AtNHX1 VE SOS-1 genlerinin eş zamanlı ifadesi ile Arabidopsis Thaliana'da tuz stresi toleransının arttırılması
Increasing salt stress tolerance in Arabidopsis Thaliana BYAtNHX1 AND SOS-1 co-overexpression
Yazar: NECLA PEHLİVAN
Danışman: PROF. DR. ASIM KADIOĞLU
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Botanik = Botany

Özet:
Topraktaki tuz yoğunluğu dünya genelinde tarımsal üretimi kısıtlayan temel
faktörlerden biridir. İklimsel değişimler ve insan popülasyonundaki aşırı artış tuz stresi
problemini daha önemli hale getirmektedir. Bitkilerde tuza tolerans sağlayacak
yaklaşımlardan biri aşırı Na iyonlarını hücrenin vakuollerinde biriktirmek, bir diğeri ise; bu
iyonları sitoplazmadan alıp plazma zarı üzerinden apoplastik alana göndermektir. AtNHX1
ve SOS-1 genleri ayrı ayrı ifade ettirildiğinde bu yaklaşımların 200 mM NaCl'ye kadar
tolerans sağlayarak başarıya ulaştığı birçok bitkide gösterilmiştir. Mevcut çalışmada, her iki
gen, tek bir vektör üzerinde organize edilip Agrobacterium tumefaciens aracılı
transformasyon ile Arabidopsis thaliana'ya aktarılarak, ilk kez eş zamanlı ifade ettirildi.
Oluşan transgenik bitkiler, 250 mM NaCl varlığında 3 hafta büyütüldüklerinde, biyokütle,
meyve (silikva), tohum verimi ve çimlenme oranında artış saptandı. Sözkonusu bitkilerde
NaCl stresi 300 mM'a çıkarıldığında ise; kontrol bitkilerine oranla klorofil yıkımının daha
az oranda gerçekleştiği gözlendi. Ayrıca; 150 mM tuz stresinin, 28°C orta derecedeki
sıcaklık stresi ile kombine edildiği durumda, bitkiler kök ve gövde uzunluğu bakımından
kontrol gruplarına göre daha iyi bir gelişim performansı sergiledi. Bu çalışmada, tuz stresi
koşullarında AtNHX1 ve SOS-1 genlerini ifade eden transgeniklerin, yabani tip bitkilere ve
tek gen transgeniklerine nazaran iyileşmiş özellikler sergilemesi yüksek ihtimalle bu
bitkilerde köklerden su ve K+ alınımının, fotosentetik performansın ve azot asimilasyon
oranının artmış olması sebebiyledir.

Abstract:
Soil salinity is one of the major factors that limits agricultural production worldwide
which is becoming more important with climate changes and population explotion. One
approach that provides salt tolerance to plants is, to accumulate excess Na+ into the vacuoles
of plant cell, and another one is efflux Na+ from cytoplasm to the apoplastic area through
plasma membrane. The success of these two approaches were demonstrated in several plants,
up to 200mM NaCl tolerance when AtNHX1 and SOS-1 genes were expressed seperately.
Herein, these two genes both were assembled in one binary vector, introduced into
Arabidopsis thaliana via Agrobacterium tumefaciens mediated transformation and cooverexpressed simultaneously for the first time. Transgenic plants produced more biomass,
silique number, yield and germination rate when grown in the presence of 250 mM NaCl for
3 weeks. Chlorophyll degredation was less than control plants when salt stress increased up
to 300 mM NaCl. Plants also were performing better than controls with longer roots and
height when 28°C mild heat combined with 150 mM salt stress. In this study, the increased
characteristics were likely due to better water extraction from roots, more K+ uptake, better
photosynthetic performance and higher nitrogen assimilation rate observed in the AtNHX1
and SOS-1 expressing plants as compared to wild-type and single gene transgenics under
saline conditions.