Molecular and morphophysiological approaches for a better understanding of drought resistance mechanisms in some wheat genotypes

Abstract

Kuraklık stresi buğday genetik ve ıslah programlarının ana sorundur. Direnç; fizyolojik, biyomedikal ve medikal süreçler içeren karmaşık bir mekanizmadır. Susuzluğun bu süreçler üzerindeki etkisi daha önce yapılan bir tarama çalışmasından seçilen dört tip (Triticum aestivum) ekmeklik buğday genotipi kullanılarak incelenmiştir (Sahal-1, Giza163, Ozcan and BVD-22). Seçilen genotipler serada yetiştirilmiş ve ekildikten 40, 60 ve 80 gün sonra üç farklı büyüme safhasında, bir hafta boyunca susuzluğa maruz bırakılmıştır.Ortaya çıkan sonuçlara göre: 1) kuraklık bitki boyu, biyokütlesi, bitki başına düşen yaprak sayısı, yaprak ve toprak su içeriği ile makro ve mikro besin konsantrasyonlarını olumsuz yönde etkilerken; prolin birikimi, çözünebilir karbonhidrat, lipit peroksidasyonu ve katalaz dışındaki antioksidan enzim aktivitelerini olumlu olarak etkilemektedir; 2) BVD-22 ve Sahal-1 susuzluğa karşı direnç gözleminde daha iyi bir performans göstermiştir; 3) Kuraklık direnci Sahal-1 ve BVD-22 genotiplerinde az da olsa gözlenmiş; fakat kapsamı bir genotipten diğerine değiştiği gibi farklı büyüme safhalarında da farklılıklar ortaya çıkmıştır. 40. günde susuzluğa maruz bırakılan Sahal-1 ve BDV-22'nin ifade grafiği çalışılırken mRNA diferansiyel görüntü tekniği kullanılmıştır. Farklı seviyelerde ifade edilen 10 gen saptanmıştır. Bu genler izole edilmiş, klonlanmış, dizilenmiş, ardışık sıralanmış ve BLASTN ile BLASTX algoritmaları kullanılarak nükleotid ve protein dizi veritabanları ile karşılaştırılmıştır.Tarla koşulları altında incelenen kırk dokuz buğday genotipinin kuraklığa tepkisi belirgin bir şekilde bitki boyunu, biyokütlesini, hasat endeksini, NDVI, SPAD ve verim birleşenlerini azaltmış, aynı zamanda çiçeklenme zamanını da geciktirmiş ve çoğu genotipin kanopi sıcaklık derecesini arttırmıştır.

Drought resistance is the main challenge of wheat genetics and breeding programs. Resistance is a complex mechanism involving physiological, biochemical, and molecular processes. The effects of drought on these processes were studied in four bread wheat (Triticum aestivum) genotypes (Sahal-1, Giza-163, Ozcan and BVD-22) that were selected from a screening study. The selected genotypes were grown in the greenhouse and subjected to water deficit induced by withholding water supply for one week, at three different growth stages:-40, 60 and 80 days after sowing.The results revealed that 1) drought adversely effected the plant height, biomass, number of leaves per plant, leaf and soil water content, macro and micro nutrients concentration whereas proline accumulation, soluble carbohydrate, lipid peroxidation, and antioxidant enzymes activities except catalase were positively affected; 2) Drought resistance was almost seen in Sahal-1 and BVD-22 genotypes but its extent varied from one genotype to another and even within genotype from growth stage to other stages. Di ? erential display technique was used to study the expression profile of Sahal-1 and BVD-22 which was exposed to drought at 40 DAS. We observed ten differentially expressed genes. These fragments were isolated, cloned, sequenced, and compared with nucleotide and protein sequence databases using BLASTN and BLASTX algorithms.Under field condition, the response of forty-nine wheat genotypes to drought significantly reduced the plant height, biomass, harvest index, NDVI, SPAD, and yield components as well as delayed the heading date, and increased canopy temperature of most genotypes.