Soğuk stresine maruz kalan buğday bitkisinde melatonin tarafından indüklenen moleküler, fizyolojik ve biyokimyasal değişimler
Melatonin induced molecular, physiological and biochemical changes in wheat plant exposed to cold stress
Yazar: HÜLYA TÜRK
Danışman: DOÇ. DR. SERKAN ERDAL
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Botanik = Botany

Özet:
Bu araştırmada antioksidan özelliğinde olan bir hormon olan melatoninin eksojen uygulamasının buğday (Tiritucum aestivum cv. Atındane) bitkisinde soğuğa karşı direnç üzerine etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla 11 günlük buğday fidelerine optimize edilmiş konsantrasyonlarda (1 mM ve 1,25 mM) eksojen melatonin uygulaması yapıldı. Uygulamadan 12 saat sonra bitkiler 5/2°C sıcaklık değerlerine ayarlanan iklim dolaplarına aktarılmışlardır. Bitkiler 72 saatlik soğuk uygulamasından sonra hasat edilerek moleküler ve biyokimyasal parametrelerindeki değişimler incelenmiştir. Soğuk uygulaması kontrol şartlarına göre buğday bitkisinin süperoksid dismutaz (SOD), peroksidaz (POD) askorbat peroksidaz (APX) ve glutatyon reduktaz (GR) aktivitelerini artırırken katalaz (CAT), aktivitesinde önemli bir değişikliğe neden olmamıştır. 1 mM ve 1,25 mM melatonin uygulamaları soğuk grubuna göre tüm antioksidan enzim aktivitelerini artırırken, en fazla artış 1 mM melatonin uygulanan bitkilerde kaydedilmiştir. Doğal?PAGE sonucu elde edilen izoenzim sonuçlarının antioksidan enzim aktiviteleriyle paralel olduğu saptanmıştır. Süperoksit (O2 .-) anyonu üretimi ve hidrojen peroksit (H2O2) içeriği ile lipid peroksidasyon seviyesi soğuk uygulaması ile ciddi derecede artmıştır. Soğuk uygulamasına kıyasla melatonin uygulaması bu parametrelerdeki artışları önemli derecede indirgemiştir. Düşük sıcaklık uygulaması antioksidan maddelerden olan askorbat, glutatyon ve fenolik maddelerin içeriklerini artırdı. Soğuk uygulamasına kıyasla melatonin uygulaması bu maddelerin miktarlarını en yüksek seviyelerine çıkarmıştır. Ayrıca, soğukla uygulaması ile toplam karbohidrat ve prolin içeriğinde belirlenen artış melatonin uygulaması ile daha da yükselmiştir. Soğuk stresi total klorofil ve karotenoid içeriklerini azalttığı belirlenmiştir. Melatonin uygulaması bu pigmentlerin içeriklerini yalnız soğuk uygulamasına göre önemli derecede artırmıştır. Bu biyokimyasal analizlere ek olarak fotosentez sürecinin anahtar enzimlerinden biri olan Rubisco proteini ifadesi western blot tekniği ile moleküler düzeyde belirlenmiştir. Western blot analizden elde edilen bulgulara göre soğuk uygulamasında Rubisco proteini ifadesi azalırken melatonin uygulama gruplarında kayda değer bir artış gözlenmiştir. Ayrıca genetik materyalde soğuk ve melatonin uygulamaları sonucundaki değişimler ise RAPD yöntemi ile belirlenmiştir. Ayrıca, inorganik element içerikleri (Ca?², K?, P, S,)    belirlenmiştir. Soğuk grubuna kıyasla melatonin uygulamalarının element içeriklerini önemli derecede artırdığı kaydedildi. Tüm bu sonuçlar ışığında eksojen melatonin uygulamasının buğday bitkisinin soğuk strese karşı direncini ve toleransını artırmak için total karbohidrat ve prolin içeriğinin artırması ve ROT seviyesinin azaltmasının yanı sıra antioksidan sistemin aktivitesini artırarak oksidatif stresin indirgenmesinde etkili olduğu söylenebilir.
Anahtar Kelimeler: melatonin, soğuk stresi, antioksidan sistem, Rubisco ve RAPD

Abstract:
In this study, it was investigated exogenous treatment effects of melatonin hormones which have also antioxidant property on resistance against to cold in wheat (Tiritucum aestivum cv. Atındane). For this purpose, melatonin optimized concentrations (1 mM ve 1,25 mM) were applied exogenous to 11-days wheat seedligs.  After 12 hours from the applications, plants were transferred to plant growth chamber to set at 5/2°C. The plants were harvested after cold application for 72 hours and examined the changes in molecular and biochemical parameters. Compared to control plants, while cold application increased the activities of superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POX), ascorbate peroxidase (APX) and glutathione reductase (GR) of wheat, it was not remarkable change activities of catalase (CAT). While 1mM and 1,25 mM melatonin applications increased all antioxidant enzyme activities compared to cold group, the maximum increase was recorded at 1 mM melatonin-applied plants. It was determined that the results of izoenzyme obtained from natural-PAGE were parallel with the antioxidants eznyme activities. The production of superoxide anion  (O2 .-), content of hydrogen peroxide (H2O2) and level of lipid peroxidation enhanced significantly with the cold application. When compared to cold application, the melatonin pretreatments severely reduced the increases in these parameters. Low temperature treatment increased contents of antioxidant compounds (ascorbic acid, glutation and phenolic matters). Compared to the cold application, melatonin treatment reached the highest levels of these compounds were recorded at 1 mM melatonin application. In addition, increase determined in total carbohydrate and prolin with cold application enhanced more with melatonin aplications. It was detected that cold stress decreased in total chlorophll and carotenoid contents. Melatonin aplication markedly augmented contents of these pigments in comparison with alone cold treatment. In addition these biochemical analyzes, expression of Rubisco protein one of the keys enzymes of photosynthesis process was determined by western blot tecnique at the molecular level. According to findigs obtained from Western Blot analysis, while cold application caused to remarkable decrease in expression in RuBisCO protein,  in comparision to only cold treatment, melatonin preatments significantly enhanced the Rubisco amount. In addition, changes led to cold and melatonin treatments on genetic material was determined by RAPD method. Furthermore, inorganic element contents (Ca?², K?, P, S,)   were determined. It was recorded that melatonin treatments compared to the the cold group increased amounts of inoganic elements. In view of these whole results, it was said that exogenous melatonin pretreatments was effective in reducing of oxidative stress by increasing activity of antioxidant system, besides increase in total carbohydrate and prolin content and decrease ROS (reactive oxygen species) levels to improved the tolarance and resistance to against cold stress of wheat.
Key words: melatonin, cold stress, antioxidant system, Rubisco and RAPD