Arpada (Hordeum vulgare L.) toksik seviyedeki bazı elementler ile salisilik asit uygulamalarının fizyo-biyokimyasal ve moleküler etkileri
Physio-biochemical and molecular effects of some toxic level elements and salicylic acid applications in barley (Hordeum vulgare L.)
Yazar: BURCU SIĞMAZ
Danışman: PROF. DR. GÜLERAY AĞAR
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Moleküler Biyoloji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Biyoloji = Biology
Dizin: Bakır = Copper ; Hordeum vulgare = Hordeum vulgare ; Kobalt oksit = Cobalt oxide ; Salisilik asit = Salicylic acid ; Stres = Stress ; Çinko = Zinc

Özet:
Amaç: Araştırma önemli çevresel stres faktörlerinden olan ağır metal stresinin mekanizmasının aydınlatılması amacıyla toleranslı (Akdane) ve duyarlı (Fırat) olduğu belirlenen iki farklı arpa (Hordeum vulgare L.) genotipinde yürütülmüştür. Bu amaçla farklı konsantrasyonlarda bakır (Cu), kobalt (Co), çinko (Zn) ve salisilik asit (SA) uygulamalarının fizyolojik (Hücre membran hasarı (%HMH), Nispi su içeriği (%NSİ), Klorofil içeriği (Kİ)), biyokimyasal (Hidrojen peroksit (H2O2), Malondialdehit (MDA), Süperoksit dismutaz (SOD), Peroksidaz (POD) ve Askorbat peroksidaz (APX)) değişimleri ve bazı ağır metal stres genlerinin (P5CS1, MTP1, HMA2, PCS1, MT1a, MT2a, MT3, PR2 ve CISP2) ifade seviyeleri üzerine etkileri belirlenmiştir.
Yöntem: Arpa tohumları çimlendirilmiş, sonrasında fideler hidroponik sisteme aktarılmış ve 7 gün süre ile büyütülmüştür. Yapraklara sprey yöntemiyle SA (1 mM) uygulanmıştır. Uygulamadan 48 saat sonra, belirlenen konsantrasyonlarda Cu, Co ve Zn çözeltileri 2 hafta süreyle muamele edilmiştir. Örneklerde fizyolojik ve biyokimyasal parametrelerin ölçümleri yapılmıştır. P5CS1, MTP1, HMA2, PCS1, MT1a, MT2a, MT3, PR2 ve CISP2 genlerinin ifade seviyeleri qRT-PCR analizi ile belirlenmiştir. 
Bulgular: Her iki genotipin yaprak dokusunda kontrol grubuna kıyasla tek başına Cu, Co ve Zn uygulamaları Kİ ve %NSİ'yi azaltmış, %HMH'yi ise artırmıştır. Stresin Kİ, %HMH ve %NSİ'ye olumsuz etkileri SA uygulaması ile azalmıştır. Her iki genotip ve bitki dokusunda lipid peroksidasyonunun gösteresi olan MDA miktarı uygulamalar sonrası artmıştır. Metal uygulamalarına kıyasla metal ile birlikte SA uygulamaları her iki genotip ve dokularda MDA miktarını azaltıcı yönde etki etmiştir. Tüm metal uygulamalarında her iki doku ve genotipte H2O2 miktarı ve APX enzim aktivitesi artmış ve SA uygulaması ile bu parametrelerdeki artış daha fazla olmuştur. POD ve SOD enzim aktiviteleri genotip, doku ve uygulamalara göre farklılık göstermiştir. Moleküler analizler genotipe göre, kök dokusunda HMA2, MT2a ve MT3 genlerinin ve yaprak dokusunda MTP1 geninin farklı ifade edildiğini ortaya çıkarmıştır. Genotip, doku ve uygulamalara göre PCS1, MT1a, P5CS1, CISP2 gen ifadeleri farklılık göstermiştir. PR2 gen ifadesi ise sadece uygulamalara göre gen ifade oranı bakımından farklılık göstermiştir.
Sonuç: Ağır metal stresine karşı farklı arpa genotiplerinde, SA'nın stres kaynaklı oluşan fizyolojik ve biyokimyasal parametreler üzerine iyileştirici etki gösterdiği, stres genlerinin ifadelerini ise farklı şekilde düzenleyerek stres toleransına katkı sağladığı sonucuna varılmıştır. 
Temmuz 2022, 189 sayfa
Anahtar Kelimeler: Hordeum vulgare, salisilik asit, çinko, bakır, kobalt, stres

Abstract:
Purpose: The research was carried out on two different barley (Hordeum vulgare L.) genotypes which were determined to be tolerant (Akdane) and sensitive (Fırat) to elucidate the mechanisms of heavy metal stress which is one of the important environmental stress factors. For this purpose, the effects of the different concentrations of copper (Cu), Cobalt (Co), Zinc (Zn) and salicylic acid (SA) applications were determined on physiological (Cell membrane damage (CMD%), Relative water content (RWC%), Chlorophyll content (CC)), biochemical (Hydrogen peroxide (H2O2), Malondialdehyde (MDA), Superoxide dismutase (SOD), Peroxidase (POD) and Ascorbate peroxidase (APX)) changes and expression levels of some heavy metal stress genes (P5CS1, MTP1, HMA2, PCS1, MT1a, MT2a, MT3, PR2 and CISP2).
Method: Barley seeds were germinated, then the seedlings were transferred to the hydroponic system and grown for 7 days. SA (1 mM) was applied to the leaves by spray method. After 48 hours from the application, determined concentrations of Cu, Co and Zn solutions were treated for 2 weeks. Physiological and biochemical parameters were measured in the samples. Expression levels of P5CS1, MTP1, HMA2, PCS1, MT1a, MT2a, MT3, PR2 and CISP2 genes were determined by qRT-PCR analysis.
Findings: In leaf tissue of both genotypes, alone Cu, Co and Zn applications decreased CC and RWC% and increased CMD% compared to the control group. The negative effects of stress on CC, CMD% and RWC% have decreased with SA application. The amount of MDA, which is an indicator of lipid peroxidation, increased after the treatments in both genotypes and plant tissues. Compared to metal applications, metal and SA applications were decreased the amount of MDA in both genotypes and tissues. In all metal applications, the amounts of H2O2 and APX increased in each two tissues and genotypes, and the increase in these parameters was higher with SA application. POD and SOD enzyme activities have differed according to genotype, tissue and applications. Molecular analyzes have revealed differential expressions of HMA2, MT2a and MT3 genes in root tissue and MTP1 gene in leaf tissue according to genotype. P5CS1, CISP2 gene expressions have differed according to genotype, tissue and applications. PR2 gene expression has differed only with regard to gene expression rate according to the applications.
Conclusion: In different barley genotypes against heavy metal stress, It has been concluded that SA has ameliorating effect on the physiological and biochemical effects caused by stress and contributes to stress tolerance by affecting the expressions of stress genes differently.
July 2022, 189 pages
Keywords: Hordeum vulgare, salicylic acid, zinc, cobalt, copper, stress