Fasulye'de (Phaseolus vulgaris L.) kuraklık ve arsenik stresi altında rGO-ZnO nanopartiküllerinin fizyolojik, biyokimyasal etkileri ve ağır metal stresinde görev alan genlerin analizi
Physiological and biochemical effects of rGO-ZnO nanoparticles and analysis of heavy metal stress-related genes in common bean (Phaseolus vulgaris L.) under drought and arsenic stress
- Tez No: 1017301
- Danışmanlar: PROF. DR. EMRE İLHAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoteknoloji, Genetik, Ziraat, Biotechnology, Genetics, Agriculture
- Anahtar Kelimeler: Biyoloji, Biyoteknoloji, Nanoteknoloji, Biology, Biotechnology, Nanotechnology
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Erzurum Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Stratejik bir kültür bitkisi olan Phaseolus vulgaris L.'nin (fasulye) arsenik (As) toksisitesi ve PEG-6000 kaynaklı ozmotik strese verdiği fizyolojik, biyokimyasal ve moleküler yanıtlar, bu çalışmada kapsamlı biçimde incelenmiştir. Çalışma kapsamında yeşil sentez ilkeleri doğrultusunda sarımsak (Allium sativum) ekstresi kullanılarak ZnO, indirgenmiş grafen oksit (rGO) ve hibrit rGO-ZnO nanopartikülleri (NP) sentezlenmiştir. Sentezlenen nanomateriallerin yapısal karakterizasyonları (XRD, SEM, TEM, FT-IR, EDX) başarıyla gerçekleştirilmiş; yüksek saflık ve istenen morfoloji doğrulanmıştır. Stres uygulamaları, her iki genotipte de [G-53 (As-duyarlı) ve G-68 (As-tolerant)] büyüme parametrelerini, klorofil içeriğini (SPAD) ve yaprak nispi su içeriğini (YNSİ) belirgin şekilde baskılarken malondialdehit (MDA) ve H2O2 birikimini önemli ölçüde artırmıştır. Kontrol grubuna kıyasla kombine stres, G-53'te SPAD değerlerini %6.9, G-68'de ise %6.0 oranında düşürürken; hücre membran hasarını (HMH) sırasıyla %44.3 ve %33.8, MDA içeriğini ise %51.0 ve %107.1 oranında artırmıştır. Bitki yapraklarına spreyleme yöntemi ile ayrı ayrı %0.5 ZnSO4, rGO, ZnO veya rGO-ZnO NP ön uygulaması yapılmış; ardından bitkiler tekli ve kombine stres koşullarına maruz bırakılmıştır.Değerlendirilen özellikler genelinde rGO-ZnO NP uygulaması, stres hasarının azaltılmasıyla en sık ilişkilendirilen uygulama olarak öne çıkmıştır. Bu uygulama, kombine stres koşullarında karşılıklı stresli kontrollere kıyasla G-53'te HMH'yi %19.3, G-68'de ise %44.2 oranında azaltmış; MDA değerlerini ise sırasıyla %40.4 ve %61.5 düşürmüştür. Aynı uygulama, G-53'te prolin içeriğini 1.57'den 2.39 µmol mL-1'e, G-68'de ise 0.80'den 3.25 µmol mL-1'e yükseltmiştir. Genotipe özgü mekanizmalar incelendiğinde, G-53 genotipinde toleransın büyük ölçüde ZnO ve rGO-ZnO NP varlığında artan POD ve CAT enzim aktiviteleri aracılığıyla sağlandığı görülmüştür. Buna karşın, G-68 genotipi özellikle hibrit NP uygulaması altında HMT ve NBS genlerinin güçlü ekspresyonu ile karakterize edilen moleküler bir savunma stratejisi sergilemiştir. Elementel içerik analizleri, rGO-ZnO NP uygulamasının G-53 genotipinde kökten gövdeye arsenik translokasyonunu artırırken G-68'de elemental homeostazın korunmasını desteklediğini ortaya koymuştur. Arsenik, her iki genotipte de ağırlıklı olarak köklerde birikmiştir. RT-qPCR ifade profilleri analizi için tespit edilen 10 gen (LIP1, NBS, CSL, HMT, HMA2, JAZ, PRK, rbcS, Cupin, GLB) , NP-stres kombinasyonlarına verilen yanıtların anlamlı Genotip × Uygulama etkileşimleri tarafından katı biçimde yönetildiğini ortaya koymuştur. Besin dengesi ve transkripsiyon yanıtları da genotipe ve uygulamaya göre farklılık göstermiştir. Sonuç olarak, başta rGO-ZnO NP'ler olmak üzere Zn tabanlı materyallerin kombine stres etkilerini kısmen hafiflettiği belirlenmiş; ancak uygulama kaynaklı arsenik dağılımındaki değişiklikler, tarımsal uygunluğun gıda güvenliği kaygılarıyla birlikte değerlendirilmesi gerektiğine işaret etmektedir. Yeşil sentez yöntemiyle üretilen rGO-ZnO hibrit nanopartiküllerin abiyotik stres toleransını artırma konusunda sinerjistik potansiyele sahip olduğu sonucuna varılmış; ancak bu teknolojinin etkinliğinin bitkinin genetik arka planına göre optimize edilmesi gerektiği vurgulanmıştır.
