Ekmeklik buğdayda (Triticum aestivum L.) kuraklık ve yüksek sıcaklık stresine toleranslılığa yönelik markör geliştirilmesi, bu stres faktörlerinin nişasta biyosentez yolağında rol alan genlerin ifade düzeyleri üzerine etkileri
Development of molecular markers for identifying tolerance to drought and high temperature stress on bread wheat (Triticum aestivum L.) and effects of the stress factors on starch biosynthesis pathway
Yazar: DENİZ KÖM
Danışman: PROF. DR. SERKAN URANBEY
Ankara Üniversitesi / Biyoteknoloji Enstitüsü / Temel Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Botanik = Botany
Dizin: Buğday nişastası = Wheat starch ; Ekmeklik buğday = Bread wheat ; Kuraklık stresi = Drought stress ; Sıcaklık stresi = Temperature stress

Özet:
Bu çalışmanın amacı; ekmeklik buğdayda kuraklık ve yüksek sıcaklık stresine toleranslılığa yönelik moleküler markör geliştirilmesi,  kuraklık, yüksek sıcaklık ve kuraklık+sıcaklık stres koşulları altında buğdayda nişasta biyosentezinde meydana gelen değişimlerin moleküler düzeyde araştırılmasıdır.  Bu amaçla çalışmada, kuraklık ve yüksek sıcaklık stresine toleranslı Zubkov ile bu stres koşullarına hassas olan Atay 85 buğday çeşidi çalışmada kullanılmıştır. Nişasta sentez yolağında AGPaz, nişasta sentez, nişasta dallanma enzimi, dallanma bozucu enzim, amilaz enzimlerinin yanı sıra sukroz mekanizması için önemli bazı genlerin ifade düzeyleri RT-PCR yöntemiyle belirlenmiştir. Stres koşulları altında Atay 85 ve Zubkov çeşitleri arasında önemli nişasta biyosentezi ile ilgili genlerde ifade farklılıkları saptanmıştır. Atay 85 çeşidi kontrol bireylerinde nişasta biyosentezinin yüksek olduğu, ancak tüm test edilen stres koşullarından oldukça olumsuz etkilendiği,  Zubkov çeşidinin tüm stres koşullarına daha toleranslı olduğu, nişasta biyosentez mekanizmasında büyük bir gerileme olmadan, fotosentetik aktivitesine devam ettiği görülmüştür. Benzer olarak, total nişasta ve şeker içeriklerinin hassas Atay 85 çeşidinde kıyasla toleranslı Zubkov çeşidinde stresten daha az etkilendiği belirlenmiştir. 
 Markör geliştirme çalışmalarında kuraklık, sıcaklık, kuraklık+sıcaklık streslerine toleranslılığı ve hassasiyeti temsil edecek ve KASP genotipleme analizlerinde kullanılabilecek markör geliştirme çalışmaları kapsamında,  sıcaklık stresine hassasiyeti temsil eden 1 adet ve sıcaklık stresine toleransı temsil eden 1 adet olmak üzere 2 adet ümit var markör dizisi elde edilmiştir. 
Bu çalışma TÜBİTAK 2211-C bursu 1649B031500550 başvuru numarası ve 16H0447001 numaralı Ankara Üniversitesi BAP projesi ile desteklenmiştir.

Anahtar kelimeler: Buğday, sıcaklık ve kuraklık stresi, nişasta, KASP markör, gen ifadesi

Abstract:
The purpose of the study is to develop efficient molecular markers for drought, high temperature and both drought+high temperature stresses and to investigate molecular alterations on starch biosynthesis pathway under these stress conditions. . Stress tolerant Zubkov bread wheat variety and a stress sensitive Atay 85 bread wheat variety were used in this study. Expression levels of the genes coding enzymes AGPases, Starch synthases, Starch branching enzymes, Debranching enzymes, Amylases and some important genes involved in sucrose mechanism were determined under  stress conditions by qRT-PCR. 
Important expression differences of genes involved in starch biosynthesis were detected between tolerant Zubkov variety and sensitive Atay 85 variety. Starch biosynthesis level was higher in control plants of Atay 85 variety and adversely affected by all tested stress conditions. However, Zubkov variety was found to be more tolerant to all stress conditions and continued to exhibit photosynthetically activity without major regression of the starch biosynthesis mechanism. Similarly, total starch and sugar contents were determined to be less affected in the tolerant Zubkov variety compared to Atay 85 variety. It has been found that total starch and sucrose contents were less affected at tolerant Zubkov variety in comparison with Atay 85 variety. 
Marker development studies have been carried out for both tolerance and sensitivity against drought, heat and both drought and heat stress conditions. Total two putative markers that can be used in KASP (Kompetitive Allele Specific PCR) genotyping analyzes (one marker sequence representing heat tolerance and one marker sequence representing heat sensitivity)) were obtained. 
This study was supported by TUBİTAK 2211-C scholarship with 1649B031500550 application number, and Ankara University BAP with project number 16H0447001

Keywords: Wheat, heat and drought stress, starch, KASP marker, gene expression