Farklı yöntemlerle sentezlenen nanopartüküllerin anacamptis laxiflora tohumlarının çimlenme, glikomannan içerikleri ve ilişkili mikrobiyom üzerine olan etkilerinin belirlenmesi
Determination of the effects of nanoparticles synthesis by different methods on germination, glycomannan content and associated microbiome of anacamptis laxiflora seeds
Yazar: AHMED ISMAEL NAQEE AL-BAYATI
Danışman: PROF. DR. İBRAHİM ÖZKOÇ
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Genel Biyoloji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
Bu çalışmada, yeterince araştırılmamış bir alan olan Anacamptis laxiflora (Lam.) R.M.Bateman, Pridgeon & M.W.Chase tohum çimlenmesi, tohum gelişimi, glikomannan içeriği ve beraberindeki tohum mikrobiyomu üzerine nanopartiküllerin potansiyel etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla, Anacamptis laxiflora tohumlarını kimyasal ve biyolojik olarak sentezlenmiş nanopartiküllerin üç konsantrasyonu (10, 50 ve 150 mg) farklı büyüme ortamlarına (katı, sıvı ve toprak) ilave edilerek kapsamlı değerlendirilmeler yapılmıştır. Anacamptis laxiflora tohumlarından izole edilen  endofitik funguslardan dördünün nanopartikül üretebildiği belirlenmiş ve bu izolatlar, Dactylonectria torresensis, Fusarium tricinctum, Alternaria alternata ve Alternaria tenuissima olarak tanımlanmışlardır.  Tohum çimlendirme çalışmaları, uygulamalar arasında ilgi çekici ve farklı yanıtları ortaya çıkarmıştır. Kimyasal nanopartiküller katı ortamda çimlenmeyi önleyici etkiler sergilerken, toprak ortamında olumsuz etkileri ihmal edilebilir düzeyde olmuştur. Buna karşılık, Dactylonectria torresensis aracılığıyla biyolojik olarak sentezlenmiş (yeşil sentez) olan Fe BNp1'leri 50 mg 'lık uygulaması katı ortamda çimlenme üzerinde olumlu bir etki göstermiş ve Fusarium tricinctum aracılığıyla biyolojik olarak sentezlenen Fe BNp6'leri toprak ortamında umut verici sonuçlar göstermiştir. İlginç bir şekilde, sıvı ortamın Anacamptis laxiflora tohumlarının çimlenmesi üzerine etkisi pek uygun olmamıştır. Glikomannan içeriğinin değerlendirilmesi konusunda, nanoparçacık maruziyetine verilen yanıtta önemli farklılıklar ortaya çıkmıştır. Özellikle FeBNp6'ler(50mg) ile işleme tabi tutulan katı ve toprak ortamlarda, glikomannan içeriğinde bir artış gözlenmiştir.  16S rRNA ve ITS rRNA genlerinin yüksek verimli dizilimi yoluyla gerçekleştirilen tohumla ilişkili mikrobiyal topluluğun analizi, uygulamalardan seçilen Fe BNp6'ler (50 mg)'nin rolü ve bunun tohum mikrobiyomu üzerindeki etkisi hakkında değerli bilgiler sağlamıştır. Bakteri topluluğu içinde, Pseudomonas, Cellulomonas ve Chthoniobacter dahil olmak üzere belirli cinslerin bolluğunda, Fe BNp1'ler (50 mg) varlığında artış gözlenmiştir. Bu bulgular aynı zamanda PİCRUSt aracı ile, bu nanopartiküllerin varlığında zenginleşen spesifik metabolik yolaklara da ışık tutmuştur. Funguslar arasında Barnettozyma, Aspergillus, Didymella, Albifimbria ve Malassezia gibi cinsler, özellikle spesifik yolaklara tepki olarak baskın ve oldukça bol miktarda oldukları ortaya çıkmıştır. Bu kapsamlı çalışma, nanopartiküller, Anacamptis laxiflora tohumları ve bunlarla ilişkili mikrobiyal topluluklar arasındaki karmaşık etkileşimleri anlamamıza katkıda bulunan öncül bir çalışmadır.

Abstract:
This study investigated the potential effects of nanoparticles on Anacamptis laxiflora (Lam.) R.M.Bateman, Pridgeon & M.W.Chase seed germination, seed development, glucomannan content, and the accompanying seed microbiome, which is an under-researched area. For this purpose, comprehensive evaluations were made by adding Anacamptis laxiflora seeds to three concentrations (10, 50, and 150 mg) of chemically and biologically synthesized nanoparticles to different growth media (solid, liquid, and soil). Four of the endophytic fungi isolated from Anacamptis laxiflora seeds were determined to be capable of producing nanoparticles, and these isolates were identified as Dactylonectria torresensis, Fusarium tricinctum, Alternaria alternate, and Alternaria tenuissima. Seed germination studies have revealed interesting and diverse responses among treatments. While chemical nanoparticles exhibited anti-germination effects in the solid environment, their negative effects in the soil environment were negligible. In contrast, 50 mg application of Fe BNp1 nanoparticles, biologically synthesized (green synthesis) through Dactylonectria torresensis, showed a positive effect on germination in solid media, and Fe BNp6 nanoparticles biologically synthesized through Fusarium tricinctum showed promising results in soil environment. Interestingly, the effect of a liquid medium on the germination of Anacamptis laxiflora seeds was unfavorable. Regarding the assessment of glucomannan content, significant differences emerged in the response to nanoparticle exposure. Glucomannan content was increased, especially in solid and soil media treated with FeBNp6 nanoparticles(50 mg). Analysis of the seed-associated microbial community performed through high-throughput sequencing of 16S rRNA and ITS rRNA genes provided valuable information on the role of FeBNp6 nanoparticles (50 mg) selected from treatments and its impact on the seed microbiome. Within the bacterial community, an increased abundance of certain genera, including Pseudomonas, Cellulomonas, and Chthoniobacter, was observed in the presence of FeBNp6 nanoparticles (50 mg). These findings also shed light on specific metabolic pathways that are enhanced in the presence of these nanoparticles via the PICRUSt tool. Among fungi, genera such as Barnettozyma, Aspergillus, Didymella, Albifimbria, and Malassezia were dominant and relatively abundant, especially in response to specific pathways. This comprehensive, pioneering study contributes to understanding the complex interactions between nanoparticles, Anacamptis laxiflora seeds, and their associated microbial communities.