Yeşil sentezlenmiş nanopartiküllerin pamuk bitkisinde stres tepkisi üzerine etkileri
Effects of green synthesized nanoparticles on stress response in cotton plant
Yazar: GİZEM ŞAFAK BARANSEL
Danışman: PROF. DR. NESLİHAN TURGUT KARA
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı / Moleküler Biyoteknoloji ve Genetik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Genetik = Genetics ; Kimya = Chemistry

Özet:
Nanoteknoloji nano boyutlardaki materyallerin tasarımı, sentezi, manipülasyonu ve yönetimini kapsayan multidisipliner bir bilim dalıdır. Nanobiyoteknoloji ise nanoteknoloji pratiklerinin biyolojideki uygulamaları olarak ifade edilebilir. Nanoteknoloji uygulamalarının yaygınlaşmasıyla nanopartiküllerin güvenilir, sürdürülebilir ve çevre dostu bir sentez yöntemi olan yeşil sentez yöntemleri geliştirilmiştir. Metal nanopartiküller, bitkisel ekstraktlar aracılığıyla yeşil sentez yöntemiyle üretilirken, bitkilerin içerdikleri fitokimyasal bileşenler indirgeyici ajanlar olarak kullanılmış ve böylece yaprak, kök ve gövde gibi bitkinin çeşitli kısımlarının nanopartikül sentezinde etkin bir şekilde kullanılabilmesi sağlanmıştır. 
Kuraklık stresi su noksanlığı etkisiyle bitkilerin su ihtiyacını karşılayamaması sonucu gelişen bir abiyotik stres koşuludur. Günümüzde yetersiz yağış, suyun yanlış kullanımı, sanayileşme ve küresel ısınma gibi etkenler kuraklık stresinin en büyük nedenlerindendir. Kuraklık stresi bitki gelişimini olumsuz yönde en çok etkileyen abiyotik stres koşuludur ve tarımda büyük verim kayıplarına sebep olmaktadır.
Gossypium hirsutum (pamuk); lif, gıda ve yem üretiminde büyük paya sahip en önemli endüstri bitkilerinden biridir. Üretimi Türkiye'de ve dünyada kuraklık stresi sonucunda olumsuz etkilenen bitkiler arasında yer almaktadır. Gossypium hirsutum bitkileri genellikle liflerinin ileri kullanımına yönelik yetiştirilir ve bu nedenle bitkinin geriye kalan kısımlarının ve endüstriyel atıklarının kullanım potansiyelleri üzerine araştırmalar kısıtlıdır. Pamuk küspesi pamuk üretim sırasında açığa çıkan ve yüksek protein içeriğine sahip bir endüstriyel yan üründür. 
Bu tez çalışması ile yeşil sentezlenmiş gümüş nanopartiküllerin (AgNP) in vitro kuraklık stresi altındaki pamuk bitkileri üzerine etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla öncelikle pamuk küspesi ekstresi kullanılarak AgNP'lerin yeşil sentezi gerçekleştirilmiştir. Kullanılan pamuk küspesi ekstresinin sekonder metabolit içeriği HPLC analizi ile belirlenmiştir. Sentezlenen AgNP'lerin karakterizasyonları; DLS, ZP, SEM-EDS, XRD, UV-Vis ve FTIR analizleriyle gerçekleştirilmiştir. Karakterizasyonu gerçekleştirilen AgNP'ler pamuklara in vitro koşullarda yetiştirildikleri besiyerleri içerisinde uygulanmıştır. Çimlendirilen pamuk bitkileri uygulama içermeyen; MS, yalnızca in vitro kuraklık stresi uygulaması içeren; PEG, yalnızca AgNP uygulaması içeren; AgNP ve in vitro kuraklık stresi ile AgNP'leri içeren; PEG + AgNP uygulama besiyerlerine aktarılmış ve 72 saat bu ortamlarda kültürlenmişlerdir. Uygulama süresi sonunda bitkiler morfolojik, fizyolojik ve moleküler olarak analiz edilmiştir. Morfololojik olarak; kök sayısı, kök ve gövde boyları ve yaprak yüzey alanları belirlenmiştir. Fizyolojik olarak; bağıl su içeriği, biyokütle birikimi, ozmolit birikimi, klorofil a, klorofil b, klorofil a+b ve karatenoid içerikleri değerlendirilmiştir. Moleküler olarak kuraklık stresi ile ilişkili CAT, POD, Cu/Zn SOD, MnSOD, MPK17, CAX2 ve IDI-1 genlerinin UBQ7 geni referans alınarak rölatif gen anlatım analizleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen tüm veriler incelendiğinde sentezlenen AgNP'lerin Gossypium hirsutum bitkilerine uygulanmasının in vitro kuraklık stresinin bitkide yarattığı olumsuz etkileri hafiflettiği belirlenmiştir. Elde edilen bulgular AgNP'lerin kuraklık stresinin etkilerini hafifletici ajanlar olarak potansiyel kullanılabilirliğine dair umut verici niteliktedir.

