Kadmiyum (Cd) maruziyetinin, Phaseolus vulgaris (L.) (Fasulye) ve Cicer arietinum (Nohut) türlerinin stres genleri üzerine etkisinin değerlendirilmesi

Abstract

Bu çalışmanın amacı oksidatif stres sonucu üretilen ve bitki acısında oldukça tehlikeli olduğu düşünülen hücresel hidrojen peroksit (H2O2) konsantrasyonun bitkinin antioksidan mekanizmasında genlerin ekspresyonu başlamasına olan etkisini ortaya koymaktır. Bu doğrultuda, hidroponik ortamda yetiştirilen Cicer arietinum (Nohut) ve Phaseolus vulgaris (L.) (Fasülye) bitki köklerine oksidatif stresi harekete geçirmek için farklı süre ve konsantrasyonlarda kadmiyum (Cd) metali uygulanmıştır. Uygulama sonucu meydana gelen oksidatif stres birincil göstergesi olan lipit peroksidasyon sonucu oluşan malondialdehit (MDA), H2O2 miktarları ölçülmüştür. Daha sonra antioksidan savuma sisteminde önemli görevleri olan, metallothionein (MT2), Cu/Zn süper oksit dismutaz (Cu/Zn-SOD), Glutatyon redüktaz (GR1), Katalaz (CAT) ve Gultatyon-S- transferaz (GST) enzimlerinin mRNA ekspresyon düzeyleri incelenmiştir. Her iki bitki türünde Cd maruziyetine bağlı olarak MDA ve H2O2 konsantrasyonlarında oldukça kararlı bir artış olduğu tespit edilmiştir. Stres genleri ekspresyonlarına bakıldığında nohut bitkisinde stres genleri MT2 12 saatlik Cd uygulamasında yüksek ifade düzeylerine sahipken, GR1 ve Cu/Zn-SOD genlerinin ifade seviyeleri kinetiği 24 saatlik uygulamaya kadar artış gösterdiği ve 48 saatlik uygulamada mRNA seviyelerinde azalma meydana geldiği tespit edilmiştir. CAT enzimi ise 12 saatlik maruziyette ekspresyon seviyesinde bir artış görülmezken 24 saatlik ve 48 saatlik Cd maruziyetinde eksprese olmaya devam ettiği tespit edilmiştir. Fasulye bitkisindeki stres genleri ekspresyonuna bakıldığında, Cu-Zn/SOD ve MT2 ekspresyonu 24 saatlik maruziyette artarken 48 saatlik maruziyette azalmıştır. GST gen ekspresyonu oksidatif stresin başlangıç düzeyinde oldukça yüksek eksprese edilirken maruziyet süresi arttıkça ekspresyon seviyesinde düşüş tespit edilmiştir. CAT geni ekspresyonunda 12 ve 48 saatlik uygulamada bir değişim tespit edilemezken 24 saatlik konsantrasyonda bir azalma tespit edilmiştir. Çalışma sonucunda stres alakalı genlerin ekspresyonu sinyalizasyon mekanizmasında hücrenin oksidatif durumu ve H2O2 konsantrasyonu ile alakalı olabileceği, belli bir konsantrasyona kadar stres enzimi genlerin ekspresyonunu arttırabileceği, daha yüksek H2O2 konsantrasyonun gen ekspresyon seviyelerinde azalmaya neden olabileceği ilk kez bu çalışma ile tespit edilmiştir

The aim of this study is to demonstrate the effect of the cellular hydrogen peroxide (H2O2) concentration, which is thought to be oxidative stress-end-produced and highly dangerous to plant, to induce the expression of genes in the antioxidant mechanism of the plant. In this direction, cadmium (Cd) metal was applied at different durations and concentrations to trigger oxidative stress in Cicer arietinum (Chickpea) and Phaseolus vulgaris (L.) plant roots grown in hydroponic media. The amount of malondialdehyde (MDA), H2O2, which is the primary indicator of oxidative stress, was determined. Subsequently, enzymes such as metallothionein (MT2), Cu / Zn superoxide dismutase (Cu / Zn-SOD), Glutathione reductase (GR1), Catalase (CAT) and Glutathione-S- transferase (GST) enzymes, which have important roles in the antioxidant defense system, have been examined. The mRNA expression levels of important antioxidant defense system enzymes such as metallothionein (MT2), Cu / Zn superoxide dismutase (Cu / Zn-SOD), glutathione reductase (GR1), catalase (CAT) and Glutathione-Stransferase (GST) have been examined. It has been determined that there is a fairly steady increase in MDA and H2O2 concentrations due to Cd exposure in both plant species. In C.arrinetium, MT2 stress genes had a high level of expression at the 12-hour application; the kinetics of expression levels of GR1 and Cu-Zn/SOD genes increased until 24 hours of application and there was a decrease in mRNA levels in 48 hours of application. It has been observed that CAT continues to be expressed after 24-hours and 48-hours of Cd exposure. In P.vulgaris the Cu-Zn/SOD and MT expressions increased at 24-hour exposure, they decreased at 48-hour exposure. The GST gene is highly expressed at the beginning level of the oxidative stress, while a decrease in the level of expression was detected as the exposure time increased. Statistically significant i was detected in CAT gene expression at 12 hour application, however, a decrease in expression level was detected in the 24 and 48-hour application. As a result of this study, it was found that the expression of stress-related genes can be related to the oxidative status of the cell and the H2O2 concentration in the mechanism of signalization, it may up-regulate the expression of the stress genes until a certain concentration degree, while a higher concentration of H2O2 may down-regulate the gene expressions.