Mutasyon ıslahı tekniği aracılığıyla kuraklığa toleranslı ekmeklik buğday (Triticum aestivum L.) çeşitlerinin geliştirilmesi
Development of drought tolerant bread wheat (Triticum aestivum L.) varieties via mutation breeding technique
Yazar: EMİNE GÜLDEN ERKILIÇ
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA YILDIZ
Ankara Üniversitesi / Biyoteknoloji Enstitüsü / Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı / Biyoteknoloji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Botanik = Botany ; Ziraat = Agriculture
Dizin: Ekmeklik buğday = Bread wheat ; Gama ışınları = Gamma rays ; Genler = Genes ; Kuraklık stresi = Drought stress ; Mutasyon ıslahı = Mutation breeding ; Prolin = Proline

Özet:
Kuraklık buğday verimini azaltmaktadır. Bu durum tarımsal üretimde sürdürülebilirliği ve dünya gıda güvenliğini tehdit etmektedir. Kuraklığa toleransı yüksek buğday çeşitleri geliştirmek amacıyla yapılan çalışmalarda, morfolojik özellikler ve bazı verim bileşenleri, seleksiyon kriterleri olarak kullanılmaktadır ve performansların belirlenmesi, kuraklığa toleransı yüksek çeşitlerin ortaya çıkarılmasında başlangıç noktası olarak görülmektedir. Bitkilerde mutasyonlar, mutagenik ajanlar tarafından yapay olarak indüklenebilmekte ve geleneksel çeşitten yeni üstün çeşitlerin oluşturulmasına neden olmaktadır. Mutant bitkilerde kuraklık stresi, birçok fizyolojik ve biyokimyasal tepkileri başlatmaktadır. Bitkiler ise strese yanıt niteliğinde değişen çevre şartlarına yönelik adaptasyon mekanizmaları geliştirmektedir. 2 aşamada tamamlanan çalışmamızda da ekmeklik buğday (Triticum aestivum L.) mutant bitkilerinin, strese yanıt niteliğinde bazı adaptasyon mekanizmaları geliştirdiği görülmüştür. Çalışmanın M1 generasyon aşamasında, tohumlarına farklı dozlarda (0, 200, 300 ve 400 Gy) gama ışını uygulanan iki ekmeklik buğday (Triticum aestivum L.) çeşidine ('Kınacı 97' ve 'Doğu 88') ait 10 günlük fideler, belirli bir düzeyde (-1.03 MPa) kuraklığa maruz bırakılmıştır. İki çeşitte de tohumlara uygulanan mutasyon dozu arttıkça, bu tohumlardan gelişen ve 10 günlük büyüme döneminde sabit düzeyde kuraklığa maruz bırakılan fidelerin genel olarak sürgün, kök boyları, taze, kuru ağırlıkları, doku su içerikleri, klorofil miktarları azalmış; serbest prolin miktarları ise artmıştır. Kuraklığa tolerans ve verim bakımından, sadece Kınacı 97 çeşidinin 300 Gy gama ışını uygulanan fidelerinin en iyi performansı yakaladığı görülmüş ve bu gruba ait M2 generasyonunu temsil eden tohumlar elde edilebilmiştir. Çalışmanın M2 generasyon aşaması bu gruba ait en az 10 adet tohum verebilen 19 farklı başak üzerinden devam etmiştir. Bu başaklara ait tohumlardan çimlenip gelişen 10 günlük fideler aynı düzeyde (-1.03 MPa) kuraklığa maruz bırakılmıştır. M2 generasyonunu temsil eden çalışma grupları arasından serbest prolin miktarları en düşük, TaMYB, TaMAPK, TaDHN, TaMIP, TaP5CS genlerinin ifadelenmesi, tohum ağırlıkları, çimlenme yüzdeleri, sürgün, başak uzunlukları, tohumlu başak adetleri, M3 generasyonu tohum kaliteleri, tohum adetleri, tohum ağırlıkları ve dekara tane verimi kriterleri toplamı en yüksek olan çalışma gruplarının 5., 16. ve 19. gruplar olduğu belirlenmiştir. Dolayısıyla belirtilen kriterler bakımından 5., 16. ve 19. çalışma gruplarının diğer gruplara göre kuraklığa toleransının daha yüksek olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
Drought reduces wheat yield. This situation threatens sustainability in agricultural production and world food security. Morphological traits and some yield components are used as selection criteria in studies conducted to develop wheat varieties with high drought tolerance, and the determination of performance is seen as the starting point for revealing varieties with high drought tolerance. Mutations in plants can be artificially induced by mutagenic agents and result in the creation of new superior varieties from the traditional variety. Drought stress initiates many physiological and biochemical responses in mutant plants. Plants, on the other hand, develop adaptation mechanisms for changing environmental conditions in response to stress. In our study, which was completed in 2 stages, it was observed that bread wheat (Triticum aestivum L.) mutant plants developed some adaptation mechanisms in response to stress. In the M1 generation stage of the study, 10-day-old seedlings of two bread wheat (Triticum aestivum L.) varieties ('Kınacı 97' and 'Doğu 88') whose seeds were subjected to different doses of gamma rays (0, 200, 300 and 400 Gy) were exposed to drought at a certain level (-1.03 MPa). As the mutation dose applied to the seeds in both varieties increased; the shoot, root length, fresh and dry weight, tissue water content, and chlorophyll content of the seedlings, developed from these seeds and exposed to constant drought during the 10-day growth period decreased and the content of free proline increased. In terms of drought tolerance and yield, only the seedlings of Kınacı 97 variety with 300 Gy gamma rays achieved the best performance, and seeds representing the M2 generation in this group could be obtained. The M2 generation stage of the study continued on 19 different spikes of this group that could produce at least 10 seeds. The 10-day-old seedlings that germinated and developed from the seeds of these spikes were exposed to the same level of drought (-1.03 MPa). Among the study groups representing the M2 generation, groups 5., 16. and 19. had the lowest free proline content and the highest total TaMYB, TaMAPK, TaDHN, TaMIP, TaP5CS genes expression. Again in the same groups, the total of seed weight, germination percentage, shoot length, spike length, number of spikes with seeds, M3 generation seed quality, number of seeds, seed weight and grain yield per decare were the highest. Therefore, in terms of the specified criteria, it was determined that the 5., 16. and 19. study groups had a higher drought tolerance than the other groups.