Buğdayda tuz stresinde bakır nanopartikülünün etkisinin belirlenmesi
Effect of copper nanoparticle on salinity stress in wheat (Triticum aestivum L.)
Yazar: AZIZEH SHADIDIZAJI
Danışman: PROF. DR. MAHMUT SİNAN TAŞPINAR
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarımsal Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Ziraat = Agriculture

Özet:
Amaç: Tuzluluk, ürün verimini etkileyen önemli bir abiyotik stres faktörü olduğundan, tuzluluk toleransı artırılmış bitkiler geliştirmek için birçok araştırma yapılmıştır. Bu nedenle, tuz stresi altındaki buğdayda morfolojik, fizyolojik ve biyokimyasal parametrelerin yanı sıra stres şartları altında önemli rolleri bulunan TaSOS1, TaSOD2, GRP, SAP1 ve TaCIPK29 gibi stres genlerinin ifade seviyelerinin incelendiği bu çalışmada CuONP'nin tuz stresinde koruyucu rolünün ortaya çıkarılması amançlanmıştır.
Yöntem: Tuzluluğa toleranslı (Kırmızı kılçık) ve hassas (Bezostaja-1) buğday genotiplerinin tohumları steril edilerek çimlendirilmiş ve elde edilen fideler hidroponik ortama alınarak 7 gün büyütülmüştür. Farklı konsantrasyonlardaki CuONP'ler (0, 10, 20 ve 40 mg/L) yapraklara sprey yöntemiyle uygulanmış ve uygulamadan 48 saat sonra farklı NaCl (0 ve 200 mM) konsantrasyonlarına maruz bırakılmıştır. Uygulamadan 14 gün sonra morfolojik [kök ve sürgün uzunluğu (mm), kökve sürgün yaş ve kuru ağırlığı (mg)], fizyolojik [hücre membran hasarı (%HMH), yaprak nisbi su içeriği (%YNSİ) ve klorofil içeriği (SPAD)], biyokimyasal (hidrojen peroksit (H2O2), malondialdehit (MDA), süperoksit dismutaz (SOD), peroksidaz (POD), prolin, Na+, Cu+2 ve K+ element miktarı) parametreleri ile TaSOS1, TaSOD2, GRP, SAP1 ve TaCIPK29 stresle ilgili genlerin mRNA ifade seviyeleri belirlenmiştir.
Bulgular: Her iki genotipin her iki dokusunda da, kontrole kıyasla 200 mM NaCl stresinin kök/sürgün uzunluğu ve kök/sürgün yaş ve kuru ağırlıkları gibi morfolojik büyüme parametrelerini azaltığı, ancak NaCl stresi ile uygulanan CuONP'lerin ise tek başına strese göre bu parametrelerde artışa neden olduğu belirlenmiştir. Tuz stresi her iki genotip ve her iki dokuda yine fizyolojik parametreleri olumsuz etkilemiş; klorofil ve yaprak nispi su içeriğinde bir azalışa, hücre membran hasarında ise artışa neden olduğu görülmüştür. Yine, tuz stresi biyokimyasal parametrelerden POD antioksidan enzimini dokuya ve genotipe göre farklı şekillerde etkilediği ve SOD, MDA ve H2O2 aktivitesini ise her iki genotipin kök dokusunda artırdığı belirlenmiştir. Ayrıca tuz stresi, prolin ve Na içeriğinde bir artışa neden olurken, K+ ve Cu+2 içeriklerinde azalışa neden olmuştur. Tuz stresinin bu parametreler üzerindeki olumsuz etkisi, CuONP uygulamalarıyla hafifletilmiştir. qPCR sonuçlarına göre, TaSOS1, TaSOD2, GRP, SAP1 ve TaCIPK29 genlerinin ifade seviyelerinin genotipe, doku tipine ve stresin şiddetine göre değiştiği ve farklı CuONP uygulamalarının genlerin ifade seviyelerinde değişikliklere neden olduğu belirlenmiştir. 
Sonuç: Araştırmada elde edilen sonuçlara göre, CuONP uygulamasının buğdayda tuz stresinin neden olduğu negatif etkilere karşı iyileştirici rolü olduğunu ortaya koymuştur.

Abstract:
Purpose: Since salinity is an important abiotic stress factor affecting crop yield, much research has been done to develop plants with increased salinity tolerance. Therefore, this study, in which the effect of morphological, physiological, and biochemical parameters in wheat under salinity stress as well as the expression levels of stress genes such as TaSOS1, TaSOD2, GRP, SAP1, and TaCIPK29, which have important roles under stress conditions, was examined and it was aimed to reveal the protective role of CuONP in salinity stress.
Method: Seeds of salinity tolerant (Kırmızı kılçık) and sensitive (Bezostaja-1) wheat genotypes were sterilized and germinated, and the resulting seedlings were placed in a hydroponic environment and grown for 7 days. CuONPs at different concentrations (0, 10, 20, and 40 mg/L) were applied to the leaves by spray method and 48 hours after application, they were exposed to different NaCl (0 and 200 mM) concentrations. 14 days after application, morphological (root/shoot length (mm), root/shoot fresh and dry weight (mg), physiological (cell membrane damage (CMD%), leaf relative water content (RWC%), chlorophyll content (SPAD), Biochemical (hydrogen peroxide (H2O2), malondialdehyde (MDA), superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), proline, Na, Cu, and K element analysis) parameters and mRNA expression of stress-related genes TaSOS1, TaSOD2, GRP, SAP1, and TaCIPK29 levels have been determined.
Findings: In both types of tissues, 200 mM NaCl stress decreased morphological growth parameters like whole root/shoot length and root/shoot fresh and dry weights compared to the control. However, when CuONPs were added to the NaCl stress, these parameters went up compared to stress alone. Salt stress negatively affected physiological parameters in both genotypes and both tissues. It was observed that it caused a decrease in chlorophyll and relative water content and an increase in cell membrane damage. Again, it was determined that salt stress affected the POD antioxidant enzyme, one of the biochemical parameters, in different ways depending on the tissue and genotype, and increased SOD, MDA, and H2O2 activity in the root tissue of both genotypes. Additionally, while salt stress caused an increase in proline and Na content, it caused a decrease in K and Cu contents. CuONP applications alleviated the negative effect of salt stress on these parameters. According to qPCR results, it was determined that the expression levels of TaSOS1, TaSOD2, GRP, SAP1, and TaCIPK29 genes varied according to genotype, tissue type, and severity of stress and that different CuONP applications caused changes in the expression levels of the genes.
Conclusion: The analysis results of the data obtained in the research revealed that CuONP application has a curative role against the negative effects caused by salt stress in wheat.