Arabidopsis thaliana'da kükürt teşvikli bor toleransının incelenmesi

Bor elementi, bitkiler için mutlak gerekli olan bir mikrobesin maddesi olmasına rağmen, yüksek konsantrasyonları toksik olup, bitki büyüme ve gelişmesi üzerine olumsuz etkiye sahiptir. Bu tez kapsamında, model bitki Arabidopsis thaliana'da sülfat uygulamaları ile bor toksistesine karşı tolerans kazanımının; 1) bazı fizyolojik, fotokimyasal ve antioksidan enzim aktiviteleri ve 2) bor alımı ile sülfat alımı/atımında rol oynayan taşıyıcılarla ilişkili genlerin ifade değişimleri araştırılması amaçlanmıştır. Arabidopsis tohumları besiyeri ortamı içeren petri kapları içerisinde 3 gün +4°C'de karanlık koşullarda stratifikasyon işlemine tabi tutulduktan sonra çimlenen tohumlar kontrollü iklim kabininde (22± 1 °C sıcaklık, 16/8 sa fotoperiyot, 200 µmol.m-2s-1 ışık şiddeti ve %50-60 nem koşullarında) 12 gün boyunca yetiştirilmiştir. Ardından sülfat ön uygulama grupları (PS-B) 3 gün boyunca MgSO4- tipi sülfat içeren besi yerlerine aktarılmış, 3 günün sonunda ön uygulamasız ve birlikte (S+B) uygulama grupları ile beraber farklı bor konsantrasyonları içeren (3 ve 5 mM H3BO3) petri kaplarına transfer edilerek 10 gün süre ile bor toksisitesine maruz bırakılmışlardır. Arabidopsis bitkisinde kökten alınıp yapraklara taşınan bor birikimine bağlı olarak, bitki biyokütlesi ve yaprak yüzey alanı anlamlı düzeyde azalmıştır. Bunun yanı sıra, toksik bor koşullarında bitkilerin yapraklarındaki SO-4 miktarının da azaldığı belirlenmiştir. Yapraklara taşınan borun toksik seviyeleri, fotosentetik aygıtları ve fotokimyasal aktiviteyi olumsuz etkilemiştir. Bor toksisitesi, bitkilerin tilakoid membranlardaki klorofil a fluoreans yayılımlarında (OJIP eğrisi), spesifik ve fenomenolojik enerji akışlarında, kuantum veriminde, PSII'nin donor ve PSI'in akseptor kısımlarının etkinliğinde değişimlere neden olmuştur. Bu değişimler bitkilerin fotosentetik performanslarında azalmalara yol açmıştır. Toksik bor uygulaması ile bitkilerin fotokimyasal verimliliğindeki azalışın, tilakoid membranın bütünlüğünde bozulma, QA redükte edemeyen reaksiyon merkezindeki (inaktif RC) artış ve enerjinin ısı şeklinde yayılımı ile ilişkili olduğunu ortaya koymaktadır. Ayrıca B toksisitesi her iki fotosistem arasındaki işbirliğini bozmuş ve PSII'in PSI'e göre daha fazla etkilendiği belirlenmiştir. Arabidopsiste bor toksisitesinin membran bütünlüğü ile anten ve reaksiyon merkezlerindeki fotosentetik pigment miktarlarını olumsuz etkilese de, bu etkinin, fotosistemlerin fonksiyonellikleri tamamen bloke edecek düzeyde olmadığı ve sülfat uygulamaları ile bu olumsuz etkilenmenin hafifletilebildiği saptanmıştır. Arabidopsis bitkisinde, sülfat uygulamaları ile antioksidan enzimlerin aktivitelerinde ve fenolik bileşiklerin (antosiyanin ve flavonoid) içeriğindeki artışlar, savunma sistemlerini düzenleyerek bor toksisitesine karşı tolerans sağlamıştır. Toksik bor seviyelerinde peroksidaz ve glutatyon-S-transferaz aktivitelerindeki artışlar, oluşan oksidatif hasarlara karşı bitkiyi korumada etkin yer aldıklarını ortaya koymaktadır. İncelenen enzimlerin aktiviteleri ve fenolik bileşiklerdeki birikim sülfat ön uygulamalı gruplarda daha yüksek düzeyde bulunmuştur. Sülfat alımı ve taşınımında ve kükürt metabolizmasında yer alan bazı metabolitlerin sentezinde görev alan genlerin oransal ifade değişimleri incelenmiştir. Bor toksisitesine karşı sülfat ön-uygulaması ile 3. grup sülfat taşıyıcılarından özellikle SULTR 3;1, SULTR 3;3, SULTR 3;5 genleri daha fazla ifade olmuştur. SULTR3 ve SULTR4 grubu genlerinin ifadelerindeki artış, ön uygulama gruplarında vakuolden sitozole geçen sülfatın, sonrasında kloroplast üzerinde lokalize olan SULTR3 taşıyıcılar ile alınarak kükürt asimilasyonuna katılmış olabileceği düşünülmektedir. Glutatyon sentez yolağının ilk ve son basamağını katalize eden sırası ile glutamat sistein ligaz ve GSH sentaz enzimleri, GSH1 ve GSH2 genleri tarafından kodlanır ve bu genlerin uygulama gruplarında kontrole göre oransal ifade artışları B toksisitesinin glutatyon biyosentezini indüklendiğini göstermektedir. Bitkiler, sülfat uygulamaları (özellikle sülfat ön uygulaması) ile bünyesine aldığı sülfatı, ya sülfat metabolizmasında asimile ederek ya da vakuollerinde depolayarak bor toksisitesine karşı tolerans sağlamış olabilirler.