Effects of varied potassium nutrition on cellulose synthase a 4 (CESA4) gene expression in arabidopsis thaliana plants
Arabidopsis thaliana bı̇tkı̇lerı̇nde çeşı̇tlı̇ potasyum beslemesı̇nı̇n selüloz sentaz a 4 (CESA4) gen ekspresyonu üzerı̇ne etkı̇lerı̇
- Tez No: 896657
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ STUART JAMES LUCAS
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyoteknoloji, Genetik, Biotechnology, Genetics
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Moleküler Biyoloji-Genetik ve Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 124
Özet
Bitkiler, büyüme ve gelişmelerini sürdürebilmek için düzenli mineral besin takviyesine ihtiyaç duyarlar. Yeterli beslenme olmadığında, bitkiler temel metabolik ve fizyolojik fonksiyonları yerine getiremezler. Bitkiler için en önemli besin maddelerinden biri potasyumdur. Potasyum (K), bitki fizyolojisinde önemli birçok rol oynar; örneğin fotoassimilatların biyosentezi ve bitki içinde taşınması, su alımı, besin elentlerin alınması (özellikle azot) ve strese bağlı etkilerin hafifletilmesi. Bitkiler potasyum eksikliği yaşadığında, yaprak kenarlarında sararma veya kahverengileşme, turgor basıncında azalma ve sonunda solma gibi belirtiler gösterirler. Eldeki bilgilere göre K sellulozon ve sellulozla ilişkili ürünlerin biyosentezine önemli katkılar sağlamaktadır. Selüloz biyosentezinin temel süreçlerinden birini yürüten Selüloz Sentaz A 4 (CESA4) geni, bitki metabolizmasında önemli bir rol oynar. Bu çalışmanın temel amacı, bitkilerde CESA4 geni ile potasyum beslenme mekanizması veya potasyum kullanım yolları arasındaki karmaşık ilişkiyi aydınlatmaktır. Deneme, bitkilerde çeşitli morfolojik ve fizyolojik testler yapıldı. Bunlar arasında biyokütle ölçümü, sürgün uzunluğu analizi ve rozet boyutu ölçümü yer almaktadır. Bitkilerin mineral beslenme statüsünü değerlendirmek için İndüktif Eşleşmeli Plazma Optik Emisyon Spektroskopisi (ICP-OES) kullanılarak element analizi yapıldı. Gerçek zamanlı kantitatif PCR (RT-qPCR) ekipmanı, gen aktivite seviyelerini karşılaştırmak için kullanıldı. Potasyum (K) eksiklik koşullarına maruz kalan Arabidopsis thaliana aksesyonlarında CESA4 geninde farklı ekspresyon seviyeleri tespit edildi. Erken çiçeklenen ekotiplerin, eksiklik koşullarında yüksek CESA4 ekspresyonu gösterdiği vurgulandı. CESA4 geninde belirgin tek nükleotid polimorfizm (SNP) taşıyan bu bitkilerde potasyum birikiminin incelenmesi, potasyum eksikliği altında büyütülen bitkilerin çiçeklenme meristemlerinde belirgin bir potasyum birikimi olduğunu ortaya koydu. Gerçekleştirilen analizler sonucunda CESA4 aktivitesinin de bu dokuda artmış olduğu saptandı. Bu bulguların üzerine, CESA4 genini fonksiyonel olarak karakterize etmek için yeni gen düzenleme teknikleri kullanılarak araştırmalar yapıldı. CRISPR/Cas9 sistemi, nokta mutasyon yoluyla CESA4 genini inaktive etmek için özenle tasarlandı ve çiçek daldırma transformasyon yöntemi kullanılarak uygulandı. Yenilikçi bir yaklaşımla, gen taşıma vektörü olarak polietilenimin fonksiyonlu tek duvarlı karbon nanotüplerini (PEI-SWNT) kullanıldı. Bu çalışma, CESA4 geninin potasyum mekanizmalarındaki rollerine dair bilimsel tartışmayı zenginleştirerek, özellikle potasyum eksikliği altındaki bitkilerde görülen beklenmedik ekspresyon dinamiklerini aydınlatmaktadır.
