Kazdağı Milli Parkı'nda yetişen bazı Thymus türlerinde endemizm ve mikrobiyom ilişkisinin araştırılması
Investigation of endemism and microbiome relationship in some Thymus species in Kazdagi National Park
Yazar: GÖKÇE ERCAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ FATMA ELİF ÇEPNİ YÜZBAŞIOĞLU
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı / Moleküler Biyoteknoloji ve Genetik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyoloji = Biology ; Genetik = Genetics ; Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
Dünya üzerinde her geçen gün artan biyoçeşitlilik kaybı, ekosistemlerin sürdürülebilirliğine, böylece dünyadaki yaşamın devamlılığına tehdit oluşturmaktadır. Ekosistemlerin temel üyelerinden biri olan bitkiler, belirli bir alanda yetişen endemik türler başta olmak üzere nesli tükenme tehlikesi altında olan birçok tür barındırmaktadır. Dünya üzerindeki yaşamın sürdürülebilirliğinin sağlanması adına, biyoçeşitlilik ve tür kaybının önüne geçebilecek yeni koruma stratejilerinin geliştirilmesi büyük bir önem teşkil etmektedir. Bitki mikrobiyomu, bitkilerin yetiştiği çevrede ve bitki dokularında yer alarak bitkilerin yaşamsal aktivitelerini gerçekleştirmesine ve çevreye adaptasyonuna yardımcı olan, bitkiye özgü mikroorganizmalar topluluğudur. Özellikle toprak ile bitki arasında bir köprü görevi gören rizosfer mikrobiyomunun bitki sağlığı ve beslenmesi üzerinde önemli bir rol oynadığı bilinmektedir. Bitki ve rizosfer mikrobiyomu etkileşimine yönelik yapılan çalışmalar, mikrobiyom dinamiğinin bitki türüne ve ortama göre değişkenlik gösterdiğini ifade etmiştir. Endemik bitkilerin çoğu kısıtlı yayılışları sebebiyle nesli tükenme tehlikesi altındadır. Tür kaybının önüne geçebilmek adına çeşitli stratejiler uygulanıyor olsa da kaybın her geçen gün artması bu stratejilerin yeterli olmadığını göstermektedir. Son zamanlarda yapılan çalışmalar bitki mikrobiyom yapısının endemizm ile ilişkili olduğunu göstermektedir. Bu sebeple, endemik bitki kayıplarının önüne geçebilmek adına oluşturulacak yeni stratejiler için endemizm ve mikrobiyom ilişkisine odaklı araştırmaların gerekliliği ortaya çıkmıştır. Bu çalışmada, endemizm ve bitki mikrobiyomu arasındaki olası ilişki açısından, Türkiye'de önemli bir biyoçeşitlilik sıcak noktası olan Kazdağı Milli Parkı'nda yetişen lokal endemik Thymus pulvinatus ve endemik olmayan Thymus longicaulis subsp. chaubardii incelenmiştir. Bu amaçla belirlenen bitki türlerinin yetiştiği yer ve rizosfer topraklarındaki bakteriyel, arkeal ve fungal mikrobiyomları, 16S rRNA geni ve ITS amplikon dizileme ile karakterize edilmiştir. Toprağın kimyasal özellikleri açısından ise organik madde, bitki besin elementlerinin miktarları ve pH değerleri saptanmıştır. Birbirlerine yakın bölgelerde yayılış gösteren bu iki tür, mikrobiyom özellikleri açısından farklılıklar göstermiştir. Elde edilen veriler, bakteriyel profilin hem bitki hem de toprak türlerinde ayrıştığını, fungal profilin sadece bitki türlerinde ayrıştığını, arkeal profilde ise anlamlı bir ayrışma olmadığını göstermiştir. Endemik T. pulvinatus'a ait bakteriyel mikrobiyom profilinin endemik olmayan T. longicaulis subsp. chaubardii'den farklı olarak stres koşullarına adaptasyona yönelik bir karakteristik yansıttığı ve T. pulvinatus'un daha basitleştirilmiş entegre bir iletişim ağına sahip olduğu görülmüştür. Her iki bitki türünde de yoğun olarak bulunan ve çekirdek mikrobiyom olarak önerilebilecek bakteri filumları Proteobacteria, Actinobacteria, Acidobacteria ve Chloroflexi, fungi filumları Ascomycota ve Basidiomycota, arke filumları ise Crenarchaeota ve Thermoplasmatota olarak tespit edilmiştir. Bununla birlikte toprak kimyasal özellikleri açısından anlamlı bir farklılık görülmemiştir. Bu çalışma, endemik bitkilerin mikrobiyom profillerine odaklanılmasının önemini yansıtmakla birlikte, Türkiye'de endemizm ve mikrobiyom ilişkisinin incelendiği ilk çalışmalardan biri olarak gelecekte yapılacak araştırmalar için bir temel niteliğindedir.

Abstract:
The ever-increasing loss of biodiversity in the world poses a threat to the sustainability of ecosystems and thus to the continuity of life on earth. Plants, one of the basic members of ecosystems, contain many species that are in danger of extinction, especially endemic species that grow in a certain area. In order to ensure the sustainability of life on Earth, the development of new conservation strategies that can prevent biodiversity and species loss is of great importance. Plant microbiome is a community of plant-specific microorganisms that are present in the environment where plants grow and in plant tissues, helping plants to carry out their vital activities and adapt to the environment. It is known that the rhizosphere microbiome, which acts as a bridge between the soil and the plant, plays an important role in plant health and nutrition. Studies on the interaction of plant and rhizosphere microbiome have stated that microbiome dynamics vary depending on plant species and environment. Most endemic plants are in danger of extinction due to their limited distribution. Although various strategies are being implemented to prevent species loss, the increase in loss day by day shows that these strategies are not sufficient. Recent studies show that plant microbiome structure is associated with endemism. For this reason, it has become necessary to conduct research examining the relationship between endemism and microbiome in order to develop new strategies to prevent the loss of endemic plants. In this study, local endemic Thymus pulvinatus and non-endemic Thymus longicaulis subsp. chaubardii growing in Kazdagi National Park, an important biodiversity hotspot in Turkey, were examined in terms of the possible relationship between endemism and plant microbiome. For this purpose, the bacterial, archaeal and fungal microbiomes in the growing area and rhizosphere soil of the determined plant species were characterized by 16S rRNA gene and ITS amplicon sequencing. In terms of chemical properties of the soil, amounts of organic matter, plant nutrients and pH values were determined. These two species, distributed in close areas, showed differences in terms of microbiome characteristics. The data obtained showed that the bacterial profile differentiated in both plant and soil types, the fungal profile differentiated only in plant species, and there was no significant differentiation in the archaeal profile. It has been observed that the bacterial microbiome profile of endemic T. pulvinatus reflects a characteristic of adaptation to stress conditions, unlike the non-endemic T. longicaulis subsp chaubardii, and that T. pulvinatus has a more simplified integrated communication network. The bacterial phyla that are densely present in both plant species and can be suggested as the core microbiome were identified as Proteobacteria, Actinobacteria, Acidobacteria and Chloroflexi, the fungal phyla are Ascomycota and Basidiomycota, and the archaeal phyla are Crenarchaeota and Thermoplasmatota. However, no significant difference was observed in terms of soil chemical properties. While this study reflects the importance of focusing on the microbiome profiles of endemic plants, it serves as a basis for future research as one of the first studies examining the relationship between endemism and microbiome in Turkey.