Domateste (Solanum lycopersicum L.) Alternaria alternata (Fr.) Keissler'e karşı elisitör kaynaklı savunma potansiyellerinin biyokimyasal ve moleküler düzeyde incelenmesi
Investigation of elicitor-derived defense potentials against alternaria alternata (Fr.) Keissler in tomato (Solanum lycopersicum L.) at biochemical and molecular level
Yazar: MERVE YÜCE
Danışman: PROF. DR. GÜLERAY AĞAR
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyoloji = Biology ; Genetik = Genetics

Özet:
Amaç: Çalışmada, besinsel ve ekonomik açıdan önemli bir sebze türü olan domateste (Solanum lycopersicum L.), tarımsal üretimde büyük zararlara neden olabilen Alternaria alternata fungusuna karşı kayıpları en aza indirebilmek için bitkinin sistemik direncini artırmak hedeflenmiştir. Bu amaçla bu çalışmada elisitör olarak amino asit uygulaması yapılmış ve bu uygulamanın bitki savunmasındaki rolünü araştırmak için biyokimyasal ve moleküler düzeyde etkileri belirlenmeye çalışılmıştır.
Yöntem: Domateste Alternaria alternata inokülasyonu gerçekleştirilmiş ve malondialdehit ve hidrojen peroksit seviyeleri tespit edilmiştir. Amino asit uygulamasının Alternaria alternata patojenine karşı savunma potansiyellerini belirleyebilmek için antioksidan enzim aktivitesi, fenolik bileşiklerin, fitoaleksinlerin, serbest amino asitlerin, besin elementlerinin ve hormonların içeriklerinin analizleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca amino asitlerin savunma yolaklarındaki potansiyel rollerini tespit edebilmek için nükleoredoksin 1, WRKY39, patogenezle ilişkili 1, patogenezle ilişkili 2, kitinaz, B-1.4 Glukanaz, lakkaz, F-Box, lipoksijenaz ve elisitör cevap protein genlerinin ifade analizleri qRT-PCR kullanılarak belirlenmiştir. 
Bulgular: Alternaria alternata inokülasyonu ile birlikte artan malondialdehit ve hidrojen peroksit içeriği amino asit uygulaması önemli ölçüde azaltmıştır. Amino asit uygulamasının, hücresel koruyucu mekanizmalarda rol oynadığı bilinen antioksidan enzim aktivitelerini, fenolik bileşikleri, fitoaleksinleri, serbest amino asit seviyelerini, bitki besin elementlerini ve hormon seviyelerini düzenleyerek bitki savunmasında koruyucu rol oynadığı tespit edilmiştir. Ayrıca nükleoredoksin 1, WRKY39, patogenezle ilişkili 1, patogenezle ilişkili 2, kitinaz, B-1.4 Glukanaz, lakkaz, F-Box, lipoksijenaz ve elisitör cevap protein genlerinden bazılarının reaktif oksijen türlerini temizlemede rol oynadığı ve bazı genlerin ise salisilik asite bağımlı yolaklarda görev alarak bitki savunma mekanizmalarını pozitif yönde düzenlendiği belirlenmiştir.
Sonuç: Araştırmada, elisitör olarak uygulanan amino asit uygulamasının Alternaria alternata patojenine karşı bitki savunma tepkilerinde önemli bir sinyal molekülü olarak rol oynadığı ve bu dirence savunma enzimlerinin, çeşitli metabolitlerin, fitohormonların, savunmayla ilişkili genlerin aracılık ettiği gösterilmiştir. Çalışma sonunda, domateste amino asit uygulamasının sistemik direnç geliştirerek Alternaria alternata patojenine karşı daha dayanıklı hale geldiği belirlenmiş ve bu nedenle fungus kaynaklı verim kaybını en aza indirebilmek için bu uygulamaların yapılabileceği önerilmektedir. 
Anahtar Kelimeler: Biyostimülant, Gen ifadesi, Sistemik kazanılmış direnç, Patojen stresi

Abstract:
Purpose: In the study, it was aimed to increase the systemic resistance of the plant in tomato (Solanum lycopersicum L.), which is a nutritionally and economically important vegetable species, in order to minimize losses against the fungus Alternaria alternata, which can cause great damage in agricultural production. For this purpose, in this study, amino acid was applied as an elicitor and the effects of this application were tried to be determined at the biochemical and molecular level to investigate its role in plant defense.
Method: Alternaria alternata inoculation was carried out in tomatoes and malondialdehyde and hydrogen peroxide levels were determined. In order to determine the defense potential of amino acid application against the Alternaria alternata pathogen, antioxidant enzyme activity, phenolic compounds, phytoalexins, free amino acids, nutritional elements and hormone contents were analyzed. In addition, in order to determine the potential roles of amino acids in defense pathways, expression analyzes of nucleoredoxin 1, WRKY39, pathogenesis-related 1, pathogenesis-related 2, chitinase, B-1.4 Glucanase, laccase, F-Box, lipoxygenase and elicitor response protein genes were determined using qRT-PCR.
Findings: Increasing malondialdehyde and hydrogen peroxide content with Alternaria alternata inoculation significantly reduced amino acid application. It has been determined that amino acid application plays a protective role in plant defense by regulating antioxidant enzyme activities, phenolic compounds, phytoalexins, free amino acid levels, plant nutritional elements and hormone levels, which are known to play a role in cellular protective mechanisms. In addition, some of the nucleoredoxin 1, WRKY39, pathogenesis-related 1, pathogenesis-related 2, chitinase, B-1.4 Glucanase, laccase, F-Box, lipoxygenase and elicitor response protein genes play a role in clearing reactive oxygen species, and some genes take part in salicylic acid-dependent pathways. It has been determined that plant defense mechanisms are positively regulated.
Results: In the research, it has been shown that amino acid application as an elicitor plays a role as an important signaling molecule in plant defense responses against the Alternaria alternata pathogen and that this resistance is mediated by defense enzymes, various metabolites, phytohormones and defense-related genes. At the end of the study, it was determined that amino acid application in tomatoes made them more resistant to the Alternaria alternata pathogen by developing systemic resistance, and therefore it is recommended that these applications can be made to minimize the yield loss caused by the fungus.
Keywords: Biostimulant, Gene expression, Systemic acquired resistance, Pathogen stress