Özet (Çeviri)
Strategic crop species Common bean responses to arsenic (As) toxicity and PEG-6000-induced osmotic stress were comprehensively investigated at the physiological, biochemical, and molecular levels in this study. Within the scope of the study, ZnO, reduced graphene oxide (rGO), and hybrid rGO-ZnO nanoparticles (NPs) were synthesized using garlic (Allium sativum) extract in accordance with green synthesis principles. Structural characterization of the synthesized nanomaterials (XRD, SEM, TEM, FT-IR, and EDX) was successfully performed, confirming their high purity and desired morphology. Stress treatments markedly suppressed growth parameters, chlorophyll content (SPAD), and leaf relative water content (LRWC) in both genotypes [G-53 (As-sensitive) and G-68 (As-tolerant)], while significantly increasing malondialdehyde (MDA) and H2O2 accumulation. Compared with the control group, combined stress reduced SPAD values by 6.9% in G-53 and 6.0% in G-68, whereas cell membrane damage (CMD) increased by 44.3% and 33.8%, respectively, and MDA content increased by 51.0% and 107.1%, respectively. Prior to stress exposure, plants were foliar-sprayed separately with 0.5% ZnSO4, rGO, ZnO, or rGO-ZnO NPs and subsequently subjected to single and combined stress conditions. Across the evaluated parameters, rGO-ZnO NP treatment emerged as the application most consistently associated with mitigation of stress-induced damage. Under combined stress conditions, this treatment reduced CMD by 19.3% in G-53 and 44.2% in G-68 compared with the stressed controls, while decreasing MDA levels by 40.4% and 61.5%, respectively. The same treatment increased proline content from 1.57 to 2.39 µmol mL-1 in G-53 and from 0.80 to 3.25 µmol mL-1 in G-68. Investigation of genotype-specific mechanisms revealed that tolerance in the G-53 genotype was largely mediated through enhanced POD and CAT enzyme activities in the presence of ZnO and rGO-ZnO NPs. In contrast, the G-68 genotype exhibited a molecular defense strategy characterized by strong expression of the HMT and NBS genes, particularly under hybrid NP treatment. Elemental content analyses demonstrated that rGO-ZnO NP application increased root-to-shoot arsenic translocation in the G-53 genotype, whereas it supported the maintenance of elemental homeostasis in G-68. In both genotypes, arsenic predominantly accumulated in the roots. RT-qPCR expression profiling of 10 selected genes (LIP1, NBS, CSL, HMT, HMA2, JAZ, PRK, rbcS, Cupin, and GLB) revealed that responses to NP–stress combinations were strongly governed by significant Genotype × Treatment interactions. Nutrient balance and transcriptional responses also varied depending on genotype and treatment. Overall, Zn-based materials, particularly rGO-ZnO NPs, partially alleviated the detrimental effects of combined stress conditions. However, NP-induced alterations in arsenic distribution indicated that agricultural applicability should be evaluated together with food safety concerns. It was concluded that green-synthesized hybrid rGO-ZnO nanoparticles possess synergistic potential for enhancing abiotic stress tolerance; nevertheless, the efficiency of this technology should be optimized according to the genetic background of the plant.
Benzer Tezler
- Bazı yer ve sırık fasulye çeşitlerinde optimal melezleme şartlarının tespiti üzerine bir araştırma
Başlık çevirisi yok
TÜRKAN KOÇLU
- Kuru fasulyenin çeşitli şekillerde pişirilmesi sırasında urtamin içeriklerinde meydana gelen değişmeler
Başlık çevirisi yok
SEMİH ÖTLEŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Gıda MühendisliğiEge ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHİR ÇOLAKOĞLU
- Farklı tohum ekim zamanlarının serada yalova-5 taze fasulye varyetesinin verim ve kalitesi üzerine etkileri
Başlık çevirisi yok
Z.ÇİĞDEM İKİZOĞLU
- Yalova - 5 fasulye çeşidinde görülen çimlenme azlığını gidermede uygulanacak yöntemlerin belirlenmesi üzerine araştırma
Başlık çevirisi yok
GÜLTEN YELDİREN
- Farklı ekim uygulamalarının serada Yalova-5 taze fasulye varyetesinin verim ve kalitesi üzerine etkileri
Başlık çevirisi yok
YASEMİN ÇELEBİ