Arabidopsis thalina'nın Fusarium oxyporum toksini Fumonisin B1'e karşı savunma cevabında Gigantea (GI) geninin rolünün araştırılması
Investigation of the role of the Gigentea (GI) gene in the defence response of Arabidopsis thaliana to the Fusarium oxysporum mycotoxin Fumonisin B1
Yazar: ZÜLAL AKBA
Danışman: PROF. DR. AŞKIM HEDİYE ÇETİNEL
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Genel Biyoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoloji = Biology
Dizin: Arabidopsis thaliana = Arabidopsis thaliana

Özet:
Fumonisin (FB1), Fusarium oxysporum tarafından üretilen bir sfingozin analoğu olan mikotoksindir. Bu mikotoksin bitkilerdeki plazma membranının lipid tabakasının dışında lokalize olan sfingolipidlerin seramid omurgasını oluşturan seramid sentaz enzimini inhibe eder. Böylece hücrede programlanmış hücre ölümü tetiklenir ve hücrede sitotoksite meydana gelir. Diğer yandan FB1 hücrede ROS miktarında ve lipid peroksidasyon seviyesinde artışa yol açarak hücre redoks dengesinin bozulmasına da sebep olur. Ancak FB1 in konukçu bitki hücrelerinde meydana getirdiği bu hasarın altında yatan temel mekanizma hala tam olarak bilinmemektedir. Son yıllarda yapılan araştırmalar çiçeklenmeden sorumlu Gigantea (GI) geninin biyotik ve abiyotik stres tepkilerinin ana düzenleyicisi olduğu ortya konmuştur. Yapılan çalışmalar gi mutasyonları dona dayanıklılık/soğuk aklimasyon, hipokotil büyümesi, kuraklık kaçış tepkisi, tuz toleransı, oksidatif stres tepkisi, sukroz metabolizması ve artmış uzun ömür fenotipleri üzerinde etkili oldukları belirlenmiştir. Hatta GI eksik mutantların geç çiçeklenmeden dolayı Fusarium'a direnç geliştirdikleri gözlenmiştir. Ancak bu cevabın altında yatan mekanizma henüz bilinmemektedir. Bu amaçla çalışmamızda FB1 mikotosinine maruz kalan Arabidopsis yabani tip Col ve GI eksik mutantı gi-4 bitkilerindeki zamana bağlı olarak (2.,4.,6.,8. ve 14. gün) hücre redoksundaki değişimler ve hücre membran enzimleri arasındaki farklılıklar karşılaştırılmıştır. Buna göre FB1-uygulanmış gi-4 mutantlarının ROS üretimi ve lipid peroksidasyon seviyesi FB1-uygulnmış Col ile karşılaştırıldığında daha düşük olduğu bulunmuştur. Diğer yandan aynı koşullarda bu mutantın SOD aktivitesi artarken POX aktivitesi azalmıştır. Benzer olarak FB1 uygulanmış gi-4 mutantında, NOX aktivitesi de azalmıştır. Bunların aksine kitinaz, PAL ve β-1,3 glukonaz aktivitesi belirgin olarak artmıştır. Sonuç olarak FB1-uygulanmış GI eksik mutantları, FB1 'e dirençte artış göstermiştir. Bu araştırma FB1'in hücrede modüle ettiği bazı prosesler üzerinde GI geninin aktivitesinin araştırıldığı ilk çalışma niteliğindedir.

Abstract:
Fumonisin B1 (FB1) is a mycotoxin produced by Fusarium oxysporum, and it is a sphingosine analog. It prevents ceramide synthase enzyme, which forms the ceramide backbone of sphingolipids that are localized outside the lipid layer of the plasma membrane in plants. Consequently, programmed cell death is triggered in the cell, leading to cytotoxicity. Additionally, FB1 results in an elevation in ROS (reactive oxygen species) levels and lipid peroxidation, disrupting the cell's redox balance. However, the fundamental mechanism underlying the damage caused by FB1 in host plant cells is still not fully understood. Recent research has revealed that the Gigantea (GI) gene, which is responsible for flowering, acts like a primary regulator in stress responses caused by biotic and abiotic. Studies have shown that gi mutations affect traits such as freezing tolerance/cold acclimation, hypocotyl growth, drought escape response, salt tolerance, oxidative stress response, sucrose metabolism, and increased longevity phenotypes. Moreover, GI-deficient mutants have been observed to develop resistance to Fusarium due to delayed flowering. Nevertheless, the underlying mechanism of this response remains unknown. Therefore, in our study, we compared the time-dependent changes (2, 4, 6, 8, and 14 days) in cellular redox and differences in cell membrane enzymes between wild-type Arabidopsis Col and GI-deficient mutant gi-4 plants exposed to FB1. It was found that ROS production and lipid peroxidation levels in FB1-treated gi-4 mutants were lower compared to FB1-treated Col. On the other hand, under the same conditions, SOD activity increased while POX activity decreased in these mutants. Similarly, NOX activity decreased in FB1-treated gi-4 mutants. In contrast, chitinase, PAL, and β-1,3 glucanase activities significantly increased. As a result, FB1-treated GI-deficient mutants showed increased resistance to FB1. This research is the first study that investigates the role of GI gene activity in some of the processes modulated by FB1 in the cell.