Silikon (Sİ) uygulamasının domates bitkisinde kadmiyum (CD) stres yanıtındaki etkisinin araştırılması
Investigation of the effect of silicon (Sİ) application on cadmium (CD) stress response in tomato plants
- Tez No: 985538
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖZGÜR ÇAKIR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyoteknoloji, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Moleküler Biyoteknoloji ve Genetik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Kadmiyum; bitkilerde hiçbir metabolik süreçte işlevi olmayan, düşük konsantrasyonlarında bile toksik etkili, büyüme, gelişme ve verimi olumsuz yönde etkileyen ağır metallerden biridir. Kadmiyumun suda çözünürlüğünün yüksek, bitkiler tarafından topraktan alınabilirliğinin ve bitki dokularında ilerleyişinin kolay ve hızlı olması, kadmiyumu diğer ağır metaller arasında daha tehlikeli konumda tutmaktadır. Kadmiyum ile kirlenmiş topraklarda yetişen bitkiler, bu stres ile başa çıkmak için çeşitli stratejiler geliştirmişlerdir. Kadmiyum ile ilk etkileşime geçen doku olan kökler, savunma mekanizmalarının ilk hattını oluşturmaktadır. Kök hücre duvarının, kadmiyum ve diğer ağır metallerin hücre içine alınmasını ve ilerlemesini engellemek için hücre duvarı polisakkarit kompozisyonunu ve bileşenlerinden biri olan pektinlerin metilasyon derecelerini değiştirdiği bilinen bir mekanizmadır. Ancak hücre duvarındaki bu değişimlerin nasıl aktive olduğu ve ilerletildiği açık değildir. Silikon, yeryüzündeki en bol bulunan ikinci element olmakla birlikte, bitkilerde ortamda zararlı etmenler olmadan da büyüme ve gelişmeyi teşvik edebilmektedir. Ayrıca, çeşitli stresler altında bitkilerde stres koşullarının hafifletilmesinde ve adaptasyon sağlamada etkili olduğu yapılan çalışmalar ile gösterilmiştir. Ancak aynı kadmiyumda olduğu gibi, silikon etkisinin moleküler mekanizması hakkında detaylı bilgi literatürde mevcut değildir. Domates bitkisi, insan sağlığına oldukça faydalı metabolitleri sentezleyen, beslenmede geniş yer tutan bir tarla bitkisidir. Dahası; domates, gıda maddesi olarak kullanılmak üzere dünya çapında üretilen ve tüketilen birçok bitkinin de dahil olduğu Solanaceae familyasını temsil eden bir model organizmadır. Dolayısıyla, tüm genomu dizilenmiş olan domates, stres koşullarının tetiklediği yolaklar ve adaptasyon stratejilerinin araştırılması için oldukça uygun bir bitkidir. Bu çalışmada, silikonun domates bitkisinin kadmiyum stresine verdiği yanıtın hücre duvarı yeniden yapılanması üzerinden etkisinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bunun için 7 günlük domates fideleri kullanılmıştır. Bitkilerin yetiştirildiği besiyerine 200 μM kadmiyum, 2 mM silikon, 200 μM kadmiyum ve 2 mM silikon birlikte uygulaması yapılmış ve 7 gün daha büyütülmüşlerdir. Uygulama sonrasında 14 günlük bitkiler kök, gövde ve yaprak dokularına ayrılmıştır. Ardından dokulardaki hücre duvarı polisakkarit biyosentez ve demetilasyonundan sorumlu PL ve PME genlerindeki değişim GZ-PZR ile analiz edilmiştir. Ek olarak, savunma mekanizmalarının aktivasyonunda etkisi olduğu düşünülen NAC transkripsiyon faktör ailesine ait JA2, JA2L, NACMTF2, NAC31, NAC48, NAC64 ve NAC65 genleri aynı şekilde incelenmiştir. Çalışma sonuçları; bitki morfolojisi incelendiğinde, kadmiyum stresinin en fazla etkili olduğu dokunun kökler olduğunu, silikonun da en fazla kökler üzerinde hafifletici etkisi olduğunu göstermiştir. Cd+Si uygulaması sonucu köklerde PME gen anlatımındaki değişimin anlamlı olarak azalması, silikonun hafifletici etkisinin kök hücre duvarı yeniden modellenmesi üzerinden olduğu düşünülmüştür. Ancak gövde ve yaprak dokularında benzer sonuçların görülmemesi, bu dokularda ilk tercih edilen stres yanıt mekanizmasının hücre duvarı üzerinden olmayabileceğini düşündürtmüştür. NAC transkripsiyon faktörlerinin gen anlatım analizlerinde, Cd uygulaması kök dokularında anlamlı artışa yol açarken, Si ve Cd+Si uygulamasında değişim gözlenmemiştir. Gövde ve yapraklarda ise birkaç farklı örüntü tespit edilmiştir; örneğin sadece Cd içeren uygulamalarda artan veya Cd+Si uygulamasında değişmezken Cd ve Si ayrı uygulamalarında artış gösteren NAC genleri tespit edilmiştir. Bu farklılıkların sebebinin, NAC genlerinin stres hassasiyetleri ve etkili olduğu doku tiplerinin farklılık gösterebileceğinden dolayı kaynaklandığı düşünülmüştür.
