thiocyanate methyltransferase 2 gene were found to be able to tolerate up to 50 mM sodium selenite. The tolerance of P. distans " Thiocyanate methyltransferase 2" and "Zinc Transporter 8" genes to salt and drought stress was also investigated using yeast cells carrying these genes. However, due to its ability to provide tolerance to high concentrations of selenium, the characterization of the Thiocyanate methyltransferase 2 gene was not carried out in this study. Future studies on the functional characterization of these genes in plant cells and their roles in the Se tolerance mechanism will contribute to the development of plant species with increased tolerance to metal/metalloid toxicity and other abiotic stresses.