Soğuk stresi altındaki yonca (Medicago sativa L.) genotiplerinde salisilik asit ve magnezyum oksit nanopartikül uygulamalarının soğuk stresi toleransı ve mirna156, miRNA173 gen anlatım seviyelerine etkisinin incelenmesi
The effect of salicylic acid and magnesium oxide nanoparticle applications on cold stress tolerance and mirna156, miRNA173 gene expression levels in alfalfa (Medicago sativa L.) genotypes under cold stress
Yazar: MUSTAFA AKÇAY
Danışman: DOÇ. DR. İSMAİL BEZİRĞANOĞLU ; DR. ÖĞR. ÜYESİ DOĞAN İLHAN
Erzurum Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı / Biyoteknoloji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Genetik = Genetics

Özet:
Bu çalışmanın amacı, yonca (Medicago sativa L.) genotiplerinin (Van/Denizli) soğuk stresine karşı tepkilerini değerlendirmek ve fidelere uygulanan eksojen salisilik asit (SA), magnezyum oksit 
nanopartikülü (MgO NPs) ile bunların kombinasyonunun (SA+MgO NPs) bu tepkiler üzerindeki etkilerini incelemektir. Bu amaçla, 30 gün süreyle büyütülen yonca genotiplerinin yapraklarına eksojen olarak SA (1 ve 2 mM), MgO NPs (5 ve 20 ppm) ve SA+MgO NPs uygulanmış ve 14'er gün boyunca bitkiler sırasıyla 10 oC ve 4 oC soğuk stresine maruz bırakılmıştır. Yapılan uygulamaların soğuk hasarını 
yatıştırıcı etkilerini belirlemede, bazı biyokimyasal parametrelerin yanı sıra taramalı elektron mikroskop (SEM) görüntü analizi ve miRNA (miRNA156 ve miRNA173) gen anlatım seviyelerindeki değişiklikler incelenmiştir. Kontrol grubuna göre her iki düşük sıcaklık uygulaması total şeker, lipid peroksidasyonu (LPO), H2O2 ve prolin içeriklerini artırmıştır. Düşük sıcaklık koşullarında, tek başına SA ve MgO NPs uygulamaları LPO ve H2O2 içeriğinde belirgin bir düşüş ile prolin miktarında artış sağlarken, total şeker içeriğini etkilememiştir. Çalışılan her iki düşük sıcaklıkta soğuk stresin olumsuz etkilerini yatıştırma konusunda en etkili uygulama, 2 mM SA+20 ppm MgO NPs içeren yüksek konsantrasyonlu kombinasyon olmuştur. miRNA gen anlatım seviyeleri değerlendirildiğinde miR156, Van genotipinde 10 oC'de, Denizli ekotipi 10 oC / 4 oC koşullarında aşağı regüle olurken, Van genotipinde 4 oC'de yukarı regüle olmuştur. miR173, Van genotipinde 10 oC'de, Denizli ekotipi 10 oC / 4 oC'de yukarı regüle olurken, Van genotipinde 4 oC'de aşağı regüle olmuştur. 2 mM SA+20 ppm MgO NPs uygulaması her iki genotipin düşük sıcaklıklarında (10 / 4 oC) miR156 yukarı, miR173'ün aşağı regüle olmasına neden olmuştur. Bu çalışmanın sonuçları, 2 mM SA+20 ppm MgO NPs kombinasyonunun, çalışılan yonca genotiplerinin düşük sıcaklıklara karşı gösterdiği bazı biyokimyasal ve gen düzeyindeki adaptasyon mekanizmalarını güçlendirdiğini ve soğuk stresine karşı etkili bir koruma sağladığını göstermektedir.

Abstract:
This study aims to evaluate the responses of alfalfa (Medicago sativa L.) genotypes (Van/Denizli) to cold stress and investigate the effects of exogenous salicylic acid (SA), magnesium oxide nanoparticles (MgO NPs), and their combination (SA+MgO NPs) on these responses. For this aim, alfalfa genotypes grown for 30 days were subjected to exogenous application of SA (1 and 2 mM), MgO 
NPs (5 and 20 ppm), and SA+MgO NPs, and the plants were exposed to cold stress at 10 °C and 4 °C for 
14 days each, respectively. To determine the alleviating effects of the treatments on cold damage, changes in some biochemical parameters, scanning electron microscope (SEM) image analysis, and alterations in miRNA (miRNA156 and miRNA173) gene expression levels were examined. Both low-temperature applications increased total sugar, lipid peroxidation (LPO), H2O2, and proline contents compared to the control. Under the cold conditions, SA and MgO NPs alone led to a significant decrease in LPO and H2O2 contents and an increase in proline content, while not affecting total sugar content. The most effective application in alleviating the adverse effects of cold stress at both temperatures was the highconcentration combination containing 2 mM SA+20 ppm MgO NPs. When evaluating miRNA gene expression levels, miR156 was down-regulated in the Van genotype at 10 °C and in the Denizli ecotype at 10 °C / 4 °C, while it was up-regulated in the Van genotype at 4 °C. miR173 was up-regulated in the Van genotype at 10 °C and in the Denizli ecotype at 10 °C / 4 °C, while it was down-regulated in the Van genotype at 4 °C. The application of 2 mM SA+20 ppm MgO NPs resulted in up-regulation of miR156 and down-regulation of miR173 at both low temperatures (10 / 4 °C) in both genotypes. The results of this study indicate that the combination of 2 mM SA+20 ppm MgO NPs enhances some biochemical and genetic adaptation mechanisms of the studied alfalfa genotypes to low temperatures, providing effective protection against cold stress.