Mısırın (Zea mays L.) tuza hassas ve dirençli varyetelerinde östrojen uygulaması ile alternatif solunum yolunun uyarılması ve tuz stresine toleransının artırılması
Improvement of plant resistance against salt stress and activation of alternative respiration pathyway by exogenous estrogen application in sensitive and resistance maize varieties
Yazar: FARİDEH KHATAEI KHOSROUSHAHI
Danışman: DOÇ. DR. SERKAN ERDAL ; YRD. DOÇ. DR. MUCİP GENİŞEL
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Botanik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Biyoloji = Biology

Özet:
Bu çalışmada tuzluluğa tolerans yetenekleri farklı olan iki çeşit mısır varyetesinde tuz stresine karşı antioksidan sistemin yanı sıra alternatif solunum yolunun yanıtları ve östrojenin bu yanıtlara etkisi araştırılmıştır. Tuz stresine dirençli (Zea mays cv. Simon) ve hassas (Zea mays cv. 71MAY69) mısır varyeteleri on bir gün boyunca hidroponik ortamda yetiştirilmiş ve daha sonra yapraklarına püskürtme yolu ile östrojen hormonu (10-7 M) uygulandıktan sonra üç gün boyunca tuz stresine (100 mM NaCl) maruz bırakılmıştır. Bitkilerin kök ve yapraklarında meydana gelen değişimler fizyolojik, biyokimyasal ve moleküler açıdan değerlendirilmiştir. Tuz uygulaması hassas ve dirençli mısır varyetelerinin yapraklarında ki POD ve CAT aktivitelerini düşürürken süperoksit dismutaz (SOD), askorbat peroksidaz (APX) ve glutatyon redüktaz (GR) aktivitelerini artırmıştır. Köklerde ise katalaz (CAT) hariç tüm enzim aktiviteleri tuz uygulaması ile belirgin bir şekilde azalmıştır. Tek başına tuz uygulamasına kıyasla tuz ile birlikte östrojen uygulamasının tüm enzim aktivitelerini önemli derecede artırdığı tespit edilmiştir. Yalnız östrojen uygulamasının da kontrol grubuna göre tüm antioksidan enzim aktivitelerini artırdığı tespit edilmiştir. Diğer yandan, tuz uygulaması iki mısır varyetesinde de süperoksit ve hidrojen peroksiti içeren reaktif oksijen türlerinin (ROT) seviyels ile malondialdehit (MDA) içeriğini ciddi değerde artırırken, tuza ilave olarak uygulanan östrojen bu parametrelerdeki artışları tuz uygulamasına kıyasla dikkate değer bir biçimde indirgemiştir. Yalnız östrojen uygulaması da kontrol grubuna göre ROT seviyesini ve MDA düzeyini düşürmüştür. Öte yandan, oksijen tüketiminden elde edilen veriler tuz stresinin hem dirençli hem de hassas mısır varyetesinin yapraklarında ki hücresel solunum değerini artırdığını ortaya koymuştur. Köklerde ise tuz stresi hassas türün solunum değerini artırmış fakat dirençli türün hücresel solunum değerini düşürmüştür. Tuz uygulamasının alternatif solunum değerini hassas bitkinin kökü dışında tüm organlarda artırdığı gözlenmiştir. Tek başına tuz uygulamasına kıyasla tuz ile birlikte östrojen muamelesi her iki mısır çeşidinin hem kökünde hem de yaprağında alternatif oksidaz (AOX) aktivitesinin kayda değer bir şekilde artmasına neden olmuştur.  Hatta yalnız östrojenin uygulanan bitkilerde dahi kontrol bitkilerine kıyasla daha yüksek AOX aktivitesi belirlenmiştir.  Real time PCR'dan elde edilen veriler tuz stresinin AOX ifadesini kontrol eden genlerden AOX1 ve AOX2 ifadesinin artışına neden olduğunu gösterirken, tuz ile birlikte uygulanan östrojenin bu genleri daha da aktive ettiğini ortaya çıkarmıştır. Yalnız östrojen uygulanan bitkilerde de bu genlerin ifadesinin kontrol grubuna göre arttığı belirlenmiştir Tüm bu bulgular östrojen uygulamasının her iki mısır varyetesindeki antioksidan sistemin yanı sıra AOX'un aktivitesini ve ifadesini artırarak tuz stresine karşı bitki toleransını geliştirdiğini göstermektedir.
Anahtar Kelimeler: Östrojen, alternatif oksidaz, solunum, AOX1, AOX2, tuz stresi

Abstract:
In this study, responses of alternative respiration pathway as well as antioxidant system against salt stress in two varieties of maize having different tolerance capabilities to salinity and the effect of estrogen on these responses were investigated.Salt tolerant (Zea mays cv. Simon) and sensitive (Zea mays cv. 71MAY69) maize varieties were grown in a hydroponic media for 11 days and then were exposed to salt stress (100 mM) for 3 days after being sprayed estrogen (10-7 M). The changes occurred in roots and leaves of plants were evaluated in terms of physiological, biochemical and molecular. While salt application decreased peroxidase (POD) and catalase (CAT) activities in the leaves of both varieties, it increased superoxide dismutase (SOD), ascorbate peroxidase (APX) and glutathione reductase (GR) activities. However, in roots, all enzymes' activities (except CAT) was noticeably reduced by salt application. It was determined that compared to salt application alone, salt plus estrogen application increased significantly all enzymes' activities. It was also determined that esrogen application alone increased all enzymes' activities in comparison to control group. On the other hand, while salt stress elevated significantly level of reactive oxygen species (ROS) including superoxide and hydrogen peroxide, and content of malondialdehyde (MDA) in both varieties of maize, estrogen supplementation reduced markedly raises in these parameters compared to salt application alone. Estrogen application without salt also decreased ROS level and MDA content in comparison to control. At the same time, the data obtained from oxygen consumption revealed that salt stress elevated cellular respiration value in the leaves of both varieties. In roots, salt stress elevated cellular respiration value in sensitive ones; however, it was recorded a decrese in resistant ones. It was observed that salt stress raised alternative respiration level in all organs except the root of sensitive ones. Compared to salt application alone, supplementation with estrogen resulted in a remarkable raise in alternative oxidase (AOX) activities of the roots and leaves of both varieties. Even in only estrogen-applied plants, higher AOX activity was determined compared to control plants. The data obtained from Real Time PCR showed that while salt stress caused to raise in expressions of AOX1 and AOX2 genes which control AOX expression, estrogen application resulted in further activation of these genes' expression. It was determined that estrogen application alone also increased activation of these genes compared to control group. All these findings showed that estrogen application improved ability of both maize varieties to tolerate salt stress by increasing expression and activity of AOX as well as antioxidant system.

Keywords: Alternative oxidase, Estrogen, Salt stress, Respiration, AOX1, AOX 2