Kolza fidelerinde selenyum teşvikli krom toleransının fizyolojik ve moleküler analizleri
Physiological and molecular analyses of selenium induced chromium tolerance in rapeseed seedlings
Yazar: HAKTAN DOĞUŞ
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA YILDIZ ; DR. ÖĞR. ÜYESİ HAKAN TERZİ
Afyon Kocatepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyoloji = Biology
Dizin: Brassica napus = Brassica napus ; Kolza tohumu = Rapeseed ; Krom = Chromium ; Proteomikler = Proteomics ; Selenyum = Selenium

Özet:
Endüstriyel faaliyetler çevredeki krom (Cr) kirliliğini arttırmaktadır. Toprakta artan Cr içeriği bitkiler tarafından alınıp emilip birikebilmekte, toksisiteye yol açabilmekte, besin zinciri yoluyla doğrudan veya dolaylı olarak insan sağlığına zarar verebilmektedir. Bu nedenle, Cr ile kirlenmiş topraklarda yetişen bitkiler tarafından Cr alımını azaltacak ve böylece Cr tehditlerinden kaynaklanan sağlık risklerini azaltacak yaklaşımların bulunması gerekmektedir. Bitkiler için faydalı bir element olan selenyum (Se), çeşitli biyotik ve abiyotik stres altındaki bitkilerde olumlu roller oynamaktadır. Selenyumun Cr stresi altındaki bitkilerdeki faydalı etkileri, bitki büyümesini iyileştirme ve Cr birikimini azaltılması ile kanıtlanmıştır. Bununla birlikte, kolza bitkilerinin Cr stres toleransını iyileştirmede Se'un koruyucu mekanizmasını ortaya çıkarmak için çok az bilgi bulunmaktadır. Bu çalışmada, kolza (Brassica napus L.) fidelerinin Cr stresine karşı tolerans oluşturmadaki Se'un rolü, fizyolojik ve biyokimyasal analizlerle kombine edilmiş jel temelli proteomik yaklaşım ile ortaya konulmuştur. Hidroponik olarak büyütülen yedi günlük kolza fideleri, 14 gün boyunca 10 μM Cr stresi ve 5 μM Se uygulamalarına maruz bırakılmıştır. Sonuçlar, Cr stresinin kolza fidelerinde büyümeyi azalttığını ve Cr birikimine ve lipid peroksidasyonuna neden olduğunu göstermiştir. Dışsal olarak uygulanan Se, Cr stresine maruz bırakılan kolza fidelerinde bitki büyümesini arttırmış, ancak lipid peroksidasyonunu ve Cr birikimini azaltmıştır. Ek olarak, Se uygulaması yapraklarda azalmış katalaz ve askorbat peroksidaz aktivitelerini artırmış ve ayrıca yaprak süperoksit dismutaz ve guaiakol peroksidaz aktivitelerinde Cr kaynaklı artışta ilave artışa neden olmuştur. Proteomik analizde, Cr stresi altındaki yapraklarda Se toplam 60 proteinin ifadesini önemli ölçüde etkilenmiş ve kütle spektrometrisi ile 54 protein tanımlanmıştır. En büyük üç fonksiyonel kategori, fotosentez (%48,1), savunma tepkisi (%27,8) ve protein metabolizmasında (%11,1) yer alan proteinleri içermektedir. Dışsal Se, fotosentezde fonksiyon gören proteinlerin çoğunu düzenlemiştir ve bu durum CO2 fiksasyonunda bir düzenlemeyi işaret etmektedir. Savunma cevabı ve protein metabolizmasında yer alan proteinler, Se tarafından farklı şekilde düzenlenmiştir ve bu durum Se'un stres direnci ve proteom yeniden düzenlenmesindeki rollerini göstermiştir. Selenyum, fotosentez verimini, ROT süpürme kabiliyetini, protein biyosentezi ve işlenmesini ve diğer adaptif tepkileri teşvik ederek Cr toleransını artırabilir.

Abstract:
Industrial activities have increased chromium (Cr) contamination in environment. Increasing content of Cr in soil can be absorbed and accumulated in plants, caused toxicity, directly or indirectly damaging human health via food chain. Therefore, it is necessary to find approaches to reduce Cr uptake by plant growing in Cr polluted soils and thus decrease health risks from Cr threats. As a beneficial element to plants, selenium (Se) plays positive roles in plants under various biotic and abiotic stresses. The beneficial effects of Se have been established in improving plant growth and reducing Cr accumulation in plant under Cr stress. However, little information can be used to reveal the protective mechanism of Se in improving Cr stress tolerance of colza plants. In the present study, the role of Se in inducing tolerance to Cr stress in colza (Brassica napus L.) seedlings was revealed by a gel based proteomic approach combined with physiological and biochemical analysis. Seven-day-old rapeseed seedlings grown hydroponically were exposed to 10 μM Cr stress and 5 μM Se treatments for 14 days. Results showed that Cr stress decreased growth and caused Cr accumulation and lipid peroxidation in colza seedlings. Exogenously applied Se enhanced plant growth, but reduced lipid peroxidation and Cr accumulation in Cr-stressed colza seedlings. Additionally, Se treatment elevated depressed catalase and ascorbate peroxidase activities in leaves and caused further increase in Cr-induced increase in leaf superoxide dismutase and guaiacol peroxidase activities. In proteomic analysis, a total of 60 proteins were significantly influenced by Se in leaves under Cr stress, and 54 proteins were identified by mass spectrometry. The three largest functional categories included proteins involved in photosyhntesis (48.1%), defense response (27.8%), and protein metabolism (11.1%). Exogenous Se regulated most identified proteins involved in photosyhntesis, implying a modulation in CO2 fixation. Proteins involved in defense response and protein metabolism were differently regulated by Se, which indicated the roles of Se in stress resistance and proteome rearrangement. Selenium could increase the Cr tolerance by promoting photosynthesis efficiency, ROT scavenging ability, protein biosynthesis and processing, and other adaptive responses.