Bakır (Cu+), kurşun (Pb+2) ve kadmiyum (Cd+2) ağır metal streslerine maruz kalmış aspir (Carthamus tinctorius L.) çeşitlerinde FAD2 geni mRNA ifade seviyelerinin belirlenmesi
Determination of FAD2 gene mRNA expression levels in safflower (Carthamus tinctorius L.) varieties exposed to copper (Cu+), lead (Pb+2) and cadmium (Cd+2) heavy metal stress
Yazar: EKREM BÖLÜKBAŞI
Danışman: PROF. DR. EMİNE SÜMER ARAS
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Biyoteknoloji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Aspir = Safflower ; Bakır = Copper ; Kadmiyum = Cadmium ; Kurşun = Lead

Özet:
Ağır metal kirliliği tüm dünyada büyük bir çevresel problemdir. Toprak ve suda yüksek konsantrasyonlarda biriken ağır metallerin genotoksisiteye ve fonksiyonel biyomoleküllerin çoğuna zarar verdiği bilinmektedir. Örneğin, düşük konsantrasyonlarda bakır tüm organizmalar için gerekliyken, yüksek konsantrasyonda bakır, kadmiyum ve kurşun bitkilerden insanlara kadar tüm canlıları olumsuz yönde etkileyen gereksiz ve tehlikeli elementlerdir. Aspir bitkisi tohum ve tohumdan elde edilen yağı için yetiştirilen önemli bir tarım bitkisidir. Aspir yağı, gıda ve endüstriyel uygulamalarda kullanılan önemli bir oleik asit ve linoleik asit kaynağıdır. Bu çalışmada, farklı konsantrasyonlardaki bakır, kurşun ve kadmiyum ağır metal streslerine maruz bırakılan dört farklı aspir çeşidinin (BALCI, BDYAS-4, LİNAS ve ASOL) kök, kotiledon ve yaprak örneklerinde oleik asitin linoleik aside dönüşümünden sorumlu CtFAD2 (FAD2-6, FAD2-7, FAD2-11) genlerinin ifade düzeyleri Real-Time PCR ile belirlenmiştir. Aspir çeşitleri 21 gün süreyle iklimlendirme kabininde yetiştirildikten sonra 24 saat farklı konsantrasyonlardaki (0, 40, 80, 160, 320, 640 mg/L) bakır, kurşun ve kadmiyum ağır metal stresine maruz bırakılmıştır. 24 saat süre ile ağır metal streslerine maruz kalan aspir çeşitlerinin kök, kotiledon ve yaprak örneklerinden RNA izolasyonu, cDNA sentezi ve Real-Time PCR analizi yapılmıştır. Artan bakır konsantrasyonlarına maruz kalan aspir çeşitlerinde FAD2 genlerinin ifade seviyelerinde azalma olurken, 160 mg/L ve 320 mg/L'den sonra yeniden artışın olduğu görülmüştür. Kurşun stresinde kontrol grubuna göre 160 mg/L'ye kadar genel bir düşüş olurken, 320 mg/L konsantrasyonda en yüksek seviyelere ulaşmıştır. Kadmiyum stresinde ise FAD2 genlerinin ifade düzeylerinin 160 mg/L'de en yüksek seviyelere ulaştığı ve sonraki konsantrasyonlarda düştüğü tespit edilmiştir. Tez çalışmasında elde edilen sonuçlar FAD2 genlerinin aspir bitkisinde ağır metal streslerine karşı savunma mekanizmasında rol oynadığını göstermektedir.

Abstract:
Heavy metal contamination is a major environmental problem all over the world. It is known that high concentration of heavy metals in soils and waters cause genotoxicity and damage most of the functional bio-molecules. For instance, although low concentration of copper is essential for all organisms but high concentration of copper, cadmium and lead are non-essential elements that negatively affect every living organism from plants to humans. Safflower is an important agricultural plant which is being grown for the seeds and seed oil. Safflower oil constitutes an important source of oleic acid and linoleic acid which can be used for food and industrial applications. In this study, we investigated the expression levels of CtFAD2 (FAD2-6, FAD2-7, FAD2-11) genes which are important for conversion of oleic acid (Omega-9) to linoleic acid (Omega-6)  at root, cotyledon and leaf tissues of four Turkish safflower varieties (BALCI, BDYAS-4, LİNAS and ASOL) subjected to copper, lead and cadmium heavy metals stress conditions by qRT-PCR. Safflower species which were grown in perlite for 21 days in a controlled environmental growth chamber were exposed to 24 hours of differnt concentration (0, 40, 80, 160, 320, 640 mg/L) of copper, lead and cadmium heavy metal stress. RNA isolation, cDNA synthesis and Real Time PCR analysis were performed with root, cotyledon and leaf tissues which were subjected to 24 hours of all stress conditions. It was found that the expression levels of FAD2 genes have decreased in the safflower varieties which were exposed to increasing concentrations of copper, but increased again after 160 mg/L and 320 mg /L. Under lead stress conditions, expression levels of FAD2 genes revealed a general decrease pattern up to 160 mg / L compared to the control group and then they reached the highest level of expression at 320 mg/L concentration. Under cadmium stress conditions, expression levels of FAD2 genes were found to reach the highest expression level at 160 mg/L and following decreased at subsequent concentrations.  All results suggest that FAD2 gene plays a key role in defence mechanism against heavy metal stresses.