Kuraklık ve tuz stresinin fesleğen (Ocimum basilicum L.(Genovese)) bitkisnde sekonder metabolit içeriği ile pal, rasve tat genleri‟nin ifadesi ve rastlantısal gen bölgelerindedna sitozin metilasyonu üzerine bir araştırma
Expression of drought and salt stress in basil (Ocimumbasilicum L. (Genovese)) with secondary metabolite contentand expression of pal, ras and tat genes and dna cytosinmethylation in incident gene regions
Yazar: AYBÜKE BİRGE
Danışman: DOÇ. DR. MUHİTTİN KULAK ; DR. ÖĞR. ÜYESİ ADNAN AYDIN
Iğdır Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarla Bitkileri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Fizyoloji = Physiology ; Genetik = Genetics
Dizin: Bitki fenolikleri = Plant phenolics ; DNA restriksiyon enzimleri = DNA restriction enzymes ; Fizyoloji = Physiology

Özet:
Tarımda ürün verimliliğini ve potansiyel üretimi sınırlayan en önemli iki abiyotik
faktör kuraklık ve tuz stresidir. Bitkiler, değişen çevre koşullarına adaptasyonu hem
metabolizmalarının savunma amacıyla sentezledikleri sekonder metabolitlerin içerik ve
konsantrasyonlarında hem de epigenetik modifikasyon ve gen ifadesi değişikliklerine
giderek gerçekleştirebilmektedir. Bu çalışmada, kuraklık ve tuz stresine (50 ve 100 mM
NaCl) maruz bırakılan ardından ‗iyileştirme (recovery)' yapılan fesleğen bitkisinde,
morfolojik parametreler ile fenolik bileşik içeriği değişimi incelenmiştir. Bitki boyu, gövde
yaş ağırlığı, gövde kuru ağırlığı, kök yaş ağırlığı morfolojik parametrelerinin beklenildiği
üzere stres koşullarından olumsuz etkilendiği ve sonrasında yapılan ‗iyileştirme' ile
bunlarda artış meydana geldiği görülmüştür. Çalışma kapsamında; yaprak dokularında
fenolik bileşiklerin miktarı HPLC ile belirlenmiştir. Bu amaçla ilgili bitkinin dokularında 19
adet fenolik bileşik taranmış ve bu bileşiklerden 14 adetinin miktar tayini yapılabilmiştir.
Fenoliklerin ana bileşenlerinden olan rosmarinik asit içeriği stres faktörleri etkisi ile
azalmıştır. Çalışmada ayrıca stres ve sonrasında ‗iyileştirme' yapılmasının epigenetik
düzenleyici mekanizmalardan DNA metilasyon değişimleri incelenmiştir. Bunun için
restriksiyon enzimleriyle metilasyonların saptanmasında Msp I ve Hpa II enzimleri
kullanılmıştır. Metilasyonlarla ilgili parmak izi oluşturmada RAPD (Rastgele çoğaltılmış
polimorfik DNA) primerleri ile tarama yapılmıştır. Buna göre, en çok dış sitozinlerin
metilasyonu (mC
mCGG/mCCGG) olarak tanımlanan Tip IV metilasyonu olduğu
belirlenmiştir. Metilasyon oranı en yüksek olan uygulamanın %9,83 oranıyla kontrol
(iyileştirmeden sonra) olduğu tespit edilmiştir. Fenolik asitlerin ana bileşeni olan rosmarinik
asit sentezinde görevli olan enzimleri kodlayan genlerin ifadesindekideki değişim bizlere
bitki savunma mekanizmasının ne kadar değiştiği hakkında bilgi sağlamaktadır. Fenilalanin
amonyum liyaz (PAL), tirozin aminotransferaz (TAT) ve rosmarinik asit sentaz (RAS)
genleri bu yolakta görev alan önemli genlerdir. Bu genlerin ifadeleri incelendiğinde, PAL ve
RAS genlerinin ifadelerinin kuraklık ve tuz stresi koşullarında rosmarinik asit içeriği ile
uyumlu bir şekilde azalmıştır. Ancak TAT geni ifadesinde artış meydana gelmiş ve bu
durum rosmarinik asit içeriğinde azalmayla uyumlu değildir.

Abstract:
Drought stress and salt stress are of the critical abiotic stress factors affecting the
growth and crop productivity of the plants. Plants can adapt to changing environmental
conditions both in the content and concentrations of secondary metabolites they
synthesize for defense purposes, and by epigenetic modification and gene expression
changes. In this study, morphological parameters, and phenolic compound content
changes were investigated in basil plant exposed to drought and salt stress (50 and 100
mM NaCl) and then 'recovered'. As expected, it was observed that the morphological
parameters such as plant height, stem fresh weight, stem dry weight, and root fresh
weight were adversely affected by stress conditions and they increased with the
subsequent 'recovery'. In addition, some phenolic compounds in leaf samples were
screened using HPLC. For this purpose, 19 phenolic compounds were screened in the
tissues of the related plant and the amount of 14 of these compounds could be
determined. Of the major compounds, rosmarinic acid significantly decreased with the
stress factors. Moreover, in the present study, DNA methylation changes, one of the
epigenetic regulatory mechanisms, were examined in stress and subsequent ‗recovery'
applications. In this regard, Msp I and Hpa II enzymes were used to detect methylations
with restriction enzymes. Scanning was performed with RAPD primers to create
fingerprints related to methylations. Accordingly, it was determined that Type IV
methylation, defined as the methylation of external cytosines (mC
mCGG/mCCGG), was
the most common. It was determined that the application with the highest methylation
rate was the control after ‗recovery' with a rate of 9.83%. The change in the expression
levels of the genes encoding the enzymes involved in the synthesis of rosmarinic acid
provides us with information about how much the plant defense mechanism has
changed. PAL (phenylalanine ammonia lyase), TAT (tyrosine aminotransferase) and
RAS (rosmarinic acid synthase) genes are important genes involved in this pathway.
When the expression levels of these genes were examined, the expression levels of PAL
and RAS genes decreased in accordance with the rosmarinic acid content under drought
and salt stress conditions. However, there was an increase in TAT gene expression level,
which is not compatible with a decrease in rosmarinic acid content.