Doğal renkli pamuk (Gossypium hirsutum L.) üzerinde biyoteknolojik çalışmalar
Biotechnological studies on naturally colored cotton (Gossypium hirsutum L.)
Yazar: ONUR AYDIN
Danışman: PROF. DR. NESLİHAN TURGUT KARA
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı / Moleküler Biyoteknoloji ve Genetik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Genetik = Genetics

Özet:
Tekstil alanında kullanılan lifler arasında en önemli yere sahip olan pamuk lifinin elde edildiği pamuk (Gossypium spp.) bitkisi gerek tarım endüstrisi için gerekse diğer birçok endüstri için hem ekonomik hem de endüstriyel anlamda değerli bir kaynaktır. Dünyada yaklaşık 75 ülkede yetiştirilen ve yaklaşık 40 milyon hektarlık bir ekim alanına sahip olan pamuğun yıllık üretimi 30 milyon tondan fazladır. Buna ek olarak pamuk, bütün endüstrilerde kullanılan toplam liflerin %37'den fazlasında pay sahibidir. 
G. hirsutum türünün endüstriyel anlamda en büyük özelliği yüksek verim potansiyelidir. Diğer pamuk türlerine kıyasla farklı koşullara adaptasyon yeteneği de daha yüksektir ve yıllık pamuk üretimi incelendiğinde %90'lık miktarın G. hirsutum kökenli olduğu anlaşılmıştır. 
Tekstil sektöründe kullanılan geleneksel beyaz pamuğun toprakta yetiştirilmesi sürecinde kullanılan yüksek miktarlardaki pestisit ve insektisitlere ek olarak liflerin renklendirilmesi için kullanılan boyar maddelerin çevreye ve insan sağlığına negatif etkilerinin olması nedeniyle özellikle son 10 yılda tekstil endüstrisinde kullanılabilecek alternatif kaynak arayışları sürmektedir.
Pamuk bitkisi geleneksel beyaz renkten farklı olarak renkli liflere de sahip olabilmektedir. Bazı pamuk çeşitleri özellikle flavonoid ve ligninin rol oynadığı çeşitli mekanizmalara bağlı olarak kahverengi, yeşil ve ten rengi tonlarda liflere sahip olabilmektedir. Lif gelişimi bu şekilde olan pamuklar, 'Doğal Renkli Pamuk' olarak adlandırılır. Doğal renkli pamuklar biyotik ve abiyotik stres koşullarına daha dirençli olması ve işlenme aşamasında boyar maddeye ihtiyaç duymaması nedeniyle çevre için geleneksel beyaz pamuğa göre çok daha iyi bir alternatiftir. 
Doğal renkli pamukların, çevreye olan olumlu etkisi çok önemli bir avantaj olsa da ne yazık ki renk skalası, mahsul verimi ve lif kalitesi açısından yetersizdir ve bu nedenle ekonomik anlamda pazar payı geleneksel beyaz pamuk seviyesine ulaşamamıştır. Buna karşın doğal renkli pamuklar üzerine yapılacak bilimsel çalışmaların çıktıları ile doğal renkli pamuk liflerinde iyileştirmeler yapılabileceği ve doğal renkli pamuk tarımının geleneksel beyaz pamuk seviyelerine erişebileceği düşünülmektedir. Bu noktada doğal renkli pamuk üzerinde yapılacak bitki doku kültürü çalışmaları, genomik ve metabolomik çalışmalara sağlayacağı materyal açısından bir hayli önemlidir. 
Bu tez kapsamında doğal renkli pamuk tohumlarının yüzey sterilizasyonu, kallus kültürü optimizasyonu, protoplast izolasyonu, kök kültürlerinin kurulması ve köklerde sentezlenen sekonder metabolit profilleri belirlenmesi üzerine çalışmalar gerçekleştirilmiştir.
