Farklı süre ve konsantrasyonlarda bakır ağır metaline maruz bırakılan nohut (Cicer arietinum L.) yapraklarında stres-alakalı genlerin ifade düzeylerinin incelenmesi

Abstract

In this study, chickpea (Cicer arietinum L.) was exposed to copper (Cu) heavy metal at different time (1, 3 and 5 days) and concentrations (0, 50, 100 and 200 µM). At the end of the study, the samples were taken from the leaf tissues of the plant, hydrogen peroxide (H2O2), one of the reactive oxygen species (ROS) and malondialdehyde (MDA), which is an indicator of oxidative stress in the cell, were determined. In addition, the changes in the expression levels of superoxide dismutase (Cu-Zn/SOD) and catalase (CAT) enzymes and the antioxidant metallothionein (MT2) protein were determined according to the expression level of actin (ACT) gene selected as house-keeping gene. In our study, it was determined that there was a quite stable increase in MDA and cellular H2O2 concentrations due to increasing time and concentration. Expression levels of Cu-Zn / SOD, CAT and MT2 were found to be higher than control levels at all times and concentrations. Statistically, the highest Cu-Zn / SOD, CAT and MT2 expression levels were observed at 50 µM Cu application on the 5th day. In addition, it was determined that expression levels that increased to a certain concentration and so entered a decreasing trend depending on prolonged time and concentration. It was determined that the expression levels at 200 µM Cu application were lower than the expression levels at 50 and 100 µM Cu applications. As a result of this study, it is thought that the cellular H2O2 produced as a result of oxidative stress caused by Cu exposure is responsible for the change in expression levels. Cellular H2O2 may up-regulate the expression levels to a certain concentration while down-regulate the expression level at increasing concentrations. The present study will shed light on further oxidative signaling studies.

Bu çalışmada, nohut (Cicer arietinum L.) bitkisi farklı süre (1, 3 ve 5 gün) ve konsantrasyonlarda (0, 50, 100 ve 200 µM) bakır (Cu) ağır metaline maruz bırakılmıştır. Çalışma sonucunda, bitkinin yaprak dokularından örnekler alınarak reaktif oksijen türlerinden (ROT) biri olan hidrojen peroksit (H2O2) ve hücrede oksidatif stresin göstergesi olan malondialdehit (MDA) miktarları tespit edilmiştir. Ayrıca hücresel antioksidan enzimlerden süperoksit dismutaz (Cu-Zn/SOD) ve katalaz (CAT) enzimlerinin ve antioksidan özelliği taşıyan metallothionein (MT2) proteininin ekspresyon seviyelerindeki değişim, house-keeping gen olarak seçilmiş aktin (ACT) geninin ekspresyon seviyesine göre belirlenmiştir. Çalışmamızda, artan süre ve konsantrasyona bağlı olarak MDA ve hücresel H2O2 konsantrasyonlarında oldukça kararlı bir artış olduğu tespit edilmişir. Cu-Zn/SOD, CAT ve MT2 ifade seviyelerinin ise tüm süre ve konsantrasyonlarda kontrolden yüksek düzeyde ifade edildiği tespit edilmiştir. İstatistiksel olarak en yüksek Cu-Zn/SOD, CAT ve MT2 ifade seviyelerine 5. gün 50 µM Cu uygulamasında rastlanmıştır. Buna ek olarak, belli bir konsantrasyona kadar artış gösteren ekspresyon seviyelerinin uzayan süre ve konsantrasyona bağlı olarak bir azalma trendine girdiği belirlenmiştir. 200 µM Cu uygulamasındaki ekspresyon seviyelerinin, 50 ve 100 µM Cu uygulamalarındaki ekspresyon seviyelerinden daha düşük seviyede olduğu tespit edilmiştir. Çalışma sonucunda, ekspresyon seviyelerindeki değişimden Cu maruziyetine bağlı olarak meydana gelen oksidatif stres sonucu üretilen hücresel H2O2'nin sorumlu olduğu düşünülmektedir. Hücresel H2O2 belli bir konsantrasyona kadar ekspresyon seviyesini yukarı yönlü düzenlerken artan konsantrasyonlarda ekspresyon seviyesini baskılamış olabilir. Mevcut çalışma daha sonraki oksidatif sinyalizasyon çalışmalarına ışık tutacaktır.