Buğday ıslahında ikili stres koşullarında Zymoseptoria tritici'ye dayanıklı bitkilerin seçiminde kullanılabilecek fizyolojik, biyokimyasal ve moleküler parametrelerin belirlenmesi
Determination of physiological, biochemical and molecular parameters that can be used in the selection of plants resistant to Zymoseptoria tritici under dual stress conditions in wheat breeding
Yazar: BEHZAT BARAN
Danışman: DOÇ. DR. MURAT DİKİLİTAŞ
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bitki Koruma Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Ziraat = Agriculture

Özet:
Bu çalışma, 2020-2023 yıllarında Harran Üniversitesi Ziraat Fakültesi, Bitki Koruma Bölümü ile Diyarbakır Zirai Mücadele Araştırma Enstitüsü sera, iklim odası ve laboratuvarlarında yürütülmüştür. Zymoseptoria tritici'ye karşı hassas Nurkent ve dayanıklı olarak karakterize edilen Ceyhan-99 buğday çeşitlerinin NaCl stresi altındaki performansları tohum, çimlenme ve çimlenme sonrası gelişme dönemlerinde değerlendirilmiştir. Z. tritici enfeksiyonuna karşı Ceyhan-99 çeşidinden daha hassas olarak değerlendirilen Nurkent çeşidi, NaCl stresine de Ceyhan-99 çeşidinden daha hassas tepki vermiştir. Farklı NaCl (0, 40, 75 ve 155 mmol L-1) konsantrasyonlarda Z. tritici'ye hassas Nurkent ve dayanıklı olarak kabul edilen Ceyhan-99 buğday genotiplerinin çimlenme ve fide döneminde nasıl etki ettiğini ve bitkilerin fizyolojik ve morfolojik gelişimini nasıl etkilediğini belirlemek amacı ile kök sayısı, kök uzunluğu, kök kuru ağırlığı, kök yaş ağırlığı, gövde yaş ağırlığı, gövde yaş ağırlığı, gövde uzunluğu, çimlenme süresi ve çimlenme yüzdesi indeksine ilişkin veriler incelenmiştir. Artan NaCl konsantrasyonları ile birlikte her iki çeşitte çimlenme süresi artarken diğer tüm parametreler azalmıştır. Patojenin biyokimyasal parametrelerine bakıldığında 75 mmol L-1 ve üstü NaCl koşullarına strese girmesine rağmen ki bu durum H2O2, MDA, prolin artışı ile gösterilmiş, ancak proteaz ve lakkaz gibi yıkıcı enzim seviyelerinin de arttığı ve dolayısı ile patojenin aktif olduğu görülmüştür. Zymoseptoria tritici ve NaCl (tuz) stresinin ayrı ve birlikte etkilerinin Triticum aestivum (buğday) bitkisinin gelişme döneminde Nurkent (hassas) Ceyhan-99 (dayanıklı) çeşitlerinin savunma sistemi üzerinde oynadığı rol, fizyolojik (yaprak alanı vb.), biyokimyasal açıdan 0.gün, 7.gün ve 14. günlerde değerlendirilmiş bitkilerin H2O2, MDA, protein, prolin, Peroksidaz, Superoksit dismutase, Katalaz, Jasmonik asit, Salisilik asit, toplam fenol ve PAL enzimi ve metabolitleri ve moleküler parametreler ölçülerek, bitkilerin tepkileri ortaya konmuştur. Buna göre stres metabolit kriterleri olarak kabul edilen H2O2 ve MDA kontrol bitkilerinde yaşa bağlı olarak artmış, ancak strese maruz kalan bitkilerde önemli derecede artış göstermiştir. Kombine strese maruz kalan buğday çeşitleri farklı NaCl konsantrasyonlarında stres metabolitlerini sentezleyerek tepki vermişler, kombine stresin daha fazla stres metabolitlerinin birikimine yol açtığı belirlenmiş, çeşitlerin benzer tepkiler verdiği tespit edilmiştir. Hastalık etmenine hassas Nurkent ve dayanıklı Ceyhan-99 buğday çeşitlerinin protein farklı NaCl seviyeleri ve bu koşullarda patojen ile kombinasyonları sonucu 26 farklı genin farklı seviyelerde ekspres oldukları tespit edilmiştir. SOD genlerinin hem NaCl hem patojen hem de NaCl+patojen koşullarında tepkileri belirlenmiş burada aktivite gösteren 7 adet genin (SOD1, SOD6, SOD8, SOD13, SOD16, SOD20 ve SOD21) tepkileri NaCl, patojen ve NaCl+patojen koşullarında ortaya konmuştur. Bu çalışmada, gen ve metabolitlerinin patojen, NaCl, ve patojen + NaCl koşullarında oluşturdukları stres buğday çeşitleri üzerinde test edilmiştir. Burada kullanılan marker enzim, metabolit ve genlerin ve moleküler analizlerin kombine strese karşı çeşit geliştirmede önemli kriterler oldukları tespit edilmiştir.

