Kuraklık stresi ve humik asitin ekmeklik buğdayda (Triticum aestivum L.) bazı genlerin mRNA ifade seviyeleri ve DNA konformasyon değişimlerine etkisi
The effect of drought stress and humic acid on mRNA expression levels of some genes and DNA conformation changes in bread wheat (Triticum aestivum L.)
Yazar: ESRA ARSLAN
Danışman: PROF. DR. GÜLERAY AĞAR
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Moleküler Biyoloji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Biyoloji = Biology

Özet:
Araştırmada, -6 bar ve -8 bar PEG6000 ile oluşturulan kuraklık stresi, absisik asit (ABA) (100 µM) ve humik asit (HA) (%10 (w/v)'luk HA solüsyonundan %1 oranında) uygulamalarının toleranslı (Aksel 2000 ve Kırkpınar 79) ve hassas (Atlı 2002 ve Kırmızı Kılçık) ekmeklik buğday (Triticum aestivum L.) genotiplerinde bazı biyokimyasal parametrelere, kuraklık genlerinin mRNA transkript seviyelerine ve DNA formları üzerine olan etkilerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Biyokimyasal parametrelerden malondialdehit (MDA), hidrojen peroksit (H2O2), total oksidan (TOS) ve total antioksidan durumu (TAS) seviye ölçümleri yapılmıştır. Kuraklık stresi ile ilgili olduğu bilinen TaSRG, TaCP, Sal1, Era1 ve TdPIP1 genleri ile miR172, miR396, miR397, miR398 ve miR408 hedef genlerinin sırasıyla AP2, GRF, lakkaz, CSD1/CSD2 ve plastosiyanin'in mRNA transkript seviyeleri qRT-PCR analizi ile belirlenmiştir. Ayrıca, ATR-FTIR spektrometrik ölçümler yapılarak kemometrik analizlerden hiyerarşik kümeleme analizi (HCA) ve temel bileşen analizi (PCA) metotları kullanılarak araştırmadaki uygulamalar sınıflandırılmış, kalitatif analizler ile DNA topolojik değişimleri tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, uygulanan kuraklık dozlarının MDA ve H2O2 seviyesinde artışa neden olduğu, ABA ve özellikle HA uygulamalarının ise MDA seviyesini azalttığı ve H2O2 miktarını ise artırdığı belirlenmiştir. Toleranslı genotiplerin stres uygulamalarına karşı tolerans mekanizmalarını oksidan miktarlarını azaltan, antioksidan sistemlerini artıran tolerans mekanizmalarını daha fazla harekete geçirdiği tespit edilmiştir. Ayrıca çalıştığımız genlerin ifadelerinin genotipe ve dokuya bağlı olarak değişkenlik gösterdiği ve yaptığımız promotör analizlerinde genlerin strese toleransın sağlanmasında ABA-bağımlı ya da ABA-bağımsız mekanizmalardan hangisini kullandığı saptanmıştır. Bu genlerden Sal1, Era1, lakkaz ve CSD1/CSD2 genlerinin toleranslı ve hassas genotipleri belirlemede biyoteknolojik olarak yararlı olduğu düşünülmektedir. Bunun yanısıra, stres uygulamaları ile DNA formlarının hassas genotiplerde B-DNA'dan Z-DNA'ya dönüşümü ile hipermetilasyonun, toleranslı genotiplerde ise B-DNA ve A-DNA formlarında artışın görülmesi ile demetilasyonun meydana geldiği, ABA ve HA uygulamalarının ise bu değişikliği düzenlediği belirlenmiştir. Sonuç olarak, kuraklık stresinin bitkide oluşturduğu gerek biyokimyasal gerek DNA topolojisinde ve genlerde oluşturduğu düzensizliklerin ABA ile iyileştirilebildiği ancak humik asitin genler üzerindeki olumlu etkileri göz önüne alındığında ABA'ya alternatif olarak kullanılabileceği saptanmıştır.

Abstract:
The research was aimed to determine the effects of the drought stress generated by -6 bar and -8 bar PEG6000, abscicic acid (ABA) (100 µM) and humic acid (HA) (10% (w/v) 1% of the HA solution) treatments on some biochemical parameters, mRNA transcript levels of drought genes and the DNA forms on tolerant (Aksel 2000 and Kırkpınar 79) and sensitive (Atlı 2002 and Kırmızı Kılçık) bread wheat (Triticum aestivum L.) genotypes. Malondialdehyde (MDA), hydrogen peroxide (H2O2), total oxidant status (TOS) and total antioxidant status (TAS) were measured from biochemical parameters. The mRNA transcript levels of TaSRG, TaCP, Sal1, Era1 and TdPIP1 genes known to be related to drought stress and the target genes of miR172, miR396, miR397, miR398 and miR408, respectively AP2, GRF, laccase, CSD1/ CSD2 and plastocyanine genes were determined with qRT-PCR. In addition, the treatments in the research were classified with Hierarchical Clustering Analysis (HCA) and Principal Component Analysis (PCA) methods from chemometric analysis and DNA topological changes were determined with qualitative analyses by taking ATR-FTIR spectrometric measurements. According to the results, it was determined that the treated drought doses caused an increase in MDA and H2O2 levels, whereas ABA and especially HA applications decreased MDA and increased H2O2 levels. Tolerant genotypes have been found to provide tolerance mechanisms against stress treatments by decreasing oxidant amounts and increasing antioxidant systems. Also, the expression of the genes varied depending on genotype and tissue and it was determined whether the genes used ABA-dependent or ABA-independent mechanisms to provide tolerance to stress in our promoter analysis. Sal1, Era1, laccase and CSD1/CSD2 genes from these genes are thought to be biotechnologically useful in determining tolerant and sensitive genotypes. In addition, hypermethylation was occured when DNA forms are transformed from B-DNA to Z-DNA in sensitive genotypes and demethylation was occured when B-DNA and A-DNA forms were increased in tolerant genotypes, also ABA and HA treatments were regulated this change. As a result, it was determined that the irregularities of the biochemical, DNA topological and the genes that were caused by drought stress could be improved by ABA, but humic acid could be used as an alternative to ABA considering the positive effects on genes.