Susam bitkisinde (sesamum indicum l.) üç kapsüllülük ve tek kapsüllülük olgusunun agronomik, fizyolojik ve moleküler mekanizmalarının incelenmesi
Investigation agronomic, physiological and molecular mechanisms of three capsule and single capsule feature in sesame plant (sesamum indicum l.)
Yazar: AYNUR BİLMEZ ÖZÇINAR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSEYİN ARSLAN ; DOÇ. DR. BEHCET İNAL
Siirt Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarla Bitkileri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Ziraat = Agriculture

Özet:
Susam bitkisinde üç kapsüllülük ve tek kapsüllülük olgusu altında yatan agronomik, fizyolojik ve moleküler mekanizmaları belirlemek amacıyla üç kapsüllü (Arslanbey) ve tek kapsüllü (Hatipoğlu) susam çeşitlerinin materyal olarak kullanıldığı bu çalışma 2017 ve 2018 yıllarında Siirt Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarla Bitkileri Bölümü deneme alanında yürütülmüştür. Çalışmada materyal olarak kullanılan susam çeşitlerinden alınan gözlemler; agronomik (bitki boyu, ilk dal yüksekliği, dallanma sayısı, bitkide kapsül sayısı, 1000 tohum ağırlığı ve verim) parametreleri analiz edilmiştir. Fizyolojik olarak da yağ ve protein miktarı, sesamol içeriği, demir şelatlama, DPPH ve FRAP antioksidan aktivitelerine, katalaz ve peroksidaz enzim aktivitelerine, şeker miktarı, fenolik asitler ve bitki besin elementleri araştırılmıştır.  Son olarak da moleküler açısından çiçek oluşumunda etkili olan APETALA1, APETALA2, SPL4, SOC1, AT4G37770, SILPT3, Beta-glucosidase genlerinin ifade seviyeleri qRT (Eş zamanlı) – PZR ile analiz yapılmıştır. Bu özellikler susam çeşitlerine ait tohum ve yaprak dokularından faydalanarak elde edilmiştir. Tohum dokusu analizlerinde; 2017 ve 2018 yıllarında elde edilen tohumlar kullanılmıştır. Yaprak dokusu için ise 2018 yılında kurulan denemede bitkilerin çiçeklenme dönemleri temel alınarak 9 hafta (çiçeklenme başlamadan bir hafta önce, çiçeklenmenin başladığı hafta, çiçeklenme başladıktan 1, 2, 3, 4, 5, 6 ve 7 hafta sonra) boyunca bitkilerden alınan yapraklar kullanılmıştır. 
Çalışma sonucunda; agronomik gözlemlerden her iki yılda da en yüksek değerlere çoğunlukla üç kapsüllü olan Arslanbey susam çeşidi sahip olmuştur. Yağ oranı yönünden en yüksek değer 2018 yılından ve tek kapsüllü olan Hatipoğlu çeşidinden elde edilmiştir. Fenolik organik asit değerleri tüm örneklerde hâkim olarak fenolik gallik asit iken bunu sırasıyla klorojenik, vanilik, kafeik asit ve hidroksi-benzoik asit izlemiştir. Yağ asidi yönünden en fazla orana sahip olan oleik ve linoleik asit olmuştur.  Oleik asit oranı % 40.19 – 44.68 aralığında elde edilmiştir. Linoleik asit oranı ise % 39.85 –40.55 aralığında elde edilmiştir. Çeşitler bazında ise en yüksek oleik ve linoleik oranı tek kapsüllü susam çeşidinden elde edilmiştir. Şeker yönünden 2017 yılında yoğun olarak sırasıyla sukroz, fruktoz, glukoz ve maltoz 2018 yılında ise sukroz, glukoz, fruktoz ve maltoz şeklinde sıralanır. Sesamol miktarı en yüksek üç kapsüllü çeşitten elde edilmiştir. Protein içeriği yönünden tohum ve yaprak dokuları ayrı değerlendirilmiştir. Tohum dokularındaki protein oranları % 18.43 – 20.07 aralığında olmuştur. Yaprak dokularındaki protein oranları; çeşitlerde % 13.4 – 15.12 aralığında olup, haftalar bakımında ise % 8.44 – 18.55 aralığında elde edilmiştir. Yaprak dokularındaki metal – demir şelatlama, FRAP ve DPPH antioksidan analizleri sonucuna göre en yüksek değer tek kapsüllü çeşitten elde edilmiştir. Yaprak dokularındaki enzim aktivitesi olarak katalaz ve peroksidaz enzimi miktarı en yüksek değer üç kapsüllü çeşitten elde edilmiştir. Yaprak dokularındaki besin elementleri analizi sonucunda tek kapsüllü çeşitte Ag, Al, B, Ba, Co, Cr, Li, Mg, Na, Ni, Pb ve Se besin elementleri yüksek bulunmuştur. Üç kapsüllü çeşitte As, Ca, Cd, Cu, Fe, K, Mn, Na, P, Sr ve Zn besin elementleri yüksek bulunmuştur. Çeşitlerden 9 hafta boyunca alınan yaprak dokularındaki kapsüllülük durumu ile ilgili gen ifade seviyelerin sonucuna göre; AP1, AP2, SPL4, SILPT3, Beta-glucosidase genlerin ifade seviyelerinde ÇS6H-H: Çiçeklenme Sonrası 6. Hafta tek kapsüllü çeşidinde en fazla görülürken, SOC1 ve AT4G37770 genlerin ifade seviyelerinde ise ÇS7H-H: Çiçeklenme Sonrası 7. hafta tek kapsüllü çeşitte en fazla görülmüştür. Yapılan çalışma ile elde edilen agronomik, fizyolojik ve moleküler sonuçların ilerde susamda ve benzer bitkilerde yapılacak çok kapsüllülük oluşuna yönelik ıslah ve moleküler çalışmalara ön ayak olacağı düşünülmektedir.