Abstract:
This study was carried out in greenhouses, climate chambers and laboratories of Harran University Faculty of Agriculture, Department of Plant Protection and Diyarbakır Agricultural Control Research Institute between 2020-2023. The performances of Nurkent wheat varieties, which are sensitive to Zymoseptoria tritici, and Ceyhan-99 wheat varieties, which are characterized as resistant, under NaCl stress were evaluated in seed, germination and post-germination development periods. Nurkent, which is evaluated as more sensitive to Z. tritici infection than Ceyhan-99, also responded more sensitively to NaCl stress than Ceyhan-99. In order to determine how different NaCl (0, 40, 75 and 155 mmol L-1) concentrations of Z. tritici affect the germination and seedling periods of susceptible Nurkent and resistant Ceyhan-99 wheat genotypes and how they affect the physiological and morphological development of the plants, data on root number, root length, root dry weight, root fresh weight, stem fresh weight, stem fresh weight, stem length, germination time and germination percentage index were examined. With increasing NaCl concentrations, germination time increased in both varieties, while all other parameters decreased. When the biochemical parameters of the pathogen were examined, it was seen that although it was stressed in 75 mmol L-1 and above NaCl conditions, which was shown by the increase in H2O2, MDA, proline, but the levels of destructive enzymes such as protease and laccase also increased and therefore the pathogen was active. The role of the separate and combined effects of Zymoseptoria tritici and NaCl (salt) stress on the defense system of Nurkent (susceptible) and Ceyhan-99 (resistant) varieties during the development period of Triticum aestivum (wheat) plants was evaluated physiologically (leaf area etc.) and biochemically on the 0th day, 7th day and 14th day, and the responses of the plants were revealed by measuring H2O2, MDA, protein, proline, Peroxidase, Superoxide dismutase, Catalase, Jasmonic acid, Salicylic acid, total phenol and PAL enzymes and metabolites and molecular parameters. Accordingly, H2O2 and MDA, which are accepted as stress metabolite criteria, increased in control plants depending on age, but showed a significant increase in plants exposed to stress. Wheat varieties exposed to combined stress responded by synthesizing stress metabolites at different NaCl concentrations, and it was determined that combined stress caused the accumulation of more stress metabolites, and it was determined that the varieties gave similar responses. It was determined that 26 different genes were expressed at different levels as a result of the combination of protein with pathogen in the susceptible Nurkent and resistant Ceyhan-99 wheat varieties. The responses of SOD genes were determined in both NaCl, pathogen and NaCl+pathogen conditions, and the responses of 7 genes (SOD1, SOD6, SOD8, SOD13, SOD16, SOD20 and SOD21) showing activity were revealed in NaCl, pathogen and NaCl+pathogen conditions. In this study, the stress caused by genes and metabolites in pathogen, NaCl and pathogen + NaCl conditions were tested on wheat varieties. It was determined that the marker enzymes, metabolites and genes and molecular analyses used here are important criteria in developing varieties against combined stress.