Triticum aestivum L. (buğday)'da gümüş nanopartikülleri ile oluşturulmuş programlı hücre ölümünün belirlenmesi
Determination of silver nanoparticles induced programmed cell death in Triticum aestivum L. (wheat)
Yazar: FATMA YANIK
Danışman: DOÇ. FİLİZ VARDAR
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Biyoloji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Ekmeklik buğday = Bread wheat ; Metal nanopartiküller = Metal nanoparticles

Özet:
Gümüş nanopartikülü (Ag NP) antimikrobiyal ve antifungal özelliklerinden dolayı birçok tüketici ürününde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ag NP'nin kullanımının giderek yaygınlaşmasının bir sonucu olarak nanopartiküllerin havada, suda ve toprakta birikeceği öngörülmektedir. Bu çalışmada, farklı konsantrasyonlardaki (0.5, 1, 5, 10 ve 20 ppm) 10 nm Ag NP'ye 15 gün maruz bırakılan buğday (Triticum aestivum L.) köklerinde programlı hücre ölümü belirtilerinin ortaya çıkarılması amaçlandı. Ag NP'nin farklı konsantrasyonlarının kök uzunluğu inhibisyonuna, kalloz ve lignin birikimine neden olduğu ancak gövde uzunluğunda önemli bir değişikliğe sebep olmadığı gözlendi. Sitolojik ve anatomik analizler; Ag NP'nin Ag+ iyon birikimine, mitotik indekste düşüşe, kromozomal anomalide artışa, nukleus morfolojisinde bozulmaya, TUNEL pozitif reaksiyonlara ve kök anatomisinde bozulmalara neden olduğunu ortaya koydu. Biyokimyasal analiz sonuçları, Ag NP'nin yaprakta total klorofil miktarında değişime, karotenoid ve antosiyanin miktarında ise artışa neden olduğunu gösterdi. Kökte yapılan biyokimyasal analizler ise, Ag NP'nin H2O2, lipid peroksidasyonu, kaspaz-1 benzeri aktivitede artışa ve oksidatif stresle ilişkili SOD, CAT, GPOX,  APOX, GR gibi antioksidan enzimlerin aktivitesinde ve prolin miktarında değişikliklere neden olduğunu ortaya koydu. Moleküler analizler; Ag NP'nin DNA'da düzensiz kırıklara, mitokondri iç zar potansiyelinde düşüşe, mitokondriden sitoplazmaya sitokrom c salınmasına ve TaVPE4 geninin ekspresyonunda artışa neden olduğunu gösterdi. Biyoinformatik analizler ile buğdayda belirlenen 20 metakaspaz proteininin karakterizasyonu yapıldı. Ag NP uygulanan köklerde TaMC1 ve TaMC4 metakaspaz genlerinin ekspresyonunun kontrole göre arttığı belirlendi. Sonuç olarak, Ag NP'nin farklı konsantrasyonlarının (0.5, 1, 5, 10 and 20 ppm)  buğday köklerinde programlı hücre ölümünü uyardığı belirlenmiştir.

Abstract:
Silver nanoparticles (Ag NPs) have been used in many consumer products due to their antimicrobial and antifungal properties. As a result of widespread usage of silver nanoparticles, it is expected to accumulate in air, water and soil environment.  The aim of this study is to determine programmed cell death in wheat roots which were exposed to different concentrations (0.5, 1, 5, 10 and 20 ppm) of 10 nm Ag NPs for 15 d. It was observed that different concentrations of Ag NPs caused root length inhibition, callose deposition and lignin accumulation, but no significant change was observed in shoot length. Cytological and anatomical analyses indicated that Ag NPs lead to accumulation of Ag+ ion, decline in mitotic index, increase in chromosomal anomaly, disruption of nucleus morphology, TUNEL positive reactions and deformation of root anatomy. Based on biochemical analyses, Ag NPs induced alteration of total chlorophyll content and increment of carotenoid and anthocyanin contents in leaves.  Ag NPs induced increment of H2O2 content, lipid peroxidation, caspase-1 like activity and alteration of SOD, CAT, GPOX, APOX, GR activities and proline content in roots. Molecular analyses revealed Ag NPs DNA fragmentation, decrease in mitochondrial inner membrane potential, cytochrome c release from mitochondria to cytosol and up-regulation of TaVPE4. 20 metacaspases protein identified by bioinformatic analysis was characterized.  It was determined the expression of TaMC1 and TaMC4 metacaspase gene increased during Ag NPs exposure. As a result, it was determined that different concentrations (0.5, 1, 5, 10 and 20 ppm) of Ag NPs induced programmed cell death in wheat roots.