Bacillus megaterium'un fusarium türlerinde antagonistik etkisinin incelenmesi
Investigation of Bacillus megaterium's antagonistic effect on fusarium spp
Yazar: ESRA NUR KELEŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AYŞE FEYZA TUFAN DÜLGER ; DOÇ. DR. EMRE YÖRÜK
Haliç Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı / Moleküler Biyoloji ve Genetik  Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Biyoloji = Biology ; Genetik = Genetics

Özet:
Tarımsal kayıplar genel olarak hasat öncesi veya sonrası meydana gelen küf kontaminasyonlarıyla gerçekleşmektedir. Bu sebeple çeşitli stratejiler oluşturulmuştur. En yaygın ve etkili strateji pestisit gibi gözükse de aşırı kullanımı ile birlikte toksik birikimi oluşmakta, canlı ve çevre sağlığına ciddi zararlar vermektedir. Biyokontrol ajanlarının son derece etkili, türe özgü ve doğası gereği çevre dostu olduğu kanıtlanmış ve dünya çapında pest yönetimi stratejilerinde benimsenmesine yol açmıştır.  Bacillus spp. biyokontrol ajanı olarak kullanımı artan suştur. Bu çalışmada Bacillus megaterium'un CTBmeg1 ve HMA5 suşlarının Fusarium culmorum referans ırkı UK99 ile Fusarium graminearum referans ırkı PH-1 izolatları üzerindeki antagonistlik etkisi ikili kültür deneyi ve uçucu organik bileşikler (VOC) deneyleri ile incelendi. Her iki deney içinde mantar ve bakteri suşları 25o C'de 7 gün inkübe edildi. İnkübasyona bırakılan 7. gün sonunda radyal büyümenin inhibisyon yüzdesi (percentage inhibition of radial growth; PIRG)'ne bakıldığında UK99'un antagonist direncinin PH-1 izolatına göre daha düşük olduğu, CTBmeg1'in ise antagonistlik etkisinin HMA5 suşuna oranla yüksek olduğu bulundu (76,22- 73,77; 77,28- 73,53). VOC deneyinde çap büyümesinin yüzde inhibisyonu (percentage inhibition of diameter growth; PIDG) değerine göre UK99 izolatı antagonistlik olarak daha hassas, CTBmeg1 ise antagonistlik etkisi yüksek suş olarak belirlendi (59,75- 54,87; 63,53- 49,41). Bakterinin antagonist aktivite gösteren metabolit üretme yetenekleri, surfaktin, iturin, fengisin antifungal biyosentez genlerine ait Prpo, ITUC, SRFA, ItuD, Sur3f, FenD, FENB genlerine ait primerler kullanılarak polimeraz zincir reaksiyonu (PCR) ile analiz edildi. Belirlenen genlerin bakteri suşlarında olduğu bulundu. Antagonistik etkinin Fusarium izolatları üzerinde meydana getirdiği değişiklikler transkripsiyon seviyesinde incelendi. İkili kültür deneyinde kullanılan kontrol ve deney gruplarına ait örneklerden RNA izolasyonu yapılıp, ardından Mgv1, stuA, CAT, POD, hog1, mst20 ve tri5 genlerinin transkript miktarının belirlenmesi için qPCR yapıldı.  Toksinin etkisi ile inaktif olan tri5 geninin azaldığı, apoptozla ilişkili olan genler olan hog1 ve mst20'nin arttığı bulundu. VOC ile yapılan çalışmada hücre canlılığı WST-1 ile proliferasyon analizi ile belirlendi. Proliferasyon oranı sonucunda UK99 suşunun ikili kültür ve VOC çalışmalarında olduğu gibi daha hassas, CTBmeg1'in ise antagonistlik etkisinin HMA5 suşuna oranla yüksek olduğu bulundu. Bu çalışma ilk kez B. megaterium'un F. culmorum ve F. graminearum üzerindeki antagonistlik etkisi incelenmesi bakımından özgün olması, biyolojik ve zirai araştırmalara katkı sağlaması açısından önemlidir.

Abstract:
Agricultural losses are generally caused by pre- or post-harvest mold contamination. For this reason, various strategies have been created. Although the most common and effective strategy seems to be pesticide, toxic accumulation occurs with its excessive use, causing serious damage to living and environmental health. Biocontrol agents have proven to be highly effective, species-specific and environmentally friendly in nature, leading to the adoption of pest management strategies worldwide. Bacillus spp. are strains of bacteria which are increasingly used as biocontrol agents. In this study, the antagonistic effects of Bacillus megaterium CTBmeg1 and HMA5 strains on Fusarium culmorum reference strain UK99 and Fusarium graminearum reference strain PH-1 isolates were examined. Morphologically, dual culture experiments and volatile organic compounds (VOC) experiments were performed. In both experiments, fungal and bacterial strains were incubated for 7 days at 25oC. The radial growth diameters of the fungal isolates left to incubation were measured on the 7th day and when the Inhibition Percentage of Radial Growth (PIRG) is examined; It was found that the antagonist resistance of UK99 was lower than the PH-1 isolate, and the antagonism effect of CTBmeg1 was higher than the HMA5 strain. In the volatile organic compounds (VOC) experiment, radial growth of fungal isolates were measured and percent inhibition of diameter growth (PIDG) values were found. According to the PIDG value, UK99 isolate was more sensitive as antagonist, and CTBmeg1 was determined as a strain with high antagonism effect. The ability of the bacteria to produce metabolites with antagonist activity was analyzed by polymerase chain reaction (PCR) using Prpo, ITUC, SRFA, ItuD, Sur3f, FenD, FENB gene primers of surfactin, iturin, phengisin antifungal biosynthesis genes. It was found that the identified genes are in bacterial strains. The changes caused by the antagonistic effect on Fusarium isolates were examined at the transcription level. RNA was isolated from samples belonging to the control and experimental groups used in the dual culture experiment, and then qPCR was performed with the b-tubulin endogenous gene to determine the amount of transcript of the Mgv1, stuA, CAT, POD, hog1, mst20 and tri5 genes. It was found that tri5 gene, which is inactive with toxin effect, decreased and genes associated with apoptosis increased hog1 and mst20. WST-1 for proliferation rate and cell viability were determined in the study of VOC. As a result of the proliferation rate, it was found that the UK99 strain was more sensitive as in other studies, and the antagonistic effect of CTBmeg1 was higher than the HMA5 strain. This study is unique in terms of investigating the antagonistic effect of B. megaterium on F. culmorum and F. graminearum for the first time. For this reason, it is very important in terms of contributing to biological and agricultural research.