Ayçiçeği (Helianthus annuus L.) genotiplerinde kuraklığa dayanıklılığın fizyolojik, biyokimyasal ve moleküler düzeyde incelenmesi

Bu çalışmada, ülkemizde yetiştirilen tescilli ayçiçeği çeşitleri ile atasal melezler ve kuraklığa toleranslı olduğu bilinen atasal Helianthus agrophyllus'un kuraklık ve iyileşme süreçlerinde oluşturdukları yanıtların morfolojik, fizyolojik, biyokimyasal ve moleküler (proteom) düzeyde incelenmesi amaçlanmıştır. Çalışmanın I. aşamasında ayçiçeği çeşitleri iki farklı şiddette (orta şiddetli-7 gün / şiddetli-9 gün) kuraklık ve sonrasında iyileşme (sulama- 5 gün) uygulamalarına maruz bırakılmıştır. Bu aşamada, çeşitlerin fotosentetik aktiviteleri (klorofil a fluoresans ölçümleri), membran hasarları (iyon sızıntısı), fotosentetik pigment ve su içerikleri ölçülmüştür. Fotosentetik performans indekslerinden, kuraklık ve iyileşme faktör indeksleri ile fizyolojik ve biyokimyasal ölçümlerden hasar indeksi ve iyileşme potansiyelleri hesaplanmıştır. Bu hesaplamalar doğrultusunda çeşitler; kuraklığa toleranslı (Şems, Sirena, Tarsan-1018), orta derecede toleranslı (Duna, Hornet, Tunca) ve duyarlı (Bosfora, Coral, Kaan) olmak üzere 3 tolerans düzeyinde sınıflandırılmıştır. Çalışmanın II. aşamasında, seçilen çeşitler ile birlikte ayçiçeğinin atasal melezleri (Helianthus annuus x Helianthus agrophyllus ve Helianthus annuus x Helianthus deserticola) 9 gün kuraklık stresine ve devamında 5 gün iyileşme sürecine maruz bırakılarak genotiplerin kuraklığa oluşturduğu cevaplar bazı morfolojik, fotosentetik, fizyolojik ve biyokimyasal parametreler ile ortaya konulmuştur. Elde edilen verilerinden hasar indeks değerleri ve iyileşme potansiyelleri hesaplanarak genotipler kuraklık toleranslarına göre karakterize edilmiştir. Kuraklık koşullarında su içeriğini azalmasına bağlı olarak, tüm genotiplerde fenotipik karakterlerde (bitki boyu, yaprak sayısı ve taze/kuru ağırlık) değişimler saptanmıştır. Bununla birlikte, toleranslı genotipler duyarlı genotiplere göre; fotosentetik aktivitelerini ve pigment içeriklerini (klorofil/karotenoid) koruyup (eksitasyon enerjisini daha iyi yakalayıp etkin bir şekilde kullanabildiği), savunma kapasitesini [flavonoid, antosiyanin, glisin betain, süperoksit dismutaz (SOD), askorbat peroksidaz (APX), glutatyon redüktaz (GR), peroksidaz (POD) ve aldoz redüktaz (ALR)] arttırarak, stresle oluşan membran hasarı (MDA) ile H2O2 düzeyini düşük tutabilmiş ve strese dayanım sağlayabilmişlerdir. Çalışmanın III. aşamasında toleranslı (Tarsan-1018) ve duyarlı (Tunca) olarak karakterize edilen çeşitler ile atasal Helianthus agrophyllus'un protein profillerindeki değişimler proteomik analizler ile ortaya konulmuştur. MALDI-TOF/TOF MS/MS kütle spektrometresi ve MASCOT veri tabanı kullanılarak genotiplerde 63 adet protein tanımlanmış ve STRING veri tabanı ile protein-protein etkileşim örüntüleri oluşturulmuştur. Tanımlanan proteinlerin; fotosentez ve karbohidrat, enerji ve solunum, savunma, arjinin, nükleotid, yağ asidi ve glikolipid, protein ve sinyal metabolizması ile hücre çeper biyogenezinde görev alan proteinler olduğu belirlenmiştir. Duyarlı çeşitte, metabolizmalarda tanımlanan proteinlerin farklı yönde değişmesi ve kuraklıkla birlikte nükleotid ve protein metabolizmaları ile sinyal iletiminde yer alan protein ifadelerindeki azalmalar, Tunca'yı diğer genotiplere göre daha az başarılı kılmıştır. Toleranslı genotipler ise fotosentez ve karbon metabolizmaları ile birlikte enerji ve solunum ile yağ asiti ve glikolipid metabolizmalarındaki protein ifadelerini benzer yönde düzenleyerek ve sinyal iletim yolağında yer alan 14-3-3 benzeri protein ifadesini artırarak kuraklık koşullarına dayanımda daha iyi performans sergiledikleri belirlenmiştir.