Screening of different wild and modern wheats for zinc efficiency and evaluation of plant traits affecting expression of tolerance to zinc deficiency

Abstract

öz DOKTORA TEZİ DEĞİŞİK YABANİ VE MODERN BUĞDAYLARIN ÇİNKO ETKİNLİĞİ İÇİN TEST EDİLMESİ VE ÇİNKO NOKSANLIĞINA TOLERANSI ETKİLEYEN BİTKİ FAKTÖRLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ İNCİTOLAY ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ TOPRAK ANABİLİM DALI Danışman : Prof. Dr. İsmail ÇAKMAK Yd: 2000, Sayfa: 137 Jüri : Prof. Dr. İsmaü ÇAKMAK Prof. Dr. M Rıfat DERİCİ Prof. Dr. Habü ÇOLAKOĞLU Burada sunulan doktora çalışmasında, değişik yabani ve primitif buğdaylar, buğdayın yabani akrabaları ve değişik buğday-çavdar addition, substitution ve translokasyon hatları kullanılarak i) çinko (Zn) noksanlığına toleransta genotipik varyasyonun ortaya konulması, ii) buğday genomları (AA, BB AA, BBAADD) ve çavdar genomunun (RR) Zn noksanlığına dayanıklılıktaki rolü, iii) Zn etkinliğini etkileyen genlerin kromozomal lokasyonlannın belirlenmesi ve iv) Zn noksanlığına dayanıklılığı etkileyen fizyolojik mekanı Tmalaixjan köklerden Zn şelatlayıcı bileşiklerin (fitosideroforlar) salgılanması ve Zn'nun köklerden alım ve köklerden yeşil aksama taşınım mekanizmalarının araştırılması amaçlanmıştır. Elde edilen sonuçlar çavdarın çok yüksek bir Zn etkinliğine sahip olduğunu, çavdarın Zn etkinliğini kontrol eden genlerin buğdaya kısmen aktanlabildigi ve bu genlerin çavdarın İR, 2R ve 7R kromozomlarının özellikle kısa kolu üzerinde lokalize olduğunu göstermiştir. Aegilops türleri ve diploid (AA), tetraploid (BBAA), hexaploid (BBAADD) genom yapısına sahip yabani ve primitif buğdaylar Zn eksikliğine sahip bir toprakta sera koşullan altında test edilmiştir. Aegilops türleri arasında S genomlu^e. speltoides ve ortak U genomuna sahip Aegilops türlerinin birçoğunun, D genomuna sahiple, tatıschü'lerden daha. dayanıklı olduğu bulunmuştur. Ae. speltoides (SS) ve Ae. triuncialis (UUCC) Zn noksanlığına dayanıklı modem kültür buğdaylarının (ekmeklik ve makarnalık) geliştirilmesinde gen kaynağı olabilecek türler olarak belirlenmiştir. Yabani ve primitif tetraploid buğdaylar (BBAA) Zn noksanlığına karşı çok duyarlı bulunurken, diploid (AA) ve hexaploid buğdayların (BBAADD) dayanıldı olduğu tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlar Zn noksanlığına dayanıklılık genlerinin A ve D genomları üzerinde lokalize olduğuna işaret etmektedir. B genomunun ise Zn etkinliği genleri üzerinde engelleyici (supressor) bir etkiye sahip olması olası görünmektedir. Diploid, tetraploid ve hexaploid buğdaylar ve Aegilops tauschii'yi temsili olarak seçilen genotiplerde fitosiderofor salgılama kapasitesi ile Zn'nun kökler tarafından alınım ve köklerden yeşil aksama taşınım kapasiteleri kontrollü koşullar altında çalışılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre Zn eksikliği altında hexaploid buğdaylar (BBAADD) en yüksek fitosiderofor salgılaması yaparken, Zn noksanlığına çok duyarlı olan tetraploid buğdaylarda (BBAA) en düşük düzeyde bulunmuştur. Genotiplerin köklerden Zn alınım ve kökten yeşil aksama taşınım kapasiteleri ise buğday genomlannca genotiplerin Zn etkinliğine bağlı olarak farklı şekillerde etkilenmiştir. Anahtar Kelimeler : Aegilops, çinko absorbsiyonu, çinko noksanlığı, çinko etkinliği, yabani ve primitif buğday

ABSTRACT PhD THESIS SCREENING OF DIFFERENT WILD AND MODERN WHEATS FOR ZINC EFFICIENCY AND EVALUATION OF PLANT TRAITS AFFECTING EXPRESSION OF TOLERANCE TO ZINC DEFICIENCY INCITOLAY DEPARTMENT OF SOIL INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES THE UNIVERSITY OF ÇUKUROVA Supervisor: Prof. Dr. Ismail ÇAKMAK Year: 2000, Pages: 137 Jury :Prof. Dr. Ismail ÇAKMAK Prof. Dr. M. Rifet DERİCİ Prof. Dr. Habil COLAKOGLU In this PhD study different wild and primitive wheats, wild relatives of wheat and addition, substitution and translocation lines of wheat were used to study i) genotypic variation in tolerance to Zn deficiency, ii) role of wheat genomes (i.e., A, BBAA, DD, BBAADD) and rye genome (i.e., RR) in expression of high Zn efficiency, in) chromosomal localization of genes affecting Zn efficiency, and iv) physiological mechanisms affecting expression of Zn efficiency, i.e., release of Zn- mobilizing compounds from roots (phytosiderophores) and uptake and root-to-shoot translocation of Zn. The results showed that rye has an exceptionally high Zn efficiency and the genes involved in high Zn efficiency in rye can be partly transferred to wheat, and might be located on the İR, 2R and 7R chromosomes of rye, particularly on their short arms. Aegilops species and diploid (A), tetraploid (BBAA), hexaploid (BBAADD) primitive and wild wheats were tested for tolerance to Zn deficiency in a Zn-deficient soil under greenhouse conditions. Among the Aegilops species, Ae. speltoides with S genome and the Aegilops species sharing U genome were much more resistant to Zn deficiency /haaAe. tauschii (DD). Ae. speltoides (SS) and Ae. triuncialis (UUCC) were selected to be major gene resources for improving modern cultivated durum and bread wheats for high Zn efficiency. Among wild and primitive wheats tetraploid wheats (BBAA) were very sensitive to Zn deficiency while diploid (AA) and hexaploid wheats (BBAADD) were resistant The results suggested that the genes affecting expression of high Zn efficiency are possibly located on the A and D genomes. It seems likely that the genome B posseses supressor genes for Zn efficiency. In the genotypes representing diploid, tetraploid and hexaploid wheats and Ae. tauschii, capacities for phytosiderophore (PS) release from roots and Zn uptake and root-to-shoot translocation were studied under controlled environmental conditions. Results obtained showed that under Zn-deficient conditions the highest amount of phytosiderophore release was found in hexaploid wheats (BBAADD), while Zn deficiency-sensitive tetraploid (BBAA) wheats released the lowest amount of phytosiderophore. 6SZinc uptake and root-to-shoot translocation capacities are affected by wheat genomes diffentially depending on Zn efficiencies of genotpypes. Key words: Aegilops, wild and primitive wheats, zinc absorbtion, zinc deficiency, zinc efficiency n