Mısır (Zea mays L.) fidelerinde tiyoüre teşvikli kadmiyum toleransının biyokimyasal ve proteomik analizi

Toprağın kadmiyum (Cd) ile kirlenmesi, bitkilere olan yüksek toksisitesi nedeniyle dünya genelinde önemli bir çevresel sorundur. Hareketliliğinin kolay olması nedeniyle Cd bitkiler tarafından kolaylıkla alınmakta ve tarım ürünlerinin verimini olumsuz etkilemektedir. Tiyoüre (TÜ), kükürt içeren bir bitki büyüme düzenleyicisidir ve bir dizi gelişimsel, fizyolojik ve biyokimyasal değişimde rol oynamaktadır. TÜ uygulamasının, stresli koşullar altında bitkilerin büyümesini ve toleransını artırdığı bilinmesine rağmen, TÜ'nün mısır (Zea mays L.) fidelerinde Cd toleransı üzerindeki moleküler düzenleyici mekanizmaları hala net değildir. Bu nedenle, bu araştırma Cd stresi altındaki mısır fidelerinde TÜ uygulamasının iyileştirici etkisini fizyolojik ve proteomik analizlerle değerlendirmek amacıyla gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, hidroponik kültürde yetiştirilen beş günlük mısır fideleri, besin çözeltisine ilave edilen TÜ ve CdCl2'ün farklı uygulamalarına maruz bırakılmıştır: Kontrol (sadece besin çözeltisi), TÜ (35 μM), Cd (50 μM) ve TÜ+Cd (35 μM TÜ ve 50 μM Cd). Sonuçlar, Cd stresinin fide büyümesi ve klorofil içeriğini azalttığı, Cd stresi koşulları altında TÜ uygulamasının ise büyümeyi ve fotosentetik pigmentleri artırdığını ortaya koymuştur. Cd'a göre TÜ+Cd uygulaması mısır fidelerinin kökleri ve yapraklarında Cd birikimini azaltmıştır. Ek olarak, Cd stresi yaprak dokularındaki malondialdehit (MDA) içeriğini artırmıştır. Buna karşın, TÜ+Cd uygulamasının muhtemelen antioksidan enzimlerin aktivitelerini düzenleyerek MDA üretimini azalttığı belirlenmiştir. Katalaz (CAT) aktivitesindeki Cd teşvikli inhibisyon, TÜ+Cd uygulaması ile azalmıştır. Ayrıca TÜ+Cd uygulaması askorbat peroksidaz (APX) aktivitesinde ilave artışa neden olurken, guaiakol peroksidaz (POD) aktivitesinde azalmaya neden olmuştur. Kontrole göre Cd ve/veya TÜ+Cd uygulamalarına maruz bırakılan yapraklarda 1573 diferansiyal olarak ifade edilen protein (DEP) yüksek verimli proteom analizi (nLC˗MS/MS) ile tanımlanmıştır. Bu DEP'ler arasında, 1237 protein artan yönde düzenlenirken, 336 protein azalan yönde düzenlenmiştir. Gen ontolojisi (GO) ve Kyoto Genler ve Genomlar Ansiklopedisi (KEGG) yolaklarının analizi ile tanımlanan DEP'lerin sitrat döngüsü (TCA döngüsü), fotosentez, glutatyon metabolizması, sistein ve metiyonin metabolizması, pirüvat metabolizması, glikoliz/glukoneogenez, metabolik yolaklar ve sekonder metabolitlerin biyosentezinde fonksiyon gördüğü saptanmıştır. Sonuç olarak, mısır fidelerinde proteomik analizlerle tespit edilen DEP'lerin TÜ teşvikli Cd toleransında önemli rolleri olduğu ileri sürülebilir.