Mısır (Zea mays L.) bitkisinde civa toksisitesinin yatıştırılmasında nitrik oksitin (NO) koruyucu rolünün fizyolojik, biyokimyasal ve moleküler yaklaşımlarla araştırılması
Investigation of protective role of nitric oxide (NO) in the mitigation of mercury toxicity in maize (Zea mays L.) by physiological, biochemical and molecular approaches
Yazar: AYKUT KARAMAN
Danışman: PROF. DR. ÖKKEŞ ATICI
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Botanik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Botanik = Botany

Özet:
Bu araştırmada, mısır (Zea mays L., cv. Arifiye-2) bitkisinde civa ile oluşturulan toksisitenin iyileştirilmesinde, bitki antioksidan sisteminde önemli bir sinyal bileşik olan nitrik oksitin (NO) etkileri fizyolojik, biyokimyasal ve moleküler yaklaşımlarla araştırılmak istenmiştir. Bu amaç için mısır fidelerinde yaş-kuru ağırlık, bitki boy uzunluğu, bağıl su içeriği, reaktif oksijen türlerinin (ROS) miktarı, lipid peroksidasyon (MDA olarak) seviyesi, antioksidan enzimlerin aktivite ve izoenzim profilleri, enzimatik olmayan antioksidanların miktarı, bazı esas elementler ile içsel civa (Hg) içeriği, total protein, prolin ve fotosentetik pigment içeriği ve antioksidan enzimlerin gen ifadelerindeki değişim üzerine Hg ve NO'nun etkileri ayrı ayrı ve birlikte değerlendiridi. Yapılan ön deneylere göre, Hg kaynağı olarak 100 M civa klorürün (HgCl2), NO kaynağı olarak 0.1 M sodyum nitroprussidin (SNP) kullanılması uygun bulundu. Hidroponik ortamda yetiştirilen bitkilerin kök ortamına 8. gün 0.1 μM SNP uygulanmış ve 24 saat sonra bitkiler 3 gün için 100 μM HgCl2 stresine maruz bırakılmıştır. Hasat edilen bitkilerin kök ve yapraklarına ait örnekler, araştırma materyali olarak kullanılmıştır. Mısır kökleri yapraklara göre daha fazla civa biriktirmiş ve bunun sonucu olarak toksisitesinin etkileri kökte daha belirgin olarak ortaya çıkmıştır. Tek başına Hg uygulaması, kök ve yapraklarda ROS ve MDA seviyesini artırırken, genel olarak antioksidan enzimlerin (süperoksit dismutaz, katalaz, peroksidaz ve glutatyon redüktaz) aktivitelerini, nonenzimatik metabolitlerin (glutatyon ve askorbat) seviyelerini, çözünebilir protein, klorofil (yaprakta) ve prolin içerikleri ile içsel element miktarlarını önemli ölçüde düşürmüştür. Fidelere Hg stresi öncesi uygulanan SNP ise kök ve yapraklarda Hg uygulaması ile artan ROS ve MDA seviyelerini düşürmüştür. Buna karşılık antioksidan enzimlerin aktivitelerini ve nonenzimatik antioksidanların miktarını artırmıştır. Bu bulgu antioksidan enzimlerin izoenzim profillerinin belirlendiği çalışmayla da desteklendi. İlave olarak, Hg stresi öncesi uygulanan SNP, kontrolüne göre, fizyolojik parametrelerde iyileşmelere neden olmuş ve ayrıca protein, prolin ve klorofil seviyelerini artırmıştır. Ayrıca, hem kök hem de yapraklarda antioksidan enzimleri kodlayan 5 genin ifade oranlarını anlamlı düzeyde etkilemiştir. Sonuç olarak, mısır bitkisinde civa stresine maruz kalmadan önce uygulanan NO'nun, fizyolojik, biyokimyasal ve gen seviyesinde cevap mekanizmalarını düzenleyerek bitki toleransının artırılmasına önemli katkı yaptığı belirlenmiştir

Abstract:
In this research, it was aimed to investigate the effects of nitric oxide (NO), which is an important signal compound in plant antioxidant system by physiological, biochemical and molecular approaches in the improvement of mercury-induced toxicity in maize (Zea mays L., cv. Arifiye-2). For this aim, effect of NO and Hg applications on fresh-dry weight, plant height, relative water content, amount of reactive oxygen species (ROS), lipid peroxidation (LPO) level, activity and isoenzyme profile of antioxidant enzymes, and the contents of non-enzymatic antioxidants, total protein, proline, photosynthetic pigments and the change in gene expression of antioxidant enzymes were evaluated separately and together. It was used 100 M of mercury chloride (HgCl2) as Hg source, and 0.1 M of sodium nitroprusside (SNP) as NO source, according to preliminary experiments realized. Eighth day, the SNP concentration was supplied at root environments of the plants grown in hydroponic medium, then 24 hour after, the plants were exposed to 100 μM HgCl2 stress for 3 days and the samples of root and leaf of the harvested plants were used as research material. Maize roots accumulated more Hg than leaves and as a result of this effects of the toxicity appeared more prominently in roots. In roots and leaves, Hg application alone significantly decreased activity of antioxidant enzymes (superoxide dismutase, catalase, peroxidase and glutathione reductase), level of nonenzymatic metabolites (glutathione and ascorbate), amount of essential elements, and the contents of soluble protein, chlorophyll (in leaf) and proline while increased the levels of ROS and LPO (as MDA). SNP applied to the seedlings before from Hg stress decreased ROS and LPO levels that were increased by the Hg application in the both tissues, in contrast, increased the activities of antioxidant enzymes and the amount of nonenzymatic antioxidants. This finding was supported by the work of identifying isoenzymes profiling of the antioxidant enzymes. In addition, SNP application before from Hg stress caused improvements in physiological parameters, and increased the levels of protein, proline, and chlorophyll as compared to control. It also significantly affected the expression rates of 5 genes encoding antioxidant enzymes. In result, it has been determined that NO applied before exposure to mercury stress in maize plant provides an important contribution to increase plant tolerance by regulating the response mechanisms at physiological, biochemical and gene level.