Özet (Çeviri)
Cadmium is one of the heavy metals that has no functional in any metabolic process in plants, toxic even at low concentrations, and negatively impacts growth, development, and yield. High solubility in water, easy uptake by plants and distribution into plant tissues make cadmium a more dangerous metal among others. Plants growing in cadmium-contaminated soils have developed various strategies to cope with cadmium stress. Roots are the first tissue to interact with cadmium, thereby the first line of defense. Alterations in the cell wall polysaccharide composition and the methylation levels of pectin, one of its components, to prevent the uptake and migration of cadmium and other heavy metals into the cell is a known mechanism. However, how these changes in the cell wall are activated and proceeded is unclear. Silicon, the second most abundant element on Earth's crust, is able to promote growth and development in plants even in the absence of detrimental environmental conditions. Studies have also shown that it is effective in alleviating stress conditions and promoting adaptation in plants under various stresses. However, as in the cadmium, detailed information about the molecular mechanism of silicon action is not available in the literature. The tomato plant is a field crop that synthesizes metabolites highly beneficial to human health and plays a significant role in nutrition. Furthermore, tomato is a model organism that represents the Solanaceae family, which includes many plants produced and consumed worldwide for food. Therefore, the tomato, whose entire genome has been sequenced, is a highly suitable plant for investigating the pathways and adaptation strategies triggered by stress conditions. This study primarily aimed to investigate the effect of silicon on cell wall remodeling in tomato plant responses to cadmium stress. Seven-day-old tomato plantlets were used for this purpose. The medium was treated with cadmium, silicon, or cadmium+silicon, and the plants were grown for an additional 7 days. Following the treatment, the plants on their 14th day, were separated into root, stem, and leaf tissues, and changes in the PL and PME genes responsible for cell wall polysaccharide biosynthesis and methylation were analyzed by qPCR. Additionally, JA2, JA2L, NACMTF2, NAC31, NAC48, NAC64 and NAC65 genes belonging to the NAC transcription factor family, which are thought to influence the activation of defense mechanisms, were examined in the same way. The results showed that, when plant morphology was examined, the tissues most affected by cadmium stress were roots, while silicon had the greatest mitigating effect on roots. The significant decrease in PME gene expression in roots following Cd+Si application suggested that the mitigating effect of silicon was mediated by root cell wall remodeling. However, the lack of similar results in stem and leaf tissues suggested that the primary stress response mechanism in these tissues may not be mediated by the cell wall. In gene expression analyses of NAC transcription factors, Cd application led to a significant increase in root tissues, while no change was observed in Si and Cd+Si applications. Several different patterns were observed in stems and leaves; for example, NAC genes were found to be increased in Cd-only treatments, or to be unchanged in Cd+Si treatments but increased in separate Cd and Si treatments. These differences were thought to be due to differences in the stress sensitivity of NAC genes and the tissue types they affect.
Benzer Tezler
- Akıllı kart teknolojisi ve bankacılık sektöründeki uygulamaları
Smartcard technology and the applications in the banking sector
ZEYNEP AYDOĞDU
- MEMS ile entegre mikro ısıtıcı ve IDE mikro sistemlerin fabrikasyonu ve nano kompozit yarı iletken gaz sensör uygulaması
Fabrication of integrated micro heater and ide micro systems with MEMS and application of nano composite semiconductor GAS sensor
HALİME İLBEYİİLİNGİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BERNA MOROVA
DOÇ. DR. CİHAT TAŞALTIN
- Synthesis of next-generation silicon/graphite anode materials via molten salt-assisted magnesiothermic reduction for lithium-ion batteries
Lityum iyon piller için erimiş tuz yardımlı magnezyotermik indirgeme yoluyla yeni nesil silisyum- grafit anot malzemelerinin sentezi
BURAK FEDAKAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN YAVUZ
- Morbid obezite cerrahisinde ayarlanabilir silikon mide bandı uygulamasının sonuçları
Results of adjustable silicon gastric banding in treatment of morbid obesitiy
HALİL COŞKUN
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
1999
Endokrinoloji ve Metabolizma Hastalıklarıİstanbul ÜniversitesiGenel Cerrahi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALP BOZBORA
- Kuraklık ve tuz stresi altında yetiştirilen buğday (Triticum aestivum L. Ceyhan-99)'a silikon uygulamasının morfolojik, fizyolojik parametreler ve antioksidan enzim aktiviteleri ile MRNA seviyeleri üzerine etkisi
The effects of silicone application to wheat (Triticum aestivum L. Ceyhan-99) growed under drought and salt stress on morphologic, physiological parameters and antioxidant enzyme activities and MRNA levels
HAKAN GÜNEŞ
Doktora
Türkçe
2022
BiyolojiKahramanmaraş Sütçü İmam ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EMEL DIRAZ YILDIRIM