Kadmiyumun bazı serin iklim tahıllarında çimlenme ve moleküler düzeydeki etkileri
Effects of cadmium on germination and molecular level in some cool climate cereals
Yazar: FUNDA KÜYÜK
Danışman: PROF. DR. ÖZLEM ÖZBEK
Hitit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Moleküler Biyokimya ve Genetik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyoloji = Biology ; Botanik = Botany ; Genetik = Genetics
Dizin: Ekmeklik buğday = Bread wheat ; Genetik çeşitlilik = Genetic diversity ; Makarnalık buğday = Durum wheat ; Triticum aestivum = Triticum aestivum ; Triticum spelta = Triticum spelta ; Yabani buğday = Wild emmer

Özet:
Bu çalışmada, bazı serin iklim tahıllarının tohumlarının çimlenmesinde 3 farklı molaritede (1 mM, 2 mM ve 3 mM) uygulanan kadmiyum ağır metal stresinin tohumların çimlenme fizyolojisindeki etkilerinin araştırılması hedeflendi. Bunu belirlemek için kadmiyumun bitkilerin çimlenebilen tohumlarının morfolojik özellikleri ve DNA'ları üzerindeki etkileri analiz edildi. Çalışmada ekmeklik buğday (Triticum aestivum L.), makarnalık buğday [Triticum turgidum (L.) Tell. convar. durum (Desf.) Mackey], arpa (Hordeum vulgare L.) çeşidi ve atasal buğday türlerinden [Triticum monococcum L. ssp. Monococcum (Siyez), Triticum turgidum L. ssp. dicoccon (Schrank) Thell. (Gernik) ve Triticum spelta L. (Dinkel)] üçer adet analiz edildi.
Çimlenebilen tohumlarda morfolojik özellik olarak kök sayısı, kök ve sürgün uzunlukları kullanıldı. Elde edilen bulgulara göre, tüm molarite ve çeşitlerde çimlenme yüzdelerine göre en yüksek oranlar Golia, Kızıltan 91, Aida ve Dinkel'de gözlendi. Stres tolerans indeks (STİ) değerlerine göre yüksek tolerans gösteren çeşitler Bayraktar, Çıfçıklı, Ovidio, Çeşit 1252, İnce 04, Aida ve Gernik olarak öne çıkmaktadır. Morfometrik verilerde gözlenen varyansın iki yönlü
ANOVA sonuçlarına göre çalışmada uygulanan dozların etkisinin çok büyük olduğunu ancak çeşitlerin etkisinin dozlara göre daha düşük olmakla beraber etkilerinin büyük olduğunu gösterdi. Atomik absorpsiyon spektroskopi (AAS) sonuçlarına göre bitkilerde kadmiyum birikiminin yüzde olarak sürgünlere göre köklerde daha fazla olduğu gözlendi. Moleküler analizler için kullanılan 5 İnter Simple Sequence Repeat (ISSR) primeri toplam 92 polimorfik lokus ve toplam 13179 adet bant üretti. ISSR moleküler belirteçleri ile kadmiyumun kontrol grubuna göre deney gruplarının tümünde DNA üzerinde değişikliklere neden olduğu tespit edildi. ISSR PCR verilerine göre hesaplanan genetik uzaklık verilerine göre aritmetik ortalamalı ağırlıksız çift grup yöntemi (UPGMA) kullanılarak oluşturulan dendrogram çalışmada kullanılan buğday ve arpaların filogenetik ilişkilerini açık bir şekilde göstermektedir. Düşük konsantrasyonlarda bile olsa kadmiyumun bir ağır metal olarak insan ve diğer canlıların sağlığını uzun vadede olumsuz şekilde etkileyebileceğinden besin zincirine katılmasının önüne geçilmesi için gerekli tedbirlerin alınması gereklidir. Sonuç olarak bitkilerin tohumlarının çimlenme fizyolojileri, kök ve sürgünlerin büyüme ve gelişmesinde kadmiyumun molaritesinin arttıkça ağır metal stresinin de arttığı ve olumsuz yönde etkilediği, çeşitlerin de genotiplerinin ağır metal stresine göre farklı düzeylerde cevap verdiği sonucuna varıldı.

Abstract:
In this study, it was aimed to investigate the effects of cadmium heavy metal stress applied at 3 different molarity (1 mM, 2 mM and 3 mM) on the germination physiology of the seeds of some cool climate cereals. To determine this, the effects of cadmium on the morphological characteristics and DNA of the germinating seeds of the plants were analyzed. In the study, bread wheat (Triticum aestivum L.), durum wheat [Triticum turgidum (L.) Tell. convar. durum (Desf.) Mackey], barley (Hordeum vulgare L.) varieties, and the wheat landraces [Triticum monococcum L. ssp. monococcum (Einkorn), Triticum turgidum L. ssp. dicoccon (Schrank) Thell. (Gernik) and Triticum spelta L. (Dinkel)] were analyzed three times each. The number of roots, root, and shoot lengths were used as morphological characteristics in germinable seeds. According to the results, the highest rates in terms of germination percentages in all molarity and varieties were observed in Golia, Kızıltan 91, Aida, and Dinkel varieties. According to the stress tolerance index (STI) values, Bayraktar, Çıfçıklı, Ovidio, Çeşit 1252, İnce 04, Aida and Gernik stand out as with high tolerance. According to the two-way ANOVA results of the variance observed in the morphometric data, it was shown that the effect of the doses applied in the study was very large, but although the effect of the varieties was lower than the doses, their effects were also greater. The atomic absorption spectroscopy (AAS) results displayed that the percentage of cadmium accumulation in plants was higher in the roots than in the shoots. The five Inter Simple Sequence Repeat (ISSR) primers used for molecular analyzes produced 92 polymorphic loci and 13179 bands. ISSR molecular markers determined the changes on the DNA in all experimental groups compared to the control group. The dendrogram constructed using the unweighted pair group method with arithmetic mean (UPGMA) based on the genetic distance calculated according to ISSR PCR data clearly displayed the phylogenetic relationships of wheat and barley used in the study. Since cadmium, as a heavy metal, can negatively affect the health of humans and other living things in the long term, even at low concentrations, necessary precautions should be taken to prevent it from entering the food chain. As a conclusion, it was concluded that as the molarity of cadmium increases, heavy metal stress increases and negatively affects the germination physiology of the seeds of plants, the growth and development of roots and shoots, and that the genotypes of varieties respond to heavy metal stress at different levels.