Trehalozun buğdayda (Triticum turgidum ssp. durum L.) kuraklık stres toleransına etkisinin fizyolojik ve moleküler düzeyde incelenmesi
Physiological and molecular investigation of the effect of trehalose on drought stress tolerance in wheat (Triticum turgidum ssp. durum L.)
Yazar: EYLÜL BERFİN BİRGÜL
Danışman: DOÇ. DR. HARUN BEKTAŞ
Siirt Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarımsal Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Genetik = Genetics ; Ziraat = Agriculture
Dizin: Ekmeklik buğday = Bread wheat ; Gen ifadesi = Gene expression ; Kuraklık = Drought ; Trehaloz = Trehalose

Özet:
Dünya nüfusunun artışı ve tarımsal alanların azalması gibi faktörler, tarımsal üretimde verim ve kalite kayıplarına neden olmaktadır. Bu zorluklarla başa çıkmak için bitkileri çeşitli stres faktörlerinden korumak gerekmektedir. Kuraklık stresi, bitkilerin büyüme ve verimliliğini olumsuz etkileyebilir; bu nedenle, bitkileri bu tür stres koşullarına karşı hazırlamak önemlidir. Trehaloz, bitkilerin kuraklık stresiyle başa çıkmasına yardımcı olan bir ozmolit olarak öne çıkar. Tohum-priming uygulamaları, tohumların çimlenmeden önce belirli hazırlık süreçlerine tabi tutulmasını sağlayarak, bitkilerin çimlenme hızını ve fide gelişimini iyileştirir. Trehaloz ile yapılan tohum-priming, bitkilerin kuraklık stresine karşı dayanıklılığını artırabilir ve verimliliği iyileştirir böylece tarımsal üretimde sürdürülebilirliği destekler. Çalışmamız, rulo ve saksı yöntemleri kullanılarak iki farklı teknikle gerçekleştirilmiştir. Rulo yönteminde, 40 saat boyunca 5 ve 10 mM Trehaloz veya distile su ile tohum-priming yapılan bitkiler, belirli bir büyüklüğe ulaştığında PEG 8000 ile kuraklık stresi altında bırakılmıştır. Sonuçlar, Trehaloz uygulamalarının kuraklık stresine karşı bitki büyüme parametrelerinde istatistiki olarak anlamlı bir iyileşme sağladığını göstermiştir. Saksı yönteminde ise, 40 saat süresince 5 ve 10 mM Trehaloz veya distile su ile tohum-priming yapılan bitkiler, belirli büyüklüğe ulaştıklarında tarla kapasitesinin %50'si kadar kuraklık stresine maruz bırakılmıştır. Bu uygulama sonucunda da Trehalozun bitki büyüme parametrelerinde kuraklık stresine karşı istatistiki olarak anlamlı düzeyde iyileştirme sağladığı gözlemlenmiştir. Trehaloz tohum priming uygulaması yapılan bitkiler, kuraklık stresi altında klorofil pigmentlerinde artış göstermiştir. Ayrıca, eksojen Trehaloz hem stres uygulanmış hem de kontrol koşullarında DPPH yöntemi ile antioksidan aktivitesini artırmıştır. Trehaloz tohum priming uygulamalarının kuraklık stresi üzerindeki moleküler etkilerini anlamak için hem rulo hem de saksı çalışmalarından bitki örnekleri alınmış ve bitki bağışıklığına yönelik bazı önemli genlerin (WRKY75, ERF1, MYB3, SOD1, CAT1 ve DREB1) transkripsiyonel değişimleri incelenmiştir. qRT-PCR sonuçları, saksı yönteminde CAT1 hariç diğer genlerin petri grubunda arttığını ve rulo yönteminde ise 5 mM Trehaloz-normal su ile 10 mM Trehaloz-%10 PEG gruplarında gen ifadelerinde belirgin bir artış gözlemlendiğini göstermiştir. Çalışmamızın bulguları, Trehaloz tohum priming uygulamalarının mevcut literatüre önemli katkılarda bulunacağını ve bitkilerde stres toleransı alanında olumlu sonuçlar doğurabileceğini ortaya koymaktadır. Trehalozun bitkilerde stres toleransını artırma ve verimliliği yükseltme potansiyeli, bu alandaki araştırmalar için yeni bir bakış açısı sunmaktadır.

Abstract:
Factors such as the increase in the world population and the decrease in agricultural land are causing yield and quality losses in agricultural production. To cope with these challenges, it is necessary to protect crops from various stress factors. Drought stress can negatively affect the growth and productivity of plants; therefore, it is important to prepare plants against such stress conditions. Trehalose stands out as an osmolyte that helps plants cope with drought stress. Seed-priming treatments improve the germination rate and seedling development of plants by ensuring that seeds undergo certain preparatory processes before germination. Seed-priming with Trehalose can increase plant resilience to drought stress and improve productivity, thus supporting sustainability in agricultural production. Our study was conducted with two different techniques using cigar-roll and pot methods. In the cigar-roll method, plants were seed-primed with 5 and 10 mM Trehalose or distilled water for 40 h and drought-stressed with PEG 8000 when they reached a certain size. The results showed that Trehalose treatments resulted in a statistically significant improvement in plant growth parameters against drought stress. In the pot method, plants seed-primed with 5 and 10 mM Trehalose or distilled water for 40 hours were exposed to drought stress at 50% of the field capacity when they reached a certain size. As a result of this treatment, it was observed that Trehalose provided statistically significant improvement in plant growth parameters against drought stress. Trehalose seed primed plants showed an increase in chlorophyll pigments under drought stress. Furthermore, exogenous Trehalose increased antioxidant activity by DPPH method under both stressed and control conditions. To understand the molecular effects of Trehalose seed priming treatments on drought stress, plant samples were taken from both cigar-roll and pot studies and transcriptional changes of some important genes for plant immunity (WRKY75, ERF1, MYB3, SOD1, CAT1 and DREB1) were examined. The qRT-PCR results showed that expression levels of all genes except CAT1 increased in the petri group in the pot method and a significant increase in gene expression was observed in the 5 mM Trehalose-normal water and 10 mM Trehalose-10% PEG groups in the cigar-roll method. The findings of our study suggest that Trehalose seed priming applications will make important contributions to the existing literature and may have positive results in the field of stress tolerance in plants. The potential of Trehalose to enhance stress tolerance and increase productivity in plants offers a new perspective for research in this field.