Arabidopsis thaliana L.'da levan ve inülin tipifruktanların kriyokoruyucu etkilerinin belirlenmesi
Determination of cryoprotective effects of levan and inulin type fructants in arabidopsis thaliana L.
Yazar: İREM İLTER
Danışman: PROF. DR. YELDA ÖZDEN ÇİFTÇİ
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Moleküler Biyokimya ve Genetik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Genetik = Genetics

Özet:
Günümüzde, doğadaki biyolojik sistemlerin donma stresine karşı yarattığı tolerans mekanizmaları tarafından üretilen doğal kriyokoruyucu maddeleri taklit etmek için kriyoprezervasyon çalışmalarında vitrifikasyon solüsyonlarında sentetik kimyasallar kullanılmaktadır. En çok kullanılan PVS2 solüsyonunda %15 (v/v) bulunan dimetil sülfoksit (DMSO) sentetik kimyasalı özellikle kriyoprezervasyon uygulamasında toksisiteye neden olabildiğinden  donma ve/veya çözme sonrasında canlılığı olumsuz yönde etkileyebilmektedir. Literatürde bu yüzden vitrifikasyon solüsyonlarında DMSO miktarının azaltılmaya çalışıldığı solüsyonlar bulunmakla birlikte, hiçbirisi çok sayıda bitkide PVS2 kadar başarılı sonuç sağlayamamıştır. Bu sorun, doğal kriyokoruyucuların kullanımı ile aşılabilir. Bunlar arasında fruktanların, kuru ve sert iklim koşullarında bitkileri kuraklığa ve donma stresine karşı koruduğu bilinmektedir. Bu nedenle sunulan tez çalışmasının amacı, doğal kriyokoruyucu olan fruktanların bitki kriyoprezervasyonunda fideciklerin vitrifikasyonuna ve saklama sonrası canlılıklarını korumalarına olan etkilerinin belirlenmesidir. Sözkonusu amaçla model bitki olan Arabidopsis thaliana L. bitkisinde, levan ve inülin tipi toplam 11 fruktanın kriyokorucu potansiyelini belirlemek için 48 ve 72 saat çimlendirilen fideciklerin tek aşamalı vitrifikasyon yöntemi ile kriyoprezervasyonu yapıldı. PVS2 solüsyonunda bulunan DMSO konsantrasyonu azaltılarak, farklı miktarlarda 100-300 mg/L fruktan ilave edildi. Vitrifikasyonu takiben fidecikler, sıvı azotta donmaları ve çözünmelerini takiben  kriyoprezervasyon sonrası geri kazanım için in vitro koşullarda 15 gün kültürlendi. Elde edilen sonuçlara göre denenen fruktanlar arasından 100 mg/L graminan ve %12,5 DMSO içeren solüsyonda donma ve çözme sonrası en yüksek geri kazanım görülmüştür. Bu solüsyona dehidratasyon ve donma sırasında oluşan oksidatif stresin azaltılması için antioksidan olarak vitamin C'nin eklenmesi, kriyo sonrası geri kazanılan bitkilerin morfolojik özelliklerini iyileştirmiştir. Tez kapsamında oluşturulan yeni vitrifikasyon solüsyon formulasyonunun farklı bitki türlerinin kriyoprezervasyon sonrası canlılığını arttırma potansiyeli bulunmaktadır.

Abstract:
Nowadays, synthetic chemicals are used in vitrification solutions in cryopreservation studies to mimic natural cryoprotective substances which naturally produced by the biological systems to induce tolerance against freezing stress. Among them, presence of 15% (v / v) dimethyl sulfoxide (DMSO) in the most commonly used PVS2 solution can adversely affect the viability after freezing and / or thawing, as it can cause toxicity especially in cryopreservation applications. Although there are different vitrification solutions in which the amount of DMSO tried to be reduced in the literature, none have been as successful as PVS2 in many plants. This problem can be overcome by the use of natural cryoprotectants. Among these, fructans are known to protect plants against drought and freezing stress in dry and harsh climatic conditions. Therefore, the aim of this thesis is to determine the effects of various natural cryoprotectant fructans on vitrification and protection of survival in  plant cryopreservation. In order to determine the cryoprotective potential of 11 levan and inulin type of fructans on cryopreservation,  48 and 72 hour- germinated seedlings of Arabidopsis thaliana L., which is a model plant, (that are germinated for) was cryopreserved by vitrification one-step freezing method. For this aim, DMSO concentration in the PVS2 solution is reduced while different amounts of (100-300 mg / L) fructans were incorporated to the vitrification solution.  After vitrification, seedlings were freezed in liquid nitrogen, rapidly  thawed  and in vitro cultured for 15 days to reveal out survival after cryopreservation. According to the results, the highest recovery was observed with inclusion of 100 mg / L graminan and reduction of DMSO  to 12.5% among the tested fructants. The addition of vitamin C as an antioxidant to reduce oxidative stress during dehydration and freezing to this solution improved the morphological properties of plants recovered after cryo. The new vitrification solution formulated in the frame of this thesis has potential to increase the survival of not only A. thaliana L., but also different plant species after cryopreservation.