Abstract:
Nanotechnology is a multidisciplinary science that covers the design, synthesis, manipulation and management of nano-sized materials. Nanobiotechnology can be defined as the applications of nanotechnology practices in biology. With the widespread use of nanotechnology applications, green synthesis methods, which are a reliable, sustainable and environmentally friendly synthesis method of nanoparticles, have been developed. While metal nanoparticles were produced by the green synthesis method through herbal extracts, the phytochemical components contained in the plants were used as reducing agents, thus enabling various parts of the plant such as leaves, roots and stems to be used effectively in nanoparticle synthesis.
Drought stress is an abiotic stress condition that develops as a result of plants not being able to meet their water needs due to water deficiency. Today, factors such as insufficient rainfall, misuse of water, industrialization and global warming are the biggest causes of drought stress. Drought stress is the abiotic stress condition that most negatively affects plant development and causes major productivity losses in agriculture.
Gossypium hirsutum (cotton); It is one of the most important industrial plants with a large share in fiber, food and feed production. It is among the plants whose production is negatively affected as a result of drought stress in Turkey and in the world. Gossypium hirsutum plants are generally grown for the further use of their fibers, and therefore research on the potential use of the remaining parts of the plant and industrial wastes is limited. Cotton meal is an industrial by-product with high protein content that is released during cotton production.
In this thesis study, the effects of green synthesized silver nanoparticles (AgNP) on cotton plants under drought stress in vitro were investigated. For this purpose, firstly, green synthesis of AgNPs was carried out using cotton seed oil cake extract. The secondary metabolite content of the used cotton seed oil cake extract was determined by HPLC analysis. Characterization of synthesized AgNPs; It was carried out with DLS, ZP, SEM-EDS, XRD, UV-Vis and FTIR analyses. Characterized AgNPs were applied to cotton in the media where they were grown in in vitro conditions. Germinated cotton plants do not contain any application; MS, involving only in vitro drought stress application; PEG, containing only AgNP application; Containing AgNPs and AgNPs with in vitro drought stress; They were transferred to PEG + AgNP application media and cultured in these media for 72 hours. At the end of the application period, the plants were analyzed morphologically, physiologically and molecularly. Morphologically; The number of roots, root and stem lengths and leaf surface areas were determined. Physiologically; Relative water content, biomass accumulation, osmolyte accumulation, chlorophyll a, chlorophyll b, chlorophyll a+b and carotenoid contents were evaluated. Relative gene expression analyzes of CAT, POD, Cu/Zn SOD, MnSOD, MPK17, CAX2 and IDI-1 genes, which are molecularly related to drought stress, were performed using the UBQ7 gene as reference. When all the data obtained was examined, it was determined that the application of synthesized AgNPs to Gossypium hirsutum plants alleviated the negative effects of in vitro drought stress on the plant. The findings obtained are promising regarding the potential use of AgNPs as agents that alleviate the effects of drought stress.