Çalışma sonuçlarına göre H2O2 kimyasalının doğal renkli pamuk tohum sterilizasyonu üzerinde olumlu bir etkisinin olduğu anlaşılmıştır. Kallus kültürü üzerine yapılan çalışmalarda ise doğal renkli pamuk hipokotillerinden kallus oluşumu için yüksek oluşum oranlarına sahip birden fazla besiyeri kombinasyonu olduğu belirlenmiştir. Denenen besiyerleri arasından 1 mg/L IAA ve 0,5 Kinetin mg/L içeren MS besiyerinin kallus oluşumu için en iyi kombinasyon olduğu anlaşılmıştır. Geleneksel beyaz pamuk ve doğal renkli pamuk kök dokuları üzerinde gerçekleştirilen HPLC analizleri sonucunda her iki çeşidin flavonoid ve antrokinonlar açısından zengin kaynaklar olduğu anlaşılmıştır. Buna ek olarak doğal renkli pamukta genotip ve besiyeri içeriğinin sekonder metabolit üretimi üzerine doğrudan etkili olduğu belirlenmiştir. Protoplast izolasyonu denemelerinin sonuçları analiz edilerek protoplast izolasyonu için geliştirilmeye açık verimli bir izolasyon prosedürü elde edilmiştir.
Bu çalışmadan elde edilen sonuçların doğal renkli pamuk açısından literatürdeki eksikliğin giderilmesi için yapılacak yeni bilimsel çalışmalara önemli çıktılar sağlayabileceği öngörülmüştür. Ek olarak bu ve benzeri çalışmaların sayısının hızlıca artmasının hem Türkiye hem de küresel tekstil endüstrisi için olumlu sonuçlarının olacağı düşünülmektedir.

Abstract:
Cotton (Gossypium spp.) plant from which cotton fiber is obtained, which has the most important place among the fibers used in the textile industry, is an economically and industrially a valuable resource for agriculture and many other industries. The annual production of cotton, which is grown in about 75 countries around the world and has a cultivation area of approximately 40 million hectares, equals to more than 30 million tons. In addition, cotton accounts for more than 37% of the total fibers used in all industries.
The biggest industrial feature of G. hirsutum is its high yield potential. The ability to adapt to different conditions is also higher compared to other cotton types, and when the annual cotton production is examined, it is understood that 90% of the total amount is of G. hirsutum origin.
In addition to using high amounts of pesticides and insecticides in the cultivation of traditional white cotton used in the textile industry, the search for alternative sources that can be used in the textile industry continues, especially in the last decades, due to the negative effects of the dyestuffs used for the coloring of the fibers on the environment and human health.
The cotton plant can also have colored fibers, different from the traditional white color. Some cotton varieties can have fibers in brown, green and tan tones depending on various mechanisms, especially in which flavonoids and lignins play a role. Cottons with such fiber development are called 'Naturally Colored Cotton'. Naturally colored cotton is a much better alternative for the environment than traditional white cotton, as it is more resistant to biotic and abiotic stress conditions and does not require dyestuffs during processing.
Although the positive effect of naturally colored cottons on the environment is a very important advantage, unfortunately, it is insufficient in terms of color scale, crop yield and fiber quality, therefore, its market share has not reached the level of traditional white cotton in economic terms. On the other hand, it is thought that with the outputs of scientific studies on naturally colored cotton, improvements can be made in naturally colored cotton fibers and naturally colored cotton farming can reach the traditional white cotton levels. At this point, plant tissue culture studies on naturally colored cotton are very important in terms of the material they will provide for genomic and metabolomic studies.
Within the scope of this thesis, studies were carried out on surface sterilization of naturally colored cotton seeds, callus culture optimization, protoplast isolation, establishment of root cultures and determination of secondary metabolite profiles synthesized in roots.
According to the results of the study, it was understood that the hydrogen peroxide had a positive effect on the sterilization of naturally colored cotton seeds. In studies on callus culture, it has been determined that there is more than one medium combination with high induction rates for callus formation from naturally colored cotton hypocotyls. Among the tested media, MS medium containing 1 mg/L IAA and 0.5 mg/L Kinetin was found to be the best combination for callus induction. As a result of HPLC analysis performed on traditional white cotton and naturally colored cotton root tissues, both varieties were found to be rich sources in terms of flavonoids and anthroquinones. Additionally, the contents of media the roots are grown in, and the plant genotypes are shown to directly impact the production of secondary metabolites. By analyzing the results of protoplast isolation experiments, an efficient protoplast isolation protocol open for improvement was obtained.
It is predicted that the results obtained from this study can provide important outputs for new scientific studies to be carried out in order to eliminate the deficiency in the literature in terms of naturally colored cotton. In addition, it is thought that the rapid increase in the number of these and similar studies will have positive results for both Turkish and global textile industry.