Arpa (Hordeum vulgare L.) fidelerinde nitrik oksit teşvikli kadmiyum toleransının araştırılması

Tarım topraklarında kadmiyum (Cd) kirliliği yaygın bir çevre sorunudur ve gıda güvenliği için potansiyel tehditler oluşturmaktadır. Nitrik oksit (NO), çevresel stres tepkilerini düzenleyen gaz halinde biyoaktif bir sinyal molekülüdür. NO'nun Cd toksisitesini hafiflettiği bildirilmiş olsa da, arpa fidelerinde NO teşvikli Cd toleransı hakkında moleküler düzeyde sınırlı bilgi mevcuttur. Bu nedenle bu çalışmada, NO'nun Cd stresine yanıttaki potansiyel rolü arpa (Hordeum vulgare L.) fidelerinin yapraklarında fizyolojik, biyokimyasal ve proteomik analizlerle incelenmiştir. Sonuçlar, 50 µM Cd stresinin bitki büyümesini ve klorofil içeriğini önemli ölçüde azalttığını ve lipid peroksidasyonu ve H2O2 içeriğini arttırdığını göstermiştir. Bununla birlikte, dışsal 100 µM sodyum nitroprussit (SNP; NO donörü) uygulaması, fide büyümesindeki Cd kaynaklı inhibisyonu ve klorofil içeriğindeki azalmayı önemli ölçüde hafifletmiş ve yaprak malondialdehit (MDA) birikimini önemli ölçüde azaltmıştır. Cd stresi, süperoksit dismutaz (SOD), guaiakol peroksidaz (POD) ve askorbat peroksidaz (APX) aktivitesini önemli ölçüde artırmıştır. Diğer taraftan, dışsal SNP uygulaması, Cd uygulamasına göre APX aktivitesinde daha fazla artışa neden olurken, SOD ve POD seviyelerini önemli ölçüde azaltmıştır. İfade seviyelerinde değişiklik (2 kat ve üzeri) gösteren yaprak proteinleri, iki boyutlu jel elektroforezi (2-DE) ile ayrıştırılmıştır. Otuz dört protein, MALDI TOF/TOF (matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight/ time-of-flight) kütle spektrometrisi ile başarıyla tanımlanmıştır. Kontrol ile karşılaştırıldığında, 28 proteinin ifade seviyesi artarken, 6 protein ifade seviyesi SNP ve/veya Cd stresi tarafından azaltılmıştır. Bununla birlikte, dışsal SNP uygulaması, protein seviyelerini farklı şekilde düzenlemiştir. Farklı şekilde ifade olan proteinler fonksiyonel olarak fotosentez ve karbohidrat biyosentezi (%47.1), protein metabolizması (%23.5), primer metabolizma (%11.8), enerji metabolizması (%11.8), stres savunma (%5.9) ve sinyal iletimi (%2.9) olmak üzere altı gruba ayrılmıştır. Metabolik yolak analizleri, fotosentez, protein sentezi, redoks homeostazı ve sinyal iletimi gibi Cd stresi tarafından bozulmuş yolakların SNP uygulaması tarafından belirgin şekilde iyileştirildiğini göstermiştir. Dışsal SNP uygulaması ile enerji metabolizması ile ilgili proteinlerin artan yönde düzenlenmesi artan enerji üretimini ihtiyacını göstermektedir. Protein metabolizmasında fonksiyon gören proteinlerin SNP uygulaması ile artan yönde düzenlenmesi, NO'nun stres direnci ve proteomun yeniden düzenlenmesindeki rolünü göstermektedir. Bu sonuçlar, NO'nun daha fazla enerji için fotosentezin teşvik edilmesi, proteinlerin korunması ve stres savunmasının aktivasyonu yoluyla Cd'un neden olduğu büyüme inhibisyonunu hafifletebileceğini ileri sürebilir.