İklim değişikliğinin toprak mikrobiyal çeşitliliği üzerindekietkisinin değerlendirilmesi
Assessment of the impact of climate change on soil microbialdiversity
Yazar: ÇİSEM SAKTAŞ
Danışman: PROF. DR. SEVCAN AYDIN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Biyoteknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Bu çalışma, Kayseri ilinden elde edilen kurak ve sulu tarım alanlarından alınan toprak
örneklerinde iklim değişikliğinin toprak mikrobiyal toplulukları üzerindeki etkilerini
incelemeyi amaçlamaktadır. Toprak ekosistemlerinde yaşayan mikroorganizmalar,
biyokimyasal döngüler ve besin süreçlerinde kritik bir rol oynamakta olup, iklim değişikliği
gibi çevresel stres faktörlerine karşı farklı yanıtlar vermektedir. Bu bağlamda, gerçekleştirilen
araştırmada farklı primer setleri kullanılarak hem prokaryotik hem de ökaryotik
mikroorganizmaların genetik analizleri yapılmış ve iklim değişikliği etkilerinin mikrobiyal
çeşitlilik üzerindeki etkisi değerlendirilmiştir. Kurak şartlarda ve sulama yapılan tarım
topraklarından alınan örneklerden prokaryotik ve ökaryotik mikrobiyal floranın genetik analizi
Oxford Nanopore sekanslama teknolojisi ile incelenerek mikrobiyal çeşitlilik belirlenmiştir. Bu
karşılaştırma ile iklim değişikliğinin toprak mikrobiyal toplulukları üzerindeki etkilerini net bir
şekilde ortaya koymaktadır. Mikrobiyal çeşitliliğin belirlenmesi için 16S rRNA ve 18S rRNA
bazlı analizler gerçekleştirilmiş, özellikle prokaryotlar (Arkea ve Bakteriler) ve ökaryotik
mikroalgler hedef alınmıştır. Sonuçlar, kuraklık ve stresli koşullara maruz kalan SA1
topraklarının mikrobiyal çeşitlilik açısından zengin olmadığını, buna karşın suyun bol olduğu
SF1 topraklarının daha dengeli ve verimli bir mikrobiyal topluluğa sahip olduğunu göstermiştir.
Bakteriyel filum analizlerinde, Pseudomonadota her iki örnekte de baskınken, SA örneğinde
Bacteroidota ve Actinomycetota; SF örneğinde ise Gemmatimonadota ve Acidobacteriota daha
yaygın bulunmuştur. Eukaryotik mikrobiyal çeşitlilikte ise SF'de Ascomycota, Cercozoa ve
Chlorophyta gibi filumların artışı gözlemlenirken, SA'da Actinomycetota gibi kuraklığa
dayanıklı türler baskın olmuştur. Ayrıca, arkael analizlerde Nitrososphaera her iki örnekte de
baskınken, SF'de Euryarchaeota gibi metanojenik arkelerin oranı daha yüksektir. İklim değişikliği ve su erişiminin, toprak mikrobiyal topluluklarını ve ekosistem işlevlerini önemli
ölçüde etkilediği bulgularla desteklenmiştir. Çalışma, iklim değişikliğine uyum sağlamak ve
tarımsal sürdürülebilirliği artırmak için önemli mikrobiyal grupların biyoagümantasyon
stratejileriyle desteklenebileceğini göstermektedir. Bu bağlamda, fosfor çözünürlüğünü artıran
Massilia gibi mikroorganizmaların kullanımı, iklim değişikliğinin tarımsal üretim üzerindeki
olumsuz etkilerini azaltmak için önemli bir strateji olarak öne çıkmaktadır. Bu araştırma,
İstanbul Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi (Proje Numarası: FYL-
2023-40224) ve TÜBİTAK proje numarası 23AG017 tarafından desteklenmiştir.

Abstract:
This study aims to examine the effects of climate change on soil microbial communities in soil
samples taken from arid and irrigated agricultural areas in Kayseri, Turkey. Microorganisms
living in soil ecosystems play a critical role in biochemical cycles and nutrient processes and
respond differently to environmental stress factors such as climate change. In this context,
genetic analyses of both prokaryotic and eukaryotic microorganisms were conducted using
different primer sets, and the impact of climate change on microbial diversity was assessed.
The microbial diversity of prokaryotic and eukaryotic flora from soil samples taken from arid
and irrigated agricultural land was analyzed using Oxford Nanopore sequencing technology.
This comparison clearly reveals the effects of climate change on soil microbial communities.
16S rRNA and 18S rRNA-based analyses were performed to determine microbial diversity,
with a focus on prokaryotes (Archaea and Bacteria) and eukaryotic microalgae. The results
showed that the microbial diversity of the SA1 soils, exposed to drought and stressful
conditions, was not as rich, while the SF1 soils, with abundant water, had a more balanced and
productive microbial community. Bacterial phylum analyses revealed that Pseudomonadota
was dominant in both samples, while Bacteroidota and Actinomycetota were more prevalent in
SA soils, and Gemmatimonadota and Acidobacteriota were more common in SF soils. In terms
of eukaryotic microbial diversity, an increase in Ascomycota, Cercozoa, and Chlorophyta was
observed in SF, whereas drought-resistant types like Actinomycetota were dominant in SA
soils. Additionally, archaeal analyses indicated that Nitrososphaera was dominant in bothsamples, but the proportion of methanogenic archaea like Euryarchaeota was higher in SF soils.
The findings support that climate change and water availability significantly impact soil
microbial communities and ecosystem functions.The study suggests that important microbial
groups could be supported through bioaugmentation strategies to adapt to climate change and
enhance agricultural sustainability. In this context, the use of microorganisms like Massilia,
which enhances phosphorus solubility, emerges as a key strategy to mitigate the negative effects
of climate change on agricultural productivity. This research was supported by the Scientific
Research Projects Coordination Unit of Istanbul University (Project Number: FYL-2023-
40224) and TUBITAK project number 23AG017..