Nitrat stresi altında yetiştirilen buğday yapraklarında dışarıdan uygulanan poliamin kadaverinin fotosentez, kloroplastik antioksidanlar ve reaktif oksijen türleri üzerine etkileri
Effects of exogenously applied polyamine cadaverine on photosynthesis, chloroplastic antioxidants and reactive oxygene species in wheat leaves grown under nitrate stress
Yazar: MELİKE BALCI
Danışman: PROF. DR. EVREN YILDIZTUGAY
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Botanik = Botany
Dizin: Oksidatif stres = Oxidative stress ; Ozmotik stres = Osmotic stress

Özet:
Organik bir diamin olan kadaverin (Cad), stres altındaki yüksek bitkilerde birikme eğilimindedir, ancak spesifik stres iyileşmesinde rolüne dair açık bir açıklama yapılmamaktadır. Bir stres faktörü olarak fazla azot, ekilen ürünlerin büyümesini ve gelişmesini engeller ve verim ve kalite düşer. Cad'nin, buğdayın kloroplastlarında klorofil floresansını, antioksidan metabolizmasını ve radikal birikimini düzenleyerek nitrat (N) stresine yanıt verebileceği hipotezini kurduk. Bu hipotezi doğrulamak için 100 mM ve 200 mM nitrat (NO3-) stresi altında buğdayda (Triticum aestivum L. cv Karahan), 100 M ve 1 mM kadaverin (Cad) uygulamalarının fotosentez, kloroplastik antioksidanlar ve reaktif oksijen türleri ile fizyolojik parametreler üzerindeki etkilerini değerlendirdik. Sonuçlar, stresin bağıl su içeriğinde (RWC), ozmotik potansiyelde (ΨΠ) ve fotosentetik verimde (Fv/Fm) önemli düşüşlere neden olduğunu gösterdi. Ancak Cad uygulamaları stresin bu parametreler üzerinde oluşturduğu olumsuz etkileri tersine çevirmiştir. N stresine maruz kaldıktan sonra, süperoksit dismutaz (SOD) aktivitesinde herhangi bir artış gözlenmemiştir. Yüksek N uygulaması altında, kloroplastlarda NADPH oxidase (NOX) aktivitesi artmıştır. Artan hidrojen peroksit (H2O2) miktarına bağlı olarak, stres altında lipid peroksidasyon seviyeleri (TBARS içeriği) artmıştır. Cad ve strese yanıt olarak, peroksidaz (POX), H2O2'nin toksik seviyelerinin temizlenmesinde etkili bir antioksidandır. Ayrıca Cad, askorbat peorksidaz (APX), glutatyon redüktaz (GR), monodehidro askorbat redüktaz (MDHAR) ve askorbat (AsA) ve glutatyon (GSH) miktarları gibi AsA-GSH döngüsü içinde yer alan enzim/enzim olmayan moleküllerin kapasitesini indüklemiştir. Bu nedenle Cad+stres uygulanan buğdayda, AsA/DHA ve GSH/GSSG oranları, N stresine karşı toleransı gösteren yüksek değerlere ulaşmıştır. Sonuçlarımız, Cad uygulamalarının N stresi altındaki buğday yapraklarının kloroplastlarında fotosentetik etkinliği, antioksidan kapasite, ROS birikimi ve lipid peroksidasyonunu modüle ederek oksidatif hasarın etkilerini başarılı olarak engellediğini göstermiştir.

Abstract:
Cadaverine (Cad), an organic diamine, tends to accumulate in higher plants under stress but without explicit explanation of its role in specific stress alleviation. As a stress factor, excess nitrogen inhibits the growth and development of cultivated crops, and the yield and quality are reduced. We hypothesized that Cad may respond to nitrate (N) stress by regulating chlorophyll fluorescence, antioxidant metabolism and radical accumulation in the chloroplasts of wheat. In order to verify this hypothesis, the effects of 100 M and 1 mM cadaverine (Cad) applications on photosynthesis, chloroplastic antioxidants and reactive oxygen species along with physiological parameters were evaluated in wheat (Triticum aestivum L. cv Karahan) under 100 mM and 200 mM nitrate (NO3-) stress. The results showed that stress caused significant reductions in relative water content (RWC), osmotic potential (ΨΠ) and photosynthetic efficiency (Fv/Fm). However, Cad applications were reversed negative effects induced by stress on these parameters. After N stress exposure, no increase in superoxide dismutase (SOD) activity was observed. Under the high N treatment, NOX activity increased in the chloroplasts. Depending on the increased hydrogen peroxide (H2O2) content, lipid peroxidation levels (TBARS content) increased under stress. In response to Cad plus stress, peroxidase (POX) was an effective antioxidant in scavenging of the toxic levels of H2O2. Cad induced the capacity of enzyme/non-enzyme molecules involved in the AsA-GSH cycle, such as ascorbate peroxidase (APX), glutathione reductase (GR), monodehydroascorbate reductase (MDHAR), and contents of ascorbate (AsA) and, glutathione (GSH). Therefore, AsA/DHA and GSH/GSSG was reached the high values in Cad+stress-applied wheat, which indicated the tolerance against N stress. Our results indicated that Cad applications successfully inhibited the effects of oxidative damage by modulating photosynthetic efficiency, antioxidant capacity, ROS accumulation and lipid peroxidation in the chloroplasts of wheat leaves under N stress.