Buğdayda (Triticum aestivum L.) in vitro androgenesi̇s ve somati̇k embri̇yogenesi̇s
In vitro androgenesis and somatic embryogenesis in wheat (Triticum aestivum L.)
Yazar: AHMAD RATIB SHARAFAT
Danışman: PROF. DR. ESİN ARI
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarımsal Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Ziraat = Agriculture

Özet:
Buğday (Triticum aestivum L.), dünyadaki en önemli temel gıda maddelerinden birisi olup, farklı coğrafi koşullarda 17.000'den fazla çeşidi yetiştirilmektedir. Günümüzde özellikle iklim değişikliklerinden kaynaklı koşullar başta olmak üzere çeşitli abiyotik koşulların yanı sıra biyotik stres koşullarına dayanıklı buğday çeşitlerinin geliştirilmesi hayati önem taşımaktadır. In vitro androgenesis ve somatik embriyogenesis teknikleri buğday ıslahı ve yetiştiriciliğini hızlandıran en önemli biyoteknolojik yöntemler arasındadır.
Araştırma temel olarak androgenesis ve somatik embriyogenesis çalışmaları olmak üzere iki ana gruptan oluşmaktadır. Bu çalışmalarda hem ekmeklik (Triticum aestivum L.) hem de makarnalık (Triticum turgidum Desf.) bazı yazlık ve kışlık buğday çeşitlerinde, yüksek sayıda haploid/doubled haploid bitkilerin androgenesis yoluyla (mikrospor ve anter kültürü ile) üretilebilmesi için gerekli ortam protokollerinin geliştirilmesi ve aynı zamanda skutellum ve yaprak eksplantları kullanılarak yüksek etkinlikte somatik embriyogenesis protokollerinin oluşturulması amaçlanmıştır. Bu protokollerin oluşturulabilmesi için mikrospor embriyogenesisi ve somatik embriyogenesis süreçlerini etkileyen önemli bazı faktörlerin (genotip, eksplant, indüksiyon ve rejenerasyon ortamları) embriyoid/embriyo ve sürgün/bitki oluşumu üzerine etkileri araştırılmıştır. 
Bitkisel materyal olarak 3 grup altında yürütülen androgenesis denemelerinde ekmeklik buğdayda Altındane, Dariel, Pehlivan, Ceyhan-99, Sagittario, Bayraktar ve Esperia, makarnalık buğdayda ise Svevo, Sarıçanak, Eminbey ve Kiziltan çeşitleri kullanılmıştır. 
Androgenesis çalışmalarının I., II. ve III. grup denemelerinde yukarıdaki bazı genotiplerin orta ila geç tek çekirdekli safhadaki mikrosporlarını içeren anter ve mikrospor kültürlerinde sırasıyla 5, 18 ve 8 farklı indüksiyon ortamı test edilmiştir. 4 grup altında yürütülen ve Ceyhan-99, Sagittario, Svevo ile Sarıçanak genotiplerinin kullanıldığı somatik embriyogenesis çalışmalarının I., II. III. ve IV. grup denemelerinde ise her genotipin skutellum ve yaprak eksplantlarının her birisi 9'ar indüksiyon ortamında kültüre alınmıştır. İndüksiyon ortamları; karbonhidrat kaynağı maltoz veya sukroz olan farklı temel besin ortamlarına farklı tip ve konsantrasyonlarda bitki gelişim düzenleyicileri, glutamin, arabinogalaktan, ve timentin, gibi kimyasalların eklenmesiyle oluşturulmuştur. İndüksiyon ortamlarında oluşan yapılar ise bitkiye dönüştürülmek üzere farklı rejenerasyon ortamlarında kültüre alınmıştır.
Tezin androgenesis deneme sonuçları; buğdayda embriyoid indüksiyonu, rejenerasyonu, albino ve yeşil bitki üretimi gibi androjenik tepkilerde genotip, ve indüksiyon ortamı faktörlerinin önemini ortaya koymuştur. Genel olarak çalışmada mikrospor kültüründen anter kültürüne göre daha fazla embriyoid elde edilmiştir.
Tezin somatik embriyogenesis deneme sonuçlarında ise ekmeklik buğday genotipleri, somatik embriyogenesisin incelenen tüm parametrelerinde makarnalık buğday genotiplerinden daha üstün performans göstermiştir. Eksplant kaynağı yönünden skutellum eksplantları; kallus üretimi, embriyojenik kallus üretimi, kallus boyutu, yeşil nokta, kallus başına sürgün ve rejenerant bitki oluşumu açısından yaprak eksplantına kıyasla daha yüksek tepki göstermiştir. Yaprak eksplantları ise daha ağır kalluslar üretmiştir, ki bu sonuç in vitro sekonder metabolit üretimi için potansiyel olarak yararlı olabilir.

Abstract:
Wheat (Triticum aestivum L.) is one of the most important staple food crops in the world, with over varieties are grown under  diverse geographical conditions. Today, it is crucial to develop wheat varieties that have tolerance to various biotic factors and abiotic stress conditions, particlarly those arising from climate change. In vitro androgenesis and somatic embryogenesis techniques are among the most significant biotechnological methods that accelerate wheat breeding and cultivation. 
The research basically consists of two main areas; androgenesis and somatic embryogenesis studies. These studies aimed to develop improved protocols for the production of high numbers of haploid/doubled haploid plants by androgenesis (using microspore and anther culture) and to establish high-efficiency somatic embryogenesis protocols using scutellum and leaf explants in various spring and winter wheat varieties, including bread wheat (T. aestivum. L) and durum wheat (T. turgidum. desf). In order to establish these protocols, we investigated the effects of several key factors (genotype, explant, induction and regeneration media) on microspore embryogenesis and somatic embryogenesis processes focusing on embryoid/embryo and shoot/plant formation .
 Androgenesis experiments were conducted in three groups, using Altındane, Dariel, Pehlivan, Ceyhan-99, Sagittario, Bayraktar and Esperia bread wheat varieties, as well as Svevo, Sarıçanak, Eminbey and Kiziltan durum wheat varieties as plant materials. In group I, II and III experiments , 5, 18 and 8 different induction media, respectively, were tested in anther and microspore cultures containing microspores of some of the above genotypes in the middle to late single-nucleate stage. Additionlly somatic embryogenesis studies conducted in four groups using the Ceyhan-99, Sagittario, Svevo and Sarıçanak genotypes in I, II, III and IV. group experiments. Each genotype's scutellum and leaf explants were cultured in 9 different induction media. These induction media were prepared by adding different types and concentrations of plant growth regulators, glutamine, and arabinogalactan to different basic nutrient media, with maltose or sucrose as carbohydrate source. The structures formed in the induction media were cultured in different regeneration media to be transformed into plants.
The results of the androgenesis trial in this thesis highlighted the significance of genotype and induction medium factors in androgenic responses, including the induction and regeneration of embryoids, as well as the production of albino and green plant in wheat. Overall, the study found that more embryoids were obtained from microspore culture campared to anther culture.
In the somatic embryogenesis trial results, bread wheat genotypes showed superior performance than durum wheat genotypes across all examined parameters of somatic embryogenesis. Regarding of explant source, scutellum explants showed higher response than leaf explants in total callus production, embryogenic callus production, callus size, green spot formation, shoot per callus and regenerated plant per callus. However leaf explants produced heavier calli, which may be potentially useful for in vitro secondary metabolite production.