Ekzojen ABA uygulamasının kuraklık stresi (PEG-6000) altındaki yabani ve ABA-eksik arabidopsis mutantları üzerindeki biyokimyasal ve fizyolojik etkilerinin araştırılması
Investigation on the biochemical and physiological effects of exogenous ABA application on arabidopsis thaliana wild type and ABA deficient mutants under drought stress (PEG-6000)
Yazar: CEYDA ÖZFİDAN
Danışman: PROF. DR. İSMAİL TÜRKAN
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Genel Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Biyoloji = Biology

Özet:
Çalışmamızda A. thaliana'nın aba1 ve aba2 mutantı kullanılarak kuraklık stresi sinyalinin iletilmesinde ABA, ROS ve antioksidan savunma sisteminin arasındaki etkileşimi araştırılmıştır. Bu amaçla aba1, aba2 ve yabani tipe kuraklık stresiyle birlikte dıştan 50 ? M ABA uygulanarak O2? ? , H2O2 ve OH? gibi ROS miktarları ve SOD, CAT, APX ve GR gibi antioksidan enzim/izoenzim aktiviteleri belirlenmiştir. Ayrıca bu parametreler büyüme, stoma iletkenliği, yaprak ozmotik potansiyeli, fotosentetik verim, bağıl su içeriği, lipid peroksidasyonu ve prolin içeriği gibi diğer fizyolojik ve biyokimyasal parametrelerle ilişkilendirilmiştir. aba2 ve Columbia'nın bağıl su miktarı, kuraklık stresinin 24. saatinde azalmıştır. Fakat kuraklık altında ABA, bu genotiplerin bağıl su içeriği (RWC)'ni arttırmıştır. Kuraklık stresi boyunca Columbia ve aba2'nin klorofil fluoresansındaki azalma 50 ? M ABA ile önlenmiştir. Dışarıdan uygulanan ABA, kuraklık stresiyle bağıl su miktarı, osmotik potansiyel, prolin miktarı üzerinde oluşan hasarı önlemektedir. aba1 ve aba2 mutanlarında kuraklık stresi, (i) stoma iletkenliğinin artmasına, (ii) yetersiz prolin birikimine (iii) PSII reaksiyon merkezinde oluşan hasara bağlı fotosentetik verimde azalmaya (iv) su içeriğindeki azalmaya ve (v) özellikle CAT (CAT1 ve CAT2) ve APX aktivitelerinin artmasına neden olmuştur. Arabidopsis'in yabani tipiyle (Columbia) karşılaştırıldığında, ABA yoksun aba1 ve aba2 mutantının PEG'in uyardığı kuraklık stresinden daha fazla etkilendiği söylenebilir. Diğer yandan, dışarıdan uygulanan 50 ? M ABA, Columbia ve aba2'nin fotosentez aygıtlarında, kısmi su içeriğinde, stresin 24. saatinde oluşan hasarın önlenmesinde etkili olmuştur. ABA uygulaması Columbia'da 6. saatte MnSOD1, MnSOD3 ve MnSOD4 izozimlerinin aktivitelerinde artışa neden olurken, FeSOD, CAT1, CAT2, POX1 ve POX2 izozim aktivitelerinde herhangi bir değişime neden olmamıştır. Kuraklık stresiyle birlikte ABA uygulaması, Columbia'da APX aktivitesini 24 saat boyunca arttırmıştır. aba1 ve aba2 mutantlarında dışarıdan uygulanan ABA, PEG ile oluşturulan kuraklık stresine karşı bitkiyi 6. saatte korumaya başlayıp, 12 saat boyunca CAT, POX, APX ve GR enzim ve izoenzim aktivitelerindeki artışa bağlı olarak devam ettirmiştir. Tüm bunlar göz önüne alındığında, stres koşullarında ABA içeriğinin antioksidan savunma sistemi üzerinde belirleyici etkisi olduğu söylenebilir.Anahtar Sözcükler: A. thaliana; ABA eksik mutant (aba2); kuraklık stresi; absisik asit, antioksidan enzimler, ROS sinyallemesi

Abstract:
In our study, we investigated the interaction among ABA, ROS and antioxidant defense system in the transduction of drought stress signaling by using aba1 and aba2 mutant of A. thaliana. For this, aba1, aba2 and wild type applied exogenously with ABA and then the production of ROS like O2? ? , H2O2 and OH? and activities of some antioxidant enzymes/iso-enzymes, such as SOD, CAT, APX and GR determined. Furthermore, these parameters correlated with some physiological and biochemical parameters including growth, stomatal conductance, leaf osmotic potential, photosynthetic efficiency, relative water content, lipid peroxidation and proline content. Our findings suggest that decreasing in relative water content (RWC) of Col and aba2 reached maximal levels after 24 h. However, exogenous treatment of 50 µM ABA increased their RWC under drought stres. Drought stress decreased Fv/Fm of Columbia and aba2 while 50 µM ABA alleviated these reductions during of drought stress, as compared to PEG stressed plants. These results suggested that exogenous ABA showed an alleviative effect against damage of drought stress on relative water content, osmotic potential, proline content of both genotypes during 24 h of drought stress treatment. Drought stress in aba1 ve aba2 caused in (i) increase of stomatal conductance (ii) inadequate accumulation of proline (iii) decrease in photosynthetic efficiency due to damage in PSII reaction center (iv) decrease in relative water content and (v) increase of CAT (especially CAT1 and CAT2) and APX activities. Compared to wild type (Columbia) of Arabidopsis, ABA deficient mutants (aba1 and aba2) are more affected by PEG-induced drought stress. Moreover, exogenous 50 ? M ABA treatment effected in the prevention of damage in water content and in photosyntetic aparatus of Columbia and aba2 at 24 h of drought stress. Activities of MnSOD1, MnSOD3 and MnSOD4 izozymes in Columbia increased at 6 h of ABA treatment but, activites of FeSOD, CAT1, CAT2, POX1 and POX2 izozymes did not change. ABA treatment under drought stress increased APX activity in Columbia during 24 h. Exogenous ABA treatment to aba1 and aba2 began to protection against to PEG-induced drought stress at 6 h. This protection continued depends on increasing activities of CAT, POX, APX and GR enzyme/isoenzyme during 12 h of ABA treatment. However, GR and APX activity decreased in aba2 and GR activity increased in aba1 at 24 h of stress. These results suggested that Asada-Halliwell pathway does not work and ABA is not effective in these genotypes at 24 h of drought stress. However, especially in the first 6 h ABA was increased CAT activity decreased with drought stress in aba2 mutant, POX activity was protected. Given all this, ABA content under stress conditions may be said to be a determining factor on the antioxidant defense system.Keywords: A. thaliana, ABA deficient mutant (aba2), drought stress, abscisic acid, antioxidant enzymes, ROS signaling