Buğdayda (Triticum aestivum L.) kuraklık stresine toleransta kitosan etkisinin fizyolojik, biyokimyasal ve moleküler düzeyde belirlenmesi
Determination of chitosan effect on drought stress tolerance in wheat (Triticum aestivum L.) at physiological, biochemical, and molecular levels
Yazar: AHMET İNAN
Danışman: DOÇ. DR. MURAT AYDIN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarımsal Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Ziraat = Agriculture
Dizin: Akuaporinler = Aquaporins ; Antioksidan enzimler = Antioxidant enzymes ; Buğday = Wheat ; Klorofil = Chlorophyll

Özet:
Amaç: Kuraklık stresi, bitki verimini ve kalitesini etkileyen önemli abiyotik stres faktörlerinden biridir. Kuraklık stresi altındaki buğdayda kitosan uygulamasının bazı fizyolojik ve biyokimyasal parametreler ile bitkilerde su taşınımında önemli görevleri bulunan PIP1, PIP2 ve TIP2 genlerinin mRNA ifade seviyesine olan etkisinin incelendiği bu çalışmanın amacı, kitosanın kuraklık stresindeki rolünün aydınlatılmasıdır.
Yöntem: Kuraklığa toleranslı (Kırkpınar 79) ve hassas (Kırmızı Kılçık) buğday genotiplerinin tohumları çimlendirilerek ele edilen buğday fideleri, Hogland çözeltisi içeren hidroponik ortamda 4 yapraklı döneme kadar büyütülmüş ve PEG6000 (0, -6 bar ve -8 bar) ve kitosanın (0, 50, 100 ve 150 mg/L) farklı konsatrasyonlarına maruz bırakılmıştır. Uygulamadan 7 gün sonra, fizyolojik [hücre membran hasarı (%), yaprak nispi su içeriği (%), klorofil miktarı (SPAD), klorofil floresans verimi (F0, Fv, Fm, Fv/Fm)] ve biyokimyasal [malondialdehit (MDA), hidrojen peroksit (H2O2), süproksit dismutaz (SOD), peroksidaz (POD) ve askorbat peroksidaz (APX)] parametreler ile PIP1, PIP2 ve TIP2 akuaporin genlerinin mRNA ifade seviyeleri tespit edilmiştir.
Bulgular: Kuraklık stresi her iki genotiptede fizyolojik özellikleri olumsuz etkilemiş; klorofil miktarında, klorofil floresans veriminde ve yaprak nispi su içeriğinde azalışa; hücre membran hasarında ise artışa neden olmuştur.  Yine, kuraklık stresi biyokimyasal parametrelerden SOD, POD ve APX enzimlerinin aktivitesini ve malondialdehit (MDA) ve hidrojen peroksit (H2O2) miktarlarında artışa neden olduğu belirlenmiştir. Kuraklık stresinin fizyolojik ve biyokimyasal parametreler üzerindeki bu olumsuz etkisi, kitosan uygulamasıyla azalmıştır. Gen ifadesi analizi sonuçlarına göre, PIP1, PIP2 ve TIP2 genlerinin ifade seviyelerinin genotipe, stresin şiddetine ve doku tipine göre farklılık gösterdiği ve kitosan uygulamasının bu genlerin ifade seviyelerini etkilediği belirlenmiştir.
Sonuç: Araştırmada elde edilen bulgulara göre kitosan uygulamasının buğdayda kuraklık stresinin neden olduğu zararlı etkilerine karşı iyileştirici etki gösterdiği belirlenmiştir.

Abstract:
Purpose: Drought stress is one of the important abiotic stress factors affecting crop yield and quality. The aim of this study, in which the effect of chitosan application in wheat under drought stress on some physiological and biochemical parameters as well as the mRNA expression level of PIP1, PIP2 and TIP2 genes that have important roles in water transport in plants and, is to elucidate the role of chitosan in drought stress.
Method: Wheat seedlings obtained by germinating the seeds of drought tolerant (Kırkpınar 79) and sensitive (Kırmızı Kılçık) wheat genotypes were grown in hydroponic medium containing Hogland solution until the 4-leaf stage and treated with PEG6000 (0, -6 bar and -8 bar) and chitosan (0, 50, 100 and 150 mg/L).7 days after treatment, physiological [cell membrane damage (%), leaf relative water content (%), chlorophyll content (SPAD), chlorophyll fluorescence efficiency (F0, Fv, Fm, Fv/Fm)] and biochemical [malondialdehyde (MDA), hydrogen peroxide (H2O2), suproxide dismutase (SOD), peroxidase (POD) and ascorbate peroxidase (APX)] parameters and mRNA expression levels of PIP1, PIP2 and TIP2 aquaporin genes were recorded.
Findings: Drought stress negatively affected physiological characteristics in both genotypes; led to a decrease in chlorophyll amount, chlorophyll fluorescence efficiency and leaf relative water content whereas increased cell membrane damage. Again, it was determined that drought stress caused an increase in the activity of biochemical parameters SOD, POD and APX enzymes and in the amounts of malondialdehyde (MDA) and hydrogen peroxide (H2O2). These negative effects of drought stress on physiological and biochemical parameters decreased with chitosan application. According to the results of gene expression analysis, it was determined that the expression levels of PIP1, PIP2, and TIP2 genes differ according to genotype, severity of stress, tissue type, and chitosan application affect the expression levels of these genes.
Result: According to the findings obtained in the study, it was determined that chitosan application had a healing effect against the harmful effects of drought stress on wheat.