Aronia melanocarpa (Michx.) elliot'da kallus oluşumu, metabolitleri ve bazı patojenik organizmalar üzerine endofitik bakteri, fungus ve nanopartiküllerin karşılıklı etkileri
The interactive effects of endophytic bacteria, fungi, and nanoparticles on callus formation, metabolites, and some pathogenic organisms in Aronia melanocarpa (Michx.) elliot
Yazar: LUAY BURHAN MUSTAFA
Danışman: PROF. DR. İBRAHİM ÖZKOÇ
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyoloji = Biology

Özet:
Bu çalışma, antioksidanlar, fenolik maddeler ve antimikrobiyal fitokimyasallar
bakımından zengin önemli bir tıbbi bitki olan Aronia melanocarpa yaprağının kallus
kültürlerinde sekonder metabolit üretiminin artırılmasına odaklanmaktadır. Buna
bağlı olarak, bu tez biyotik ve abiyotik elisitör teknikleri kullanarak endofitik bakteri,
fungusların hücre dışı kültür filtratları ve Fe3O4 nanopartikülleri ile, biyoaktif
bileşiklerin büyük ölçekte üretimi için uygun biyoteknolojik stratejileri belirlemeyi
amaçlamaktadır.
A. melanocarpa köklerinden dört endofitik bakteri ve dört fungal suşun izolasyonu
ve karakterizasyonu, sırasıyla 16S rDNA ve ITS rDNA genlerinin PCR
amplifikasyonu ve dizileme yöntemleriyle gerçekleştirilmiştir. Elisitasyon süreci,
hücre dışı kültür filtratlarının (5, 10 ve 15 mL/100 mL) ve Fe3O4 nanoparçacıklarının
(10, 15 ve 20 mg/L) değişen konsantrasyonlarını içermiştir. Kallus kültürlerinin
uyarılması, toplam fenolik maddeler birikiminde ve DPPH serbest radikal temizleme
aktivitesinde önemli bir artışa neden olmuş ve biyotik elisitörler için en iyi
uygulamalar olarak gözlemlenmiştir.
Ayrıca, Diatrype stigma fungusunun hücre dışı kültür filtratının (15 mL/100
mL) kullanıldığı A. melanocarpa yaprağı kallus biyomasının metanol ekstresi,
fenolik maddeler ve antioksidanlar açısından en yüksek değerleri göstermiştir. Bu
ekstrakt, klinik olarak önemli patojenlere karşı dikkate değer inhibe edici etkiler
sergilemiştir; Staphylococcus aureus, 100 mg/mL/disk için kallus biomass ekstresi
için en yüksek inhibisyon zonu (26,01±0,37 mm) göstermiştir. Fungal suşlar
değerlendirildiğinde, aynı ekstrakt ve aynı konsantrasyon ile 23,00±0,69 mm değeri
ile Aspergillus flavus için en yüksek inhibisyon zonu elde edilmiştir.
Özetle, bu çalışma bitki hücre kültürlerinde sekonder metabolit üretimini
artırmak için elisitör stratejilere dair anlayışımızı geliştirmekte ve elisitör ekstrelerin
antimikrobiyal ajanlar geliştirmedeki pratik uygulamasına vurgu yapmaktadır.
Araştırma, bitki biyoteknolojisi alanına önemli katkılar sunarak, potansiyel
farmasötik uygulamaları olan biyoaktif bileşiklerin sürdürülebilir üretimi için değerli
bilgiler sunmaktadır. A. melanocarpa kallus kültürlerinde sekonder metabolit
üretiminin başarılı bir şekilde artırılması, büyük ölçekte tıbbi bileşik üretimi için
biyoteknolojik ilerlemelerin umut vadeden perspektiflerini ortaya koymaktadır.

Abstract:
The present study delves into the augmentation of secondary metabolite
production in callus cultures of Aronia melanocarpa leaf, a significant medicinal
plant whose leaves are rich in antioxidants, phenols, and antimicrobial
phytochemicals. Accordingly, this thesis aims to determine appropriate
biotechnological strategies for the large-scale production of bioactive compounds
with extracellular culture filtrates of endophytic bacteria, fungi, and Fe3O4
nanoparticles using biotic and abiotic elicitor techniques.
Isolation and characterization of four endophytic bacteria and four fungal
strains from A. melanocarpa roots were conducted via PCR amplification,
sequencing, and phylogenetic analysis of 16S rDNA ve ITS rDNA gene,
respectively. The elicitation process involved varying concentrations of extracellular
culture filtrates (5, 10, and 15 mL/100 mL) and Fe3O4 nanoparticles (10, 15, and 20
mg/L). Stimulation of callus cultures resulted in a significant increase in total
phenolic substance accumulation and DPPH free radical scavenging activity and was
observed as best practice for biotic elicitors.
Moreover, methanol extract of A. melanocarpa leaf callus biomass using
extracellular culture filtrate of Diatrype stigma fungus (15 mL/100 mL) showed the
highest values regarding phenolic substances and antioxidants. This extract
demonstrated notable inhibitory effects against clinically important pathogens;
Staphylococcus aureus showed the highest zone of inhibition, 26.01±0.37 mm for
callus biomass extract at 100 mg/mL/disk. When fungal strains were evaluated, the
highest inhibition zone for Aspergillus flavus was obtained with the same extract and
the same concentration, with a value of 23.00±0.69 mm.
In summary, this study improves our understanding of elicitor strategies to
increase secondary metabolite production in plant cell cultures and highlights the
practical application of elicitor extracts in developing antimicrobial agents. The
research contributes significantly to the field of plant biotechnology, offering
valuable insights into the sustainable production of bioactive compounds with
potential pharmaceutical applications. The successful enhancement of secondary
metabolite production in A. melanocarpa callus cultures highlights the promising
prospects for biotechnological advancements in large-scale medicinal compound
production.