Arsenik stresi altındaki buğdayda (Triticum aestivum L.) 1,3-diaminopropan'ın fizyolojik parametreler, fotosentetik aktivite ve antioksidan sistem üzerine etkileri
Effects of 1,3-diaminopropane on physiological parameters, photosynthetic activity and antioxidant system in wheat (Triticum aestivum L.) under arsenic stress
Yazar: ÇAĞRI GÜLENTÜRK
Danışman: PROF. DR. EVREN YILDIZTUGAY
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Abiyotik stres = Abiotic stress ; Antioksidan aktivite = Antioxidant activity ; Bitki fizyolojisi = Plant physiology ; Biyokimya = Biochemistry ; Oksidatif stres = Oxidative stress

Özet:
Metaloid arsenik (As), bitkiler de dahil olmak üzere tüm canlı organizmalar için son derece tehlikelidir. As ile kirlenme, fotosentetik aygıt, hücre bölünmesi, enerji üretimi ve redoks durumu için çok zararlıdır. Stresle başa çıkmak için, bitkilerin antioksidan sistemini güçlendiren poliaminler (PA) gibi büyüme düzenleyicilerinin kullanımı son yıllarda yaygınlaşmıştır. PA'ler, membran stabilizasyonu, serbest radikal temizleme, deoksiribonükleik asit (DNA), ribonükleik asit (RNA) ve protein sentezi, enzim aktiviteleri ve ikinci haberciler gibi tüm canlı organizmalarda ortak olan temel mekanizmalar yoluyla bitki büyümesini düzenleyebilir. Ancak, PA katabolizmasının bir ürünü olan 1,3-diaminopropan'ın (D) As toksisitesine maruz kalan bitkilerdeki etkisi yeterince açık değildir. Mevcut çalışmada, arsenik stresi (100 μM As) altında buğday (Triticum aestivum L.) farklı 1,3-diaminopropan konsantrasyonları (0.1, 0.5 ve 1 mM D) hidroponik olarak muamele edildi ve daha sonra bağıl büyüme hızı (RGR), bağıl su içeriği (RWC), prolin içeriği (Pro), gaz değişim parametreleri, PSII fotokimyası, klorofil floresan kinetiği, antioksidan aktivite ve lipid peroksidasyonu değerlendirildi. As uygulanan bitkilerde RGR, RWC, ozmotik potansiyel ve Pro içeriği azaldı. Bu parametrelerin inhibisyonu D uygulamaları ile tersine çevrilebilir. Ayrıca, D uygulamaları As toksisitesinin klorofil floresansı (Fv/Fm, Fv/Fo ve Fo/Fm) üzerindeki baskılanmasını ve PSII fotokimyasının performansını hafifletti. Katalaz (CAT), peroksidaz (POX), glutatyon peroksidaz (GPX), askorbat peroksidaz (APX), monodehidroaskorbat redüktaz (MDHAR), dehidroaskorbat redüktaz (DHAR) aktivitelerinin azalmasıyla antioksidan kapasite üzerindeki denge bozulmuş, askorbat (AsA) ve glutatyon (GSH) içeriği ve sonrasında lipid peroksidasyonu (TBARS içeriği) artmıştır. As stresi altında D varlığında bitkilerde süperoksit dismutaz (SOD), POX ve GPX'te artış görülmüştür. D uygulamaları AsA-GSH döngüsünde yer alan enzim/enzim olmayanların aktivitelerini/içeriklerini düzenleyerek hücresel redoks durumunun (AsA/DHA ve GSH/GSSG) korunmasına katkıda bulunmuştur. Strese karşı D uygulamaları sonrasında ROS birikimi (H2O2 içeriği) ve lipid peroksidasyonu (TBARS) etkili bir şekilde azalmıştır. Bulgular, D uygulamalarının As kaynaklı oksidatif hasarı ortadan kaldırarak ve fotosentezin biyokimyasal süreçlerini koruyarak buğdaya direnç kazandırmada önemli bir potansiyele sahip olduğunu göstermiştir.

Abstract:
The metalloid arsenic (As) is extremely hazardous to all living organisms, including plants. Pollution with As is very detrimental to the photosynthetic machinery, cell division, energy generation, and redox status. In order to cope with stress, the use of growth regulators such as polyamines (PA), which strengthen the antioxidant system of plants, has become widespread in recent years. PAs can modulate the plant growth through basic mechanisms common to all living organisms, such as membrane stabilization, free radical scavenging, deoxyribonucleic acid (DNA), ribonucleic acid (RNA) and protein synthesis, enzyme activities and second messengers. However, the effect of 1,3- diaminopropane (D), which is a product of PA catabolism, is not clear enough in plants exposed to As toxicity. In the current study, the different concentrations of 1,3-diaminopropane (0.1, 0.5 and 1 mM D) were hydroponically treated to wheat (Triticum aestivum L.) under arsenic stress (100 μM As) and then relative growth rate (RGR), relative water content (RWC), proline content (Pro), gas exchange parameters, PSII photochemistry, chlorophyll fluorescence kinetics, antioxidant activity and lipid peroxidation were assessed. RGR, RWC, osmotic potential and Pro content decreased in As-applied plants. The inhibition of these parameters could be reversed by D treatments. Besides, D applications mitigated the As toxicity-induced suppression on chlorophyll fluorescence (Fv/Fm, Fv/Fo and Fo/Fm) and the performance of PSII photochemistry. As impaired the balance on antioxidant capacity by decreased activities of catalase (CAT), peroxidase (POX), glutathione peroxidase (GPX), ascorbate peroxidase (APX), monodehydroascorbate reductase (MDHAR), dehydroascorbate reductase (DHAR), and the contents of ascorbate (AsA) and glutathione (GSH) and then lipid peroxidation (TBARS content) increased. In the presence of D under As stress, the plants exhibited an increase in superoxide dismutase (SOD), POX, and GPX. D treatments contributed to the maintenance of cellular redox state (AsA/ DHA and GSH/GSSG) by regulating the activities/contents of enzyme/non-enzyme involved in the AsA-GSH cycle. After D applications against stress, ROS accumulation (H2O2 content) and lipid peroxidation (TBARS) were effectively reduced. The findings showed that by eliminating As-induced oxidative damage and protecting the biochemical processes of photosynthesis, D treatments have a substantial potential to give resistance to wheat.