Özet (Çeviri)
Plants require a regular nutrient supply to sustain their growth and development. Without adequate mineral nutrition, they cannot perform essential metabolic and physiological functions. One of the most critical nutrients for plants is potassium (K). Potassium is an essential mineral element required for many physiological and biochemical processes including production and transportation of photoassimilates, water and nutrient uptake (in particular nitrogen), and stress mitigation. When plants face K deficiency, they often manifest symptoms like leaf edge yellowing or browning, decreased turgor pressure, and eventual wilting. Increasing number of evidence is available suggesting that K has great contributions to biosynthesis of cellulose and related compounds. The Cellulose Synthase A 4 (CESA4) gene holds significant sway in cellulose biosynthesis. In many plant species, cellulose biosynthesis plays a critical role in maintaining axial tension and geometric rigidity, ensuring the upright posture of stems, leaves, and branches. The primary objective of this study was to elucidate the intricate relationship between the CESA4 gene and the K nutritional status of plants. Various morphological and physiological tests were conducted on the experimental plants, including biomass measurement, shoot elongation analysis, and rosette size measurement. Elemental analysis was realized by using Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy (ICP-OES) to evaluate mineral nutritional status of plants. Real-time quantitative PCR (RT-qPCR) was utilized to compare gene activity levels. Differential expression patterns of the CESA4 gene were discerned in Arabidopsis thaliana accessions subjected to varied K treatments from very low to adequate levels. Early flowering ecotypes exhibited higher CESA4 expression under K deficiency conditions. Examination of potassium accumulation in these plants carrying many single nucleotide polymorphisms (SNPs) in the CESA4 gene revealed a marked accumulation of potassium in the inflorescence meristems of plants grown under potassium deficiency. High levels of CESA4 expression were then detected in low K tissues. Building upon these findings, the research delved into functionally characterizing the CESA4 gene by employing novel gene-editing techniques. The CRISPR/Cas9 system was meticulously engineered to effectuate CESA4 gene knockout via point mutation. It was administered using the floral dipping transformation methodology. This innovative approach harnessed polyethyleneimine-functionalized single-walled carbon nanotubes (PEI-SWNT) as a promising gene delivery nanovector. The anticipated outcome of this analysis is to enrich the scientific discourse surrounding the possible relations of the CESA4 gene with potassium nutrition, particularly by shedding light on its unforeseen expression dynamics under potassium deficiency.
Benzer Tezler
- Effects of varied magnesium and potassium nutrition on wheat grown under ambient and elevated atmospheric carbon dioxide conditions
Farklı magnezyum ve potasyum beslenme düzeylerinin yükseltilmiş atmosferik karbondioksit koşullarında büyütülmüş buğday üzerine etkisinin araştırılması
KADRİYE KAHRAMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
BiyomühendislikSabancı ÜniversitesiBiyoloji Bilimleri ve Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. LEVENT ÖZTÜRK
- Changes in root morphology and nutrient uptake in wheat plants with varied potassium and magnesium supply
Farklı potasyum ve magnezyum konsantrasyonlarında yetiştirilen buğday bitkilerinin kök morfolojisi ve besin absorpsiyonunda meydana gelen değişiklikler
CEVZA ESİN TUNÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
BiyolojiSabancı ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. LEVENT ÖZTÜRK
- Yapraktan bor gübrelemesinin elma çeşitlerinin mineral beslenmesine etkisi
Effect of leaf boron application on mineral nutrition of apple varieties
ŞEVKİYE ARMAĞAN TÜRKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
ZiraatSüleyman Demirel ÜniversitesiToprak Bilimi ve Bitki Besleme Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM ERDAL
- Kakaolu fındık kremasında yağsız süt tozu ikamesi olarak kullanılan nohut, kestane ve kinoa unlarının reolojik, tekstürel ve duyusal etkilerinin incelenmesi
Investigation of the rheological, textural and sensory effects of chickpea, chestnut and quinoa flours used as a milk powder substitute in cocoa hazelnut cream
IŞILAY IŞIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ASLI CAN KARAÇA
- Asit ve bazik reaksiyonlu topraklarda farklı azotlu gübre ve potasyum uygulamalarının domatesin verim ve verim unsurlarına etkileri
Effects of different nitrogenous fertilizers and potassium applications on the yield and yield components of tomato grown in acidic and alkaline soils
MAHMOUD N.M. NAZZAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
ZiraatSelçuk ÜniversitesiToprak Bilimi ve Bitki Besleme Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ZENGİN