Kobalt toksisitesi altında nanomateryal fuleren uygulanan Zea mays yapraklarında kloroplastik antioksidan kapasitesinin, fotosentetik verim ve azot metabolizması ile ilişkili enzim/gen aktivasyonunun değerlendirilmesi
Assessment of chloroplastic antioxidant capacity, photosynthetic efficiency and enzyme/gene activation related to nitrogen assimilation in nanomaterial fullerene-treated Zea mays leaves under cobalt toxicity
Yazar: ZEYNEP PARMAKSIZOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. CEYDA ÖZFİDAN KONAKÇI
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyoloji = Biology
Dizin: Antioksidanlar = Antioxidants ; Fullerenler = Fullerenes ; Kobalt = Cobalt ; Lipid peroksidasyonu = Lipid peroxidation ; Mısır = Maize

Özet:
Suda çözünebilen fulleren (F) türevleri gibi karbon nanoyapıları, tarım için perspektif ajanlar olarak kabul edilir. F, stres koşullarına karşı bitki tepkisini modüle eden yeni bir nano-ajan olabilir. Ancak, F'nin agroekosistemlerdeki bitkiler üzerindeki etkilerinin altında yatan mekanizma belirsizliğini koruyor. Zea mays, 3 gün (d) boyunca kobalt stresi (Co, 300 μM) ile/olmadan dışarıdan C60-F uygulamalarına (F1: 100; F2: 250; ve F3: 500 mg L−1) maruz bırakıldı. Kobalt stresi büyüme (RGR) ve su içeriği (RWC) değerlerini azaltmıştır. Ancak Co stresine karşı F uygulamaları, bu parametreleri iyileştirmiştir. F1 ve F2 konsantrasyonları kobalt stresiyle birlikte uygulandığında fotosistemlerle (PSI ve PSII) ile ilişkili proteinlerin genlerin ekspresyonları (psaA ve psbA) artmıştır. Strese maruz kalan mısır kloroplastlarında süperoksit dismutaz (SOD) ve peroksidaz (POX) aktivitelerini artırmıştır. Ancak bu uyarılma toksik düzeydeki radikallerin süpürülmesinde etkili olmamıştır. Bu durum, lipid peroksidasyonun artışına neden olmuştur. Diğer yandan, flueren ve kobalt stresini aynı zamanda uygulanması SOD ve katalaz (CAT) aktivitesini artırırken, F1 ve F2 uygulama konsantrasyonları askorbat-glutatyon (AsA-GSH) döngüsü içinde yer alan askorbat peroksidaz (APX) ve glutatyon redüktaz (GR) enzim aktivitelerini artırmıştır. Stresin uyardığı amonyum toksisitesinin azaltılmasında hem glutamin sentetaz-glutamat sentaz (GS-GOGAT) yolunun özellikle glutamin sentetaz (GS) aktiviteleri kullanıldığı hem de glutamat dehidrogenaz (GDH) aktivitelerinin etkili olduğu söylenebilir. Stresle azalan nitrat redüktaz (NR), nitrit redüktaz (NiR) ve GS aktiviteleri, fuleren ve stres gruplarında artmıştır. Fuleren, GDH enziminin hem aminasyon hem de deaminasyon aktivitelerini artırarak amonyum toksisitesinden bitkilerin kloroplastlarını korumuştur. Dışarıdan uygulanan F, fotosistemlerin reaksiyon merkezi proteinleriyle ilgili genlerin ekspresyonlarını uyararak, savunma sistemiyle ilgili enzimlerin seviyesini artırarak ve mısır kloroplastlarında azot asimilasyonunu geliştirerek Co toksisitesini makul bir şekilde ortadan kaldırdı.

Abstract:
Carbon nanostructures, such as the water-soluble fullerene (F) derivatives, are considered perspective agents for agriculture. F can be a novel nano-agent modulating plant response against stress conditions. However, the mechanism underlying the impacts of F on plants in agroecosystems remains unclear. Zea mays was exposed to exogenous C60-F applications (F1: 100; F2: 250; and F3: 500 mg L−1) with/without cobalt stress (Co, 300 μM) for 3 days (d). Cobalt stress decreased growth (RGR) and water content (RWC) levels. However, F applications against Co stress improved these parameters. When F1 and F2 concentrations were applied together with cobalt stress, the expression of genes of photosystems (PSI and PSII)-related proteins (psaA and psbA) increased. It increased superoxide dismutase (SOD) and peroxidase (POX) activities in maize chloroplasts exposed to stress. However, this stimulation was not effective in scavenging toxic radicals. This situation caused an increase in lipid peroxidation. On the other hand, simultaneous application of fluorene and cobalt stress increased SOD and catalase (CAT) activities, while F1 and F2 applications concentrations increased ascorbate peroxidase (APX) and glutathione reductase (GR) enzyme activities in the ascorbate-glutathione (AsA-GSH) cycle. It can be said that both glutamine synthase-glutamate synthase (GS-GOGAT) pathway, especially GS activities, and glutamate dehydrogenase (GDH) activities are effective in reducing stress-induced ammonium toxicity. Nitrate reductase (NR), nitrite reductase (NiR) and GS activities, which decreased with stress, increased in the fullerene and stress groups. Fulleren protected the chloroplasts of plants from ammonium toxicity by increasing both amination and deamination activities of the GDH enzyme. Exogenous F conceivably removed Co toxicity by improving the expressions of genes related to reaction center proteins of photosystems, increasing the level of enzymes related to the defense system, and improving the nitrogen assimilation in maize chloroplasts.