Mısır bitkisinin (Zea mays L.) düşük sıcaklık stresi cevabında bazı protonoforların solunum elektron taşıma proteinleri üzerinde etkileri
The effects of some protonophores on the respiratory electron transfer proteins in response to the stress of the corn plant (Zea mays L.) at low temperature
Yazar: ZEYNEP KILIÇ
Danışman: PROF. DR. RAHMİ DUMLUPINAR
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Biyoloji = Biology ; Botanik = Botany ; Genetik = Genetics

Özet:
Amaç: Mevcut çalışmada düşük sıcaklık stresine maruz bırakılan mısır bitkisine (Zea mays L.) eksojen 75 µM Dinitrofenol (DNP) ve 165 µM karbonil siyanid-p- triflorometoksifenilhidrazon (FCCP) maddelerinin uygulanması ile mitokondriyal ETS'de görev yapan NADH dehidrogenaz (NAD), sitokrom oksidaz (COX), alternative oksidaz (AOX), ATP sentaz (ATP) ve bitki eşleşme önleyici proteinlerin (PUMP) genlerinin ifadeleri üzerine etkileri belirlenmeye çalışılmıştır. Zira hemen hemen görevleri benzer olan bu üç farklı yolun birbirini nasıl etkilediğini belirlemek solunum mekanizmasını aydınlatma yolunda önemli bir fayda sağlayabilecektir.
Yöntem: Bu çalışmada düşük sıcaklık stresine karşı DNP ve FCCP maddelerinin fizyolojik etkilerini belirlemek amacıyla süperoksit, hidrojenperoksit, ve MDA düzeyleri spektrofotometrik olarak belirlenmiş, NAD, COX, ATP, AOX ve PUMP genlerinin ifade düzeyleri ise Real time- PCR yöntemi ile belirlenmiştir. Ayrıca bitkiler yetiştirilirken, uygulama maddelerinin etkileri morfolojik olarak da gözlenmiş ve hasat işleminden hemen sonra taze yaprak örnekleri alınarak nispi su içerikleri hesaplanmış ve örnekler kurutulduktan sonra ise Na, K, Ca ve P element içerikleri ICP-MS cihazında belirlenmiştir.
Bulgular: Elde edilen verilere göre; her iki uygulamanın da düşük sıcaklık stresine karşı mısır bitkisini olumlu etkilediği ve fizyolojik olarak stresin olumsuz etkilerini bertaraf edebildiği gözlenmiştir. Bundan da önemlisi ise DNP ve FCCP maddeleri hem AOX hem de PUMP gen ifadelerini önemli miktarlarda artırarak mitokondriyi düşük sıcaklığın olumsuz etkilerinden önemli oranda korumuştur. AOX ve PUMP gen ifadelerinin artmasının ve eksojen uygulama maddelerinin ortamda bulunmasının ATP sentaz gen ifadesini oldukça azalttığı, NADH dehidrohenaz gen ifadesinin artışının ise AOX ve PUMP genleri ile ilgili olmadığı, FCCP ve DNP maddelerinin ve sitokrom oksidaz'ın gen ifadesine göre değiştiği belirlenmiştir.  
Sonuç: Mevcut çalışma, mitokondri ETS'si üzerinde yer alan kilit proteinlerin düşük sıcaklık stresine karşı birbirleri ile etkileşimini inceleyen bir mekanizma çalışmasıdır. FCCP ve DNP maddeleri ise bu proteinlerin gen ifadeleri üzerine stimüle edici etkileri olabileceği düşünülerek uygulanmıştır. AOX ve PUMP'ları stimüle edici olmalarının yanı sıra her iki protonoforun da düşük sıcaklık stresinin olumsuz etkilerini ortadan kaldırmakta oldukça etkili olduğu görülmüştür. Tez içerisinde yer alan bulgular literatürde protonoforların düşük sıcaklık stresine karşı mitokondriyal ETS proteinleri üzerine etkilerinin moleküler olarak belirlenmesi açısından bir ilk olma özelliğindedir.

Abstract:
Purpose: In this current study, it was tried to determine that the effects of the application of exogenous 75 µM DNP and 165 µM FCCP substances on the expression of NADH dehydrogenase, cytochrome oxidase, AOX, ATP synthase and PUMP genes that function in mitochondrial ETS to corn plant (Zea mays L.) exposed to low temperature stress. Because it may be useful to determine how these different three ways of which missions are similar affect one another so as to illuminate respiratory mechanism.
Method: In this study, levels of superoxide, hydrogen peroxide, and MDA were defined spectrophotometrically, expression levels of NAD, COX, ATP, AOX and PUMP genes were determined by Real time-PCR method to specify physiological effects of DNP and FCCP substances against low temperature stress. Additionally, while the plants were being grown, the effects of applied substances were observed morphologically and relative water contents of fresh leave patterns were calculated shortly after the harvest and then after the patterns were dried, the element contents of Na, K, Ca and P were identified in ICP-MS machine.
Findings: According to the available data, it was observed that both of applications affect corn plant positively against low temperature stress and they are able to dispose of negative effects of stress physiologically. More importantly, DNP and FCCP substances highly protect mitochondria against negative effects of cold increasing both AOX and PUMP gene expressions. It was also observed that the increase in AOX and PUMP gene expressions and the presence of exogenous application substances in the environment decreased the ATP synthase gene expression considerably, the increase in NADH dehydrohenase gene expression changed according to the applied substances related to the AOX and PUMP genes and the gene expression of Cytochrome oxidase.
Results: This current study is a mechanism work investigating the interaction of key proteins located on mitochondrial ETS with each other against low temperature stress. FCCP and DNP substances were applied considering that these proteins may have stimulating effects on gene expression. In addition to stimulating AOX and PUMPs, it was seen that each protonophore is quite efficient to eliminate negative effects of low temperature stress. The findings in the thesis are the first data about molecular determination of the effects of protonophores on mitochondrial ETS proteins against low temperature stress.