Fakültatif C4-CAM fotosentetik metabolizmasına sahip Portulaca oleracea bitkisinin abiyotik stres koşulları altında redoks sinyal yolaklarının araştırılması
Investigation of redox signaling pathways of Portulaca oleracea with facultative C4-CAM photosynthetic metabolism under abiotic stress condition
Yazar: SELİN AKBAŞ
Danışman: PROF. DR. İSMAİL TÜRKAN
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Genel Biyoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoloji = Biology

Özet:
Bitkilerde karbon ve su kullanımının ve dolayısıyla fotosentez sürecinin optimizasyonu, iklim değişikliği sürecinde giderek ısınan ve kuraklaşan dünyada önemli hayatta kalma stratejileridir. Bu stratejiler doğrultusunda bitkiler CO2 derişiminin arttırılması sürecinin mekansal (C4) veya zamansal (Crassulacean Asit Metabolizması, CAM) ayrımına izin veren iki ana karbon konsantrasyon mekanizması (CCM) geliştirmiştir. Her ne kadar, genel olarak uyumsuz iki mekanizma olarak kabul edilseler de bu tez çalışmasının hedef bitkisi olan Portulaca oleracea, fakültatif C4-CAM fotosentetik metabolizmasına sahip istisna bir türdür. 
Oksijen, hücre metabolizmasında ve yaşam aktivitelerinde önemli rol oynayan, canlı organizmaların varlığı ve gelişimi için vazgeçilmez bir moleküldür. Ancak toplu olarak reaktif oksijen türleri (ROS) olarak bilinen oksijen türevleri başta fotosentez ve solunum olmak üzere birçok fizyolojik reaksiyon sırasında üretilmekte ve toksik doğaları nedeniyle potansiyel zarar oluşturmaktadır. Potansiyel olarak zararlı etkilerine rağmen, ROS aynı zamanda canlı organizmalarda çok sayıda süreci düzenleyen sinyal molekülleri olarak da işlev görür.
Bir C4 bitkisi olan P. oleracea'nın, kuraklık stresine veya fotoperiyottaki değişikliklere yanıt olarak CAM'ı indükleyebildiği gösterilmiştir. Çoğunlukla transkriptomik çalışmaların gerçekleştirildiği bu bitki ve sahip olduğu bu mekanizma çeşitli abiyotik stres koşulları altında C4 ve CAM fotosentetik mekanizmaları arasındaki karmaşık etkileşimi anlayabilmemiz için bize yeni fırsatlar sunmaktadır. Dolayısıyla, fakültatif C4-CAM fotosentetik metabolizmasına sahip hedef bitki P. oleracea'nın abiyotik stres koşulları altında redoks sinyal yolaklarının nasıl etkilendiğini araştırmak, bitkinin stres tolerans mekanizmalarını anlamamızda oldukça önemlidir. 
Bu çalışma kapsamında fotosentetik elektron taşıyıcılarındaki redoks değişimlerinin, mitokondrilerde oluşturulan ROS'un ve eksojen olarak uygulanan H2O2'nin P. oleracea'da C4-CAM geçişinin düzenlenmesindeki olası rollerinin belirlenmesi hedeflenmiştir. Bu hedefler doğrultusunda rotenon, metil viyolojen ve H2O2 uygulanan bitki yapraklarında olası CAM indüklenmesinin belirteci olarak total asidite analizi gerçekleştirilmiş ve C4-CAM metabolizmalarından sorumlu genlerin ifadeleri analiz edilmiştir. Bunların yansıra klorofil floresans ölçümleri yapılmış, bağıl su içerikleri belirlenmiştir.

Abstract:
Optimizing carbon and water usage in plants, and thereby the process of photosynthesis, are important survival strategies in a world increasingly affected by climate change, characterized by rising temperatures and drought. In line with these strategies, plants have developed two main carbon concentration mechanisms (CCMs) that allow for spatial (C4) or temporal (Crassulacean Acid Metabolism, CAM) separation, enabling the enhancement of CO2 uptake. Although generally regarded as incompatible mechanisms, the target plant of this thesis, Portulaca oleracea, is an exceptional species with facultative C4-CAM photosynthetic metabolism.
Oxygen is a crucial molecule in cellular metabolism and life activities. However, collectively known as reactive oxygen species (ROS), oxygen derivatives produced during various physiological reactions, such as photosynthesis and respiration, can pose potential harm due to their toxic nature. Despite their potentially harmful effects, ROS also function as signalling molecules regulating numerous processes in living organisms.
P. oleracea, a C4 plant, has been shown to induce CAM in response to drought stress or changes in photoperiod. This plant, often studied through transcriptomic research, and its mechanism provide new opportunities to understand the complex interaction between C4 and CAM photosynthetic mechanisms under various abiotic stress conditions. Therefore, investigating how redox signalling pathways are affected in P.oleracea with facultative C4-CAM photosynthetic metabolism under abiotic stress conditions is crucial for understanding the plant's stress tolerance mechanisms. 
In this study, the potential roles of redox changes in photosynthetic electron carriers, ROS generated in mitochondria, and exogenously applied H2O2 in regulating C4-CAM transition in P. oleracea are aimed to be determined. Total acidity analysis has been conducted as an indicator of possible CAM induction in plant leaves treated with Rotenone, Methyl viologen, and H2O2, and the expressions of genes responsible for C4-CAM metabolisms have been analysed. Additionally, chlorophyll fluorescence measurements and relative water contents have been determined.