Bazı yerli buğday çeşitlerinde ağır metal stresine karşı miRNA cevaplarının araştırılması
Investigation of miRNA responses against heavy metal stress in some domestic wheat varieties
Yazar: MERYEM ÇETİNKAYA
Danışman: PROF. DR. EMEL SÖZEN
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Botanik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Botanik = Botany

Özet:
Bu çalışmada kadmiyum stresine maruz bırakılan iki farklı buğday çeşidinin (Kutluk-94 ve Kunduru-1149) Cd biriktirme potansiyelleri ile ağır metal stresinde görevli olduğu bilinen 3 farklı miRNA, miR159, miR171 ve miR395'in ekspresyon seviyelerindeki değişikliğin belirlenmesi amaçlanmıştır. Kutluk-94 ve Kunduru-1149 tohumları petrilerde distile su ile çimlendirilmiş, daha sonra buğday fideleri 100, 200 ve 300 µM CdCl2 solusyonunda bir hafta süre ile muamele edilmiştir. Buğday kök ve yaprak örneklerinde Cd miktarı yaş yakma yöntemi kullanılarak ICP-OES cihazında ölçülmüştür. Hem Kutluk-94 hem de Kunduru-1149 çeşitlerinin yaprak ve köklerinde biriken Cd miktarları kontrol grubu ile kıyaslandığında istatistiksel olarak anlamlı bulunmuştur. Kutluk-94 ve Kunduru-1149 yapraklarında biriken Cd miktarı açısından belirgin bir farklılık yokken, köklerde ise tüm konsantrasyonlarda anlamlı bir farklılık söz konusudur (p<0.05). Kunduru-1149 çeşidi köklerinde daha fazla Cd birikimi tespit edilmiştir. miRNA ekspresyon seviyeleri RT-PCR yöntemi ile belirlenmiştir. Artan Cd dozlarında ağır metal stresi ile ilişkili miR159, miR171 ve miR395'in ekspresyonları çeşitler arasında değişiklik göstermiştir. Kunduru-1149'da miR159 ekspresyonu kökte yukarı regüle edilirken, yaprakta ise 100 µM'lık konsantrasyon hariç diğer konsantrasyonlarda aşağı regüle edilmiştir.
Kutluk-94' de ise miR159'un ekspresyonunun hem yaprak hem de kökte yukarı regüle edildiği tespit edilmiştir. miR171'in ekspresyonunun Kutluk-94 yaprak ve köklerinde 100 µM'lık konsantrasyonda yukarı regüle edildiği, 200 ve 300 µM'lık konsantrasyonda ise aşağı regüle edildiği görülmüştür. Cd uygulanan Kunduru-1149 bitkilerinin kök ve yapraklarında ise miR171'in ekspresyonu aşağı regüle edilmiştir. Son olarak, miR395'in ekspresyonunun Kutluk-94 yapraklarında 100 µM'lık konsantrasyonda aşağı regüle edildiği, 200 ve 300 µM'lık konsantrasyonda ise yukarı regüle edildiği gözlenmiştir. Kutluk-94 köklerinde ise miR395'in ekspresyonunun tüm konsantrasyonlarda yukarı regüle edildiği görülmüştür. Kunduru-1149 yapraklarında tüm konsantrasyonlarda miR395'in ekspresyonunun aşağı regüle edildiği, köklerde ise 100 µM'lık konsantrasyonda aşağı regüle edilirken, 200 ve 300 µM'lık konsantrasyonda yukarı regüle edildiği gözlemlenmiştir. 
Buğdayda bugüne kadar ağır metal stresinde görevli miRNA'lar ile ilgili yapılan çalışmalar olmakla birlikte bu çalışma yerli buğday çeşitleri üzerinde ağır metal stresi ile ilişkili miRNA'ların araştırıldığı ilk çalışmadır. Çalışmadan elde edilen bilgiler bu konuda yapılacak sonraki çalışmalara rehberlik etmesi açısından önemlidir.

Abstract:
In this study, it was aimed to determine the Cd accumulation potential of two different wheat cultivars (Kutluk-94 and Kunduru-1149) exposed to cadmium stress and determine the changes in the expression levels of 3 different miRNAs miR159, miR171 and miR395 which are known to be involved in heavy metal stress. Kutluk-94 and Kunduru-1149 seeds were germinated in petri dishes containing distilled water and then seedlings were treated in 100, 200 and 300 µM CdCl2 solution for one week. The amount of Cd in wheat root and leaf samples was measured in the ICP-OES device using the wet ashing method. The amount of Cd accumulated in the leaves and roots of both Kutluk-94 and Kunduru-1149 cultivars was found to be statistically significant when compared with the control group. While there was no significant difference in the amount of Cd accumulated in Kutluk-94 and Kunduru-1149 leaves, there was a significant difference in all concentrations in the roots (p<0.05). More Cd accumulation was detected in the roots of Kunduru-1149 cultivar. miRNA expression levels were determined by RT-PCR method. Expressions of heavy metal stress associated miRNAs miR159, miR171 and miR395 varied between cultivars at increasing Cd doses. In Kunduru-1149, miR159 expression was up-regulated in the root, while it was down-regulated in the leaf except the 100 µM CdCl2 concentration. 
In Kutluk-94, the expression of miR159 was up-regulated in both leaves and roots. It was observed that miR171 was up-regulated in Kutluk-94 leaves and roots at a concentration of 100 µM and down-regulated at a concentration of 200 and 300 µM. The expression of miR171 was down-regulated in the roots and leaves of Cd-treated Kunduru-1149 cultivar. Finally, miR395 was observed to be down-regulated at 100 µM CdCl2 concentration and up-regulated at 200 and 300 µM concentrations in Kutluk-94 leaves. In Kutluk-94 roots, miR395 was up-regulated at all concentrations. It was observed that miR395 was down-regulated at all concentrations in the leaves of Kunduru-1149, while it was down-regulated at 100 µM CdCl2 concentration in the roots, while it was up-regulated at 200 and 300 µM concentrations.
Although there have been studies on miRNAs responsible for heavy metal stress in wheat, no such study has been found on domestic wheat varieties. The information obtained from the study is important in terms of guiding future studies on this subject.