Türk yerel mısır popülasyonlarından protein kalitesi yüksek ıslah materyallerinin oluşturulması
Generation of high protein quality breeding materials from turkish local maize populations
Yazar: GÜLHAN BAYTEKİN KARAOĞLU
Danışman: PROF. DR. FATİH KAHRIMAN
Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Tarla Bitkileri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Ziraat = Agriculture
Dizin: Genetik = Genetics ; Genetik benzerlik = Genetic similarity ; Mısır = Maize ; Mısır tohumu = Corn seed ; Protein analizleri = Protein analysis ; Protein ekstraksiyonu = Protein extraction ; Protein oranı = Protein ratio ; Triptofan = Tryptophan

Özet:
Mısırda tane kalitesi önemli ıslah amaçlarından birisidir. Tane kalitesi içerisinde protein kalitesinin yükseltilmesi de öncelikli ıslah amaçlarındandır. Bu çalışmada mısırda farklı opaklık seviyesine ayrılan tohum örneklerinde protein oranı, bazı esansiyel aminoasitlerin miktarları (lisin ve triptofan) ile protein fraksiyonlarının kantitatif ve kalitatif değişimi incelenmiştir. Çalışmada opak tane yapısına sahip 6 yerel mısır popülasyonu ile 3 adet standart genotip kullanılmış ve tarla denemeleri 2021 ve 2022 yıllarında tesadüf blokları deneme desenine göre 3 tekerrürlü olarak yürütülmüştür. İlk yıl tarla denemesinde genotiplerin bazı bitkisel özellikleri incelenmiş ve hasadın ardından alınan tohum örnekleri 5 farklı opaklık (%0, %25, %50, %75 ve %100) seviyesine göre ışık tablasında ayrılmıştır. Ayrım yapılan örnekler ikinci yıl tarla denemesine alınmış ve bitkisel ölçümler tekrar edilmiştir. Hem ilk yıl hem de ikinci yıl alınan örneklerde protein, lisin ve triptofan, albumin+globulin, glutelin ve zein içerikleri belirlenmiştir. Ayrıca protein fraksiyonları Sodyum Dodesil Sülfat-Poliakrilamid Jel Elektroforezi (SDS-PAGE) analizlerine tabi tutularak protein bantlarının opaklık seviyesine göre değişimleri incelenmiştir. SDS-PAGE analizlerinden elde edilen verileri kullanarak kalitatif ayrım için iki yönlü dendrogramlar oluşturulmuştur. İncelenen tüm özellikler bakımından genotip, opaklık ve interaksiyon etkileri tek yönlü ve iki yönlü varyans analizleri yardımıyla değerlendirilmiştir. Bu bağlamda protein kalitesi bakımından ümitvar görülen yerel mısır materyallerinin kapsamlı şekilde karakterize edilmesi ve bunlardan ıslah programlarında kullanılabilecek kaynakların belirlenmesi hedeflenmiştir. Popülasyonların iki yıllık ortalama değerlerine göre bitki boyu (165,33-224,92 cm), ilk koçan yüksekliği (75,03-127,95 cm), koçan uzunluğu (15,69-19,56 cm), koçan çapı (34,11-44,99 mm), koçanda sıra sayısı (10,43-21,33 adet/koçan), sırada tane sayısı (20,75-40,72 adet), koçan ağırlığı (88,76-258,37 g) ve koçanda tane ağırlığında (64,12-204,91 g) istatistiki açıdan önemli farklılıklar olduğu tespit edilmiştir. Araştırma sonuçlarında göre kullanılan genotiplerin protein oranı ve kalitesinin; opaklık düzeyi, genotipler ve opaklık × genotip interaksiyon etkisine göre değiştiğini ve bu değişimin istatistiki olarak önemli olduğunu (p<0,05) göstermiştir. Opaklık seviyesinin artmasıyla, proteinde oranında düşüş, lisin ve triptofan içeriğinde artış gözlenmiştir. Protein içeriği ve kalitesine yönelik analizlerde; protein oranı %4,38-11,86, lisin oranı %0,28-0,44, triptofan oranı %0,03-%0,12, albumin+glubulin oranları %1,98-%2,72, glutelin oranı %0,44-%3,24, zein oranı %1,51-%3,15 arasında bulunmuştur. Protein fraksiyonlarında opaklık seviyelerine göre varlık/yokluk bakımından önemli farklılıklar oluşmuş olup Albumin-globulin bantları 10-55 kDa, glutelin bantları 12-100 kDa ve zein bantları 19-35 kDa arasında görülmüştür. Araştırmanın hedefine yönelik; 9 farklı genotip içerisinde POP 2 ve POP 6 kodlu yerel popülasyonların ve standartlar içerisinde STD 3 kodlu protein kalitesi yüksek mısırların geliştirmesinde kullanılabilecek kaynak materyaller olduğu değerlendirilmiştir.

Abstract:
Grain quality is one of the important breeding goals in maize. Increasing protein quality within grain quality is also one of the primary breeding goals. In this study, the protein ratio, the amounts of some essential amino acids (lysine and tryptophan) and the quantitative and qualitative changes of protein fractions in maize seed samples divided into different opacity levels were examined. In the study, 6 local maize populations with opaque grain structure and 3 standard genotypes were used, and field trials were conducted in 2021 and 2022 according to the randomized block trial design with 3 replications. In the first year of field trial, some agronomic traits of the genotypes were examined, and the seed samples taken after harvest were separated on the light table according to 5 different opacity levels (0%, 25%, 50%, 75% and 100%). The separated samples were taken to the field trial in the second year and agronomic measurements were repeated. Protein, lysine and tryptophan, albumin+globulin, glutelin and zein contents were determined in the samples taken in both the first and second years. In addition, protein fractions were subjected to Sodium Dodecyl Sulfate-Polyacrylamide Gel Electrophoresis (SDS-PAGE) analysis and the changes of protein bands according to the opacity level were examined. Two-way dendrograms were created for qualitative discrimination using data from SDS-PAGE analyses. According to the two-year average values of the populations, plant height (165,33-224,92 cm), first ear height (75,03-127,95 cm), ear length (15,69-19,56 cm), ear diameter (34,11-44,99 mm), number of rows on the ear (10,43-21,33 pieces/ear), number of grains in the row (20,75-40,72 pieces), weight of the ear (88,76- 258,37 g) and grain weight per ear (64,12-204,91 g) were found to have statistically significant differences. The results of study showed that there were found statistically significant (p<0,05) differences for protein content and protein quality according to the effects of opacity levels, genotypes and opacity × genotypes interaction effects. By the increasing of opacity level, there was a noticeable decline in the protein while a rise of lysine and tryptophane contents. According to the mean values of the populations, protein contents are 4,38%-11,86%, lysine contents are 0,28%-0,44%, tryptophan contents are 0,03%-0,12%, albumin+glubulin contents are 1,98%-2,72%, glutelin contents were found between 0,44%-3,24%, zein contents between 1,51%-3,15%. Significant differences occurred in the presence/absence of protein fractions according to their opacity levels. Albumin+globulin bands were seen between 10-55 kDa, glutelin bands between 12-100 kDa and zein bands between 19-35 kDa. For the purpose of the research; It has been evaluated that POP 2 and POP 6 coded local populations within 9 different genotypes and STD 3 coded maize within the standards are source materials that can be used in the development of high protein quality maize.