Abstract:
This study was conducted with three capsule (Arslanbey) and single capsule (Hatipoğlu) sesame cultivars in field of the Faculty of Agriculture Siirt University in 2017 and 2018, to determine the agronomic, physiological and molecular mechanisms underlying the three capsule and single capsule phenomena in sesame plants. Agronomic (plant height, first branch height, number of branches, number of capsules per plant, 1000 seed weight and yield), physiological (oil - protein content, sesamol content, iron chelation, DPPH, and FRAP antioxidant activities, expression levels of catalase and peroxidase enzyme activities, sugar content, phenolic acids, and plant nutrient contents), and molecular (qRT - PCR (Concurrent) of the genes that are effective in flower formation, APETALA1, APETALA2, SPL4, SOC1, AT4G37770, SILPT3, and Beta-glucosidase genes) characteristics of the sesame cultivars used in the study were evaluated. These parameters were obtained by examining the seed and leaf tissues of sesame cultivars. Seeds obtained in 2017 and 2018 were used in seed tissue analysis. Leaf samples were collected from the plants based on flowering times for 9 weeks (one week before flowering, at flower initiation, and 1st to 7th weeks after flowering started) in the experiment established in 2018. 
As a result of the study, Arslanbey cultivar, which has mostly three capsules, had the highest values in both years for the agronomic parameters. The highest fat content was obtained in 2018 on Hatipoğlu, which has single capsule. While phenolic gallic acid was dominant in terms of phenolic organic acid values in all samples, it was followed by chlorogenic, vanillic, caffeic acid and hydroxy-benzoic acids, respectively. Oleic and linoleic acids had the highest proportion in terms of fatty acid. The oleic acid ratio was obtained between 40.19- 44.68%. Based on varieties, the highest oleic and linoleic ratio was obtained from the single-capsuled sesame variety. In terms of sugar content, the order was sucrose, fructose, glucose, and maltose in 2017; and sucrose, glucose, fructose, and maltose in 2018. The highest sesamol content was obtained from the three capsule cultivar. Leaf and seed tissues were evaluated separately in terms of protein content. Protein ratios in seed tissues ranged from 18.43% to 20.07%. Protein ratios in leaf tissues were between 13.4-15.12% in cultivars, and between 8.44-18.55% in terms of weeks. According to the results of metal- iron chelation, FRAP and DPPH antioxidant analysis in leaf tissues, the highest value was obtained from the single capsule cultivar. The highest values on the catalase and peroxidase enzymes as the enzyme activity in leaf tissues were obtained from the three capsule cultivar. As a result of the analysis of nutrient elements in leaf tissues, Ag, Al, B, Ba, Co, Cr, Li, Mg, Na, Ni, Pb, and Se were found to be high in the single capsule cultivar. Nutrient elements of As, Ca, Cd, Cu, Fe, K, Mn, Na, P, Sr, and Zn were found high in three capsule cultivar. According to the result of gene expression analyses of leaf tissues collected from cultivars for 9 weeks for to the capsule status; AP1, AP2, SPL4, SILPT3, Beta-glucosidase genes had the highest expression levels at ÇŞ6H-H (6th week after flowering) in single capsule cultivar, whereas in SOC1 and AT4G37770 genes had the highest expression levels at ÇS7H-H (7th week after flowering) in single capsule cultivar. It is thought that the agronomic, physiological and molecular results obtained from tis study will lead to the breeding and molecular studies for the formation of multi-encapsulation in sesame and similar plants in the future.