Tuzluluk stresinin meydana getirmiş olduğu genetik ve epigenetik değişiklikler üzerine bazı memeli cinsiyet hormonlarının etkileri
Effects of some mammalian sex hormones on genetic and epigenetic changes caused by salinity stress
Yazar: SEMRA YAĞCİ
Danışman: PROF. DR. GÜLERAY AĞAR
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Genetik = Genetics
Dizin: Androstendion = Androstenedione ; Estradiol =   ; Gerilme = Stress ; Triticum aestivum = Triticum aestivum ; Tuz = Salt

Özet:
Amaç: Çalışmamızda toleranslı (Ak Buğday) ve hassas (Karasu 90) buğday genotiplerinde tuz stresinin, farklı konsantrasyonlardaki 17β-estradiol ve androsteron hormonlarının bazı fizyolojik (klorofil içeriği (SPAD), nispi su içeriği (RWC), biyokimyasal (H2O2, MDA, SOD, POD, CAT, APX) parametreler ve bazı genlerin (NAC2a, ARF4, WRKY2, SOS1, SOD2 ve MSBP1) mRNA ifade seviyeleri, DNA metilasyonunda ve DNA konformasyonunda meydana getirdiği değişikliklerin belirlenmesi amaçlanmıştır.
Yöntem: Ak Buğday ve Karasu 90 genotiplerinden eşit boyutlarda seçilen tohumlar sterilizasyon işleminden sonra kontrol grubu (0), memeli cinsiyet hormonlarının farklı konsantrasyonları (10-9 M, 10-8 M, 10-7 M 17β-estradiol ve 10-9 M, 10-8 M, 10-7 M androsteron) ve bu uygulamaların 200 mM NaCl ile kombinasyonları uygulanmıştır. Uygulama yapılan 14 günlük fidelerden örnekler alınarak bazı fizyolojik ve biyokimyasal parametreler incelenmiş, mRNA ifade seviyeleri qRT-PCR analizi ile, DNA metilasyonu CRED-iBPS tekniği ile DNA konformasyonları ise kemometrik analizler ve kalitatif spektral analizlerle belirlenmiştir.
Bulgular: Her iki genotipte de kontrol grubuna kıyasla tek başına NaCl uygulaması SPAD değerini ve RWC yüzdesini azaltmış ancak H2O2 miktarını ve MDA miktarını artırmıştır. Fakat stres sonucu oluşan SPAD değerleri ve RWC yüzdeleri, H2O2 ve MDA miktarında meydana gelen olumsuz etkiler 17β-estradiol ve androsteron uygulamaları ile azalmıştır. Tüm NaCl ve hormon  uygulamalarına göre her iki genotipte de SOD, CAT, POD ve APX enzim aktivitelerinin genel olarak arttığı tespit edilmiştir. Ayrıca, çalışılan NAC2a, ARF4, WRKY2, SOS1, SOD2 ve MSBP1 genlerinin genotiplere, uygulamalara ve dokulara göre farklı ifade seviyeleri gösterdiği belirlenmiştir. Tuz stresi sonucu polimorfizm ile DNA metilasyon seviyelerinde artış meydana geldiği ve DNA konformasyonlarında farklılıkların oluştuğu ancak hormon uygulamalarının bu olumsuz etkileri hafiflettiği ortaya çıkarılmıştır.
Sonuç: Farklı buğday genotiplerinde tuz stresine karşı, memeli cinsiyet hormonlarının stres kaynaklı oluşan fizyolojik ve biyokimyasal parametreler üzerine iyileştirici etki gösterdiği belirlenmiştir. Yine tuz stresi ile bazı stres yanıt genlerinin (SOS1 ve SOD2) ifadelerini ise farklı şekillerde düzenleyerek stres toleransına katkı sağladığı sonucuna varılmıştır. Ayrıca hormon uygulamalarının da yine bazı genlerin ve transkripsiyon faktörlerinin (NAC2a, ARF4, WRKY2, SOS1, SOD2 ve MSBP1) ifadelerini düzenleyerek strese yanıtta olumlu katkılar yaptığı belirlenmiştir. Ayrıca tuz stresinin epigenetiksel ve DNA konformasyonu değişikliklerine yol açtığı, hormon uygulamalarının ise bu olumsuz etkileri iyileştirici etki gösterdiği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
In our study, against salt stress in tolerant (Ak Buğday) and sensitive (Karasu 90) wheat genotypes, 17β-estradiol and androsterone hormones at different concentrations were determined by some physiological (chlorophyll content (SPAD), relative water content (RWC), biochemical (H2O2, MDA, SOD), POD, CAT, APX) parameters and mRNA expression levels of some genes (NAC2a, ARF4, WRKY2, SOS1, SOD2 and MSBP1) and changes in DNA methylation and DNA conformation were aimed.
Method: Equally sized seeds from Ak Buğday and Karasu 90 genotypes were selected as the control group (0) after sterilization, with different concentrations of mammalian sex hormones 17β-estradiol (10-9, 10-8, 10-7 M) and androsterone (10-9, 10-8, 10-7 M) and the combination of these applications with 200 mM NaCl were applied. Some physiological and biochemical parameters were examined by taking samples from the 14-day-old seedlings, mRNA expression levels were determined by qRT-PCR analysis, DNA methylation was determined by CRED-iBPS technique, and DNA conformations were determined by chemometric analysis and qualitative spectral analysis.
Findings: In both genotypes, when compared to the control group, NaCl application alone decreased the SPAD value and RWC percentage, but increased the amount of H2O2 and MDA. However, the negative effects of SPAD values and RWC percentages, H2O2 and MDA resulting from stress were reduced by 17β-estradiol and androsterone applications. It was determined that SOD, CAT, POD and APX enzyme activities were generally increased in both genotypes according to all NaCl and hormone applications. In addition, it was determined that NAC2a, ARF4, WRKY2, SOS1, SOD2 and MSBP1 genes studied showed different expression levels according to genotypes, applications and tissues. It has been revealed that polymorphism and increase in DNA methylation levels and differences in DNA conformations occur as a result of salt stress, but hormone applications alleviate these negative effects.
Conclusion: It has been determined that mammalian sex hormones have a healing effect on physiological and biochemical parameters caused by stress against salt stress in different wheat genotypes. Again, it was concluded that salt stress contributes to stress tolerance by regulating the expressions of some stress response genes (SOS1 and SOD2) in different ways. In addition, it has been determined that hormone applications also make positive contributions to the stress response by regulating the expressions of some genes and transcription factors (NAC2a, ARF4, WRKY2, SOS1, SOD2 and MSBP1). In addition, it was concluded that salt stress causes epigenetic and DNA conformation changes, and hormone applications have a healing effect on these negative effects.