Şiddetli kuraklık koşullarının Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. bitkisinin morfolojik ve anatomik özellikleri ile beta-karbonik anhidraz gen ifadesi üzerine etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of severe drought conditions on morphological and anatomical characteristics and beta-carbonic anhydrase gene expression of Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.
Yazar: OĞUZHAN KURT
Danışman: PROF. DR. RIZA BİNZET ; DR. ÖĞR. ÜYESİ SERTAN ÇEVİK
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyoloji = Biology
Dizin: Gen ifadesi = Gene expression ; Karbonik anhidraz = Carbonic anhydrases ; Kuraklık = Drought ; Morfolojik analiz = Morphological analysis

Özet:
Bitkiler yaşamları boyunca birçok çevresel stres etmenine maruz kalırlar. Bu stres etmenleri içerisinde kuraklık tarımsal alanları en çok etkileyen stres faktörlerinden birisi olarak ön plana çıkmaktadır. Kuraklık stresi, bitkilerin büyüme ve gelişmelerini olumsuz yönde etkileyerek ciddi verim kayıplarına yol açmaktadır. Tarımsal alanların sürekli olarak azalması ve dünya nüfusunun hızlı bir biçimde artması nedeniyle günümüzde stres kaynaklı meydana gelen ürün kayıplarının önemi artmaktadır. Kuraklık koşulları altındaki bitkilerde verim kayıplarını azaltmanın en olası yolu fotosentez aktivitesini arttırmaktır. Bunu başarabilmek için ise fotosentezin tüm unsurlarının rollerinin anlaşılması gerekmektedir. C4 bitkilerinin fotosentez mekanizmasında önemli rolleri olan enzim gruplarından birisi karbonik anhidrazlardır. Bu protein grubunun C3 bitkilerindeki rolleri ise henüz tam olarak açığa çıkartılamamıştır. Karbonik anhidrazların rollerinin anlaşılması çevresel streslerle başa çıkabilmek için geliştirilecek stratejiler için kilit bir rol oynayabilir. Bu çalışma kapsamında en aktif karbonik anhidraz grubu olarak bilinen β-karbonik anhidraz genlerinin şiddetli kuraklık koşulları altında, gen ekspresyon seviyelerinde meydana gelen değişiklikler Arabidopsis thaliana bitkisinin kök ve yapraklarında incelenmiştir. Bununla birlikte bitki-su ilişkisi, kök, gövde ve yaprakta anatomik ve morfolojik analizler ile yaprak stoma yoğunluk ve morfolojileri de belirlenmiştir. Yapılan analizler neticesinde kuraklık stresinin kök yoğunluğu ve boyunu arttırdığı, gövde boyunu ise azalttığı belirlenmiştir. Yaprak morfolojisinde anlamlı bir fark bulunmamış bununla birlikte anatomik olarak da istatistiksel olarak anlamlı değişiklikler meydana gelmemiştir. β-karbonik anhidraz gen ekspresyonları ise β-karbonik anhidraz-6 haricinde kontrol gruplarına kıyasla önemli ölçüde azalmıştır. Elde edilen veriler karbonik anhidraz genlerinin ekspresyonlarının kuraklık stresi ile birlikte azaldığını göstermiştir. Bu durum C3 bitkilerinde de stres koşulları altında bu proteinlerin rolleri olabileceğini düşündürmüştür. Elde edilen verilerden yola çıkarak, bu genlerle ilgili yapılacak gen mühendisliği çalışmalarıyla karbonik anhidrazların C3 bitkilerindeki rollerinin daha iyi bir biçimde anlaşılabileceğine işaret etmektedir.

Abstract:
Plants are exposed to many environmental stresses throughout their lives. The damage caused by stress factors to plants varies according to the severity, duration of the stress and the type of plant. These damages adversely affect the growth and development of plants, thus causing a serious decrease in yield and quality. With this situation, the increasing world population and the decrease in agricultural areas for different reasons cause an increase in the pressure on agricultural production. Scientific predictions on this subject reveal that even in the best case, millions of people will soon have nutritional problems due to low agricultural production. For these reasons, many scientists aimed to understand the responses of plants to drought stress, to support the tolerance mechanism they developed against stress, and as a result, to increase agricultural production and continue their research on this subject. Understanding the roles of genes that play a role in stress tolerance in these studies is of great importance. In this thesis study, the expression status, morphological and anatomical effects of β-carbonic anhydrases, which are known to have a role in the carbon dioxide concentrating mechanism in C4 plants, in the model plant A. thaliana, were investigated. Plant-water conditions were followed to determine the level of drought stress. Rooting rate, leaf and stem dimensions of the plant were analyzed in order to reveal the morphological effects of severe drought stress. Sections taken from the stem and leaves were analyzed to determine the anatomical features. In these analyzes, the sizes of stomata and epidermis cells were measured, the structures of vascular bundles and mesophyll cells were visualized, and the stomatal densities on the leaf surface were revealed. Although there were differences in some parameters as a result of anatomical and morphological analyzes, mostly close results were obtained. Beta-carbonic anhydrase gene profiles were examined in 6 different genes in leaves and roots. As a result of these examinations, it was observed that there was a decrease in gene expressions in all genes except for the β-carbonic anhydrase 6 gene found in the leaf. We think that these data will contribute to the understanding of the contradictory results about β-carbonic anhydrases in the literature and contribute to the understanding of the physiological and morphological changes in plants of drought stress.