Investigating the role of hydrogen sulfide (H2S) to improve drought tolerance at biochemical and gene expression levels in tomato plant (Solanum lycopersicum L.)
Hidrojen sülfür'ün (H2S) kuraklık toleransı sağlamadaki etkilernin biyokimyasalve gen ifadesi düzeyinde domates (Solanum lycopersicum L.) bitkisinde araştırılması
Yazar: MUHAMMED ANDİÇ
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA YÖNTEM ; DR. ÖĞR. ÜYESİ FATİH ERCİ
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Ziraat = Agriculture

Özet:
H2S'in bitki büyüme ve gelişimi üzerinde etkileri olduğu uzun zamandır bilinmekle birlikte, sinyal molekülü fonksiyonlarının araştırılması ancak son birkaç yıla dayanmaktadır. İlgili çalışmalar, bitkilerde abiyotik stres altında H2S birikiminin arttığını rapor etmekte ve mikro molar düzeyde H2S uygulamasının abiyotik stres toleransı sağlamada etkili olduğuna göstermektedir. Kuraklık tarımsal üretimde verim kaybına sebep olan büyük etmenlerden biridir ve yakın gelecekte dünya üzerinde kuraklıktan etkilenen alan ve kuraklığın etki derecesinin artacağı ön görülmektedir. H2S in mevcut literatür ile bildirilen bitkilerde kuraklık toleransı sağlama etkisi ümit vericidir ancak çalışmaların çoğunluğu Arabidopsis 'te gerçekleştirilmiş olup majör tarım ürünlerinde molekülün kuraklık cevabına etkisinin incelendiği çalışmalar son derece sınırlıdır. Domates dünya genelinde tüketilen başlıca tarım ürünlerinden biri olup ülkemiz tarım ekonomisi için büyük öneme sahip olması ile birlikte bitki fizyolojisi ile moleküler biyoloji ve genetik çalışmaları için önemli bir model organizmadır.

   Çalışma kapsamında H2S uygulamasının kuraklık koşulları altında abiyotik stres cevabı ile ilişkili gen ifadesine olası etkileri absisik aside duyarlı ve absisik asitten bağımsız yolaklar göz önüne alınarak ve stres cevabı ile ilişkili mikro RNA ve mikro RNA'ya duyarlı genler de çalışmaya dahil edilerek araştırılmıştır. H2S uygulamasının hücre zararı markörü bileşikler ve antioksidan enzimlerin birikimine etkileri kimyasal analizler ile belirlenmiştir.

   Yapılan çalışmalar sonucunda H2S'in domates bitkisinde kuraklık toleransı sağlamada etkili olduğu ortaya çıkmıştır. H2S uygulanan gruplarda MDA birikimi daha az olmuş, antioksidan enzim miktarlarında ise çok fazla artış olmuştur. Gen ekspresyonu çalışmalarının tamamında kuraklık stresi altında NaHS uygulanan gruptaki ekspresyon oranı kontrol grubuna ve kuraklık uygulaması altındaki kontrol grubuna göre daha fazla olduğu gözlenmiştir. 


   Anahtar Kelimeler: Abiyotik Stres, Domates, Gen İfadesi, Hidrojen Sülfür, Kuraklık, miRNA

Abstract:
While it has been acknowledged for long that H2S has effects on plant growth and development, its functions as a putative signalling molecule are only recently being investigated. On the other hand, relevant research indicates that H2S accumulation increases in response to abiotic stress and applications of H2S in micromolar concentrations display effects of improved drought tolerance. Drought is among the major causes of yield losses in agricultural production and, both the area of affected land and the degree of drought effect is predicted to expand in the near future. Despite promising results regarding the effect of H2S to confer drought tolerance in plants, the majority of relevant work has been conducted in Arabidopsis with few such studies conducted in major food crops. Tomato is one of the main agricultural products consumed worldwide, and it is an important model organism for plant physiology and molecular biology and genetic studies, as well as having great importance for our country's agricultural economy.

   In the proposed work, the effects of H2S application under drought stress will be evaluated based on gene expression changes that involve abiotic stress response related genes representing both abscisic acid responsive and independent pathways. Gene expression analyses will also target stress responsive micro RNA and micro RNA regulated genes. Chemical analyses will involve investigating the effects of H2S application on the accumulation of cell damage markers and antioxidant enzymes.

   As a result of the studies, it has been revealed that H2S is effective in providing drought tolerance in tomato plants. In experimental groups treated with H2S, MDA accumulation was less, and antioxidant enzyme amounts increased more than other experimental groups. In all gene expression studies, the rate of expression in the group undergoing NaHS under drought stress was significantly higher than the control group and the control group under drought practice.

   Keywords: Abiotic Stress, Drought, Gene Expression, Hydrogen Sulfide, miRNA, Tomato