Triticum aestivum L. ve triticum durum desf.`un bazı çeşitlerinde fotosentetik pigment birikimi, hücre canlılığı ve yüksek sıcaklık şoku proteinlerinin sentezi üzerine yüksek sıcaklığın etkisi

Abstract

Bu araştırmada, erken fide evresindeki 16 ekmeklik (Triticum aestivum L.) ve 14makarnalık (Triticum durum Desf.) buğday çeşidinin hücre canlılığı ve fotosentetikpigment birikimi üzerine farklı sıcaklık uygulamalarının etkisi incelenmiştir. Bunailaveten, farklı sıcaklık uygulamalarına maruz bırakılan bazı termal toleranslı ve duyarlıekmeklik ve makarnalık buğday çeşitlerinin ilk yaprak dokularından ekstrakte edilentoplam çözünebilir proteinlerin iki-yönlü (2-D) elektroforetik profillerindeki çeşitlilikbelirlenmiştir.Hücre canlılık [2,3,5-trifeniltetrazolium klorür (TTC) indirgenme testi] testinde, ekmeklikve makarnalık buğday çeşitlerinin 25ºC'de büyütülmüş 5 günlük fideleri uyum (37ºC, 24sa) ve uyumu takiben 50ºC'de 1 sa uygulamalarına maruz bırakılmıştır. Uyum sıcaklığınagöre uyumu takiben yüksek sıcaklık şoku uygulamasında TTC indirgenmesi önemlidüzeyde azalmıştır (P<0.05). Bu test kullanılarak çeşitlerin termal tolerans seviyeleriarasında önemli farklılıklar belirlenmiştir. Zarar görmüş ilk yaprak dokularındagerçekleştirilen TTC testinde, ekmeklik buğday çeşidi Basribey-95 (%76.33) en yüksektermal toleransa sahipken, ekmeklik buğday çeşidi Sönmez-2001'in (%7.91) en düşüktermal toleransa sahip olduğu belirlenmiştir. Ek olarak, tüm çeşitlerin termal toleransdeğerlerinin ortalamasına (%30.86) göre ekmeklik buğday çeşitlerinden Basribey-95,Gerek-79, kizce-96, Bezostaya-1, Ceyhan-99, Gönen-98, Gün-91 ve makarnalık buğdayçeşitlerinden Amanos-97, Ankara-98, Ege-88, Fuatbey-2000, Çakmak-79'un termaltolerans değerleri ortalamanın üzerinde bulunmuştur.Fotosentetik pigment birikimi testinde, ekmeklik ve makarnalık buğday çeşitlerinin 5günlük etiyole fideleri kontrol (25ºC, 24 sa), uyum (37ºC, 24 sa) ve uyumu takibenyüksek sıcaklık şoku (37ºC, 24 saâ50ºC, 1 sa) uygulamalarına maruz bırakılmıştır.Karanlıktaki sıcaklık uygulamalarını takiben 25ºC'de 24 sa sürekli ışığa maruz bırakılanfidelerde toplam klorofil (Klo a+b) ve karotenoidlerin pigmentasyonu belirlenmiştir.Ekmeklik ve makarnalık buğday çeşitlerinde Klo a+b birikimi sıcaklığın artmasına bağlıolarak önemli düzeyde azalmıştır (P<0.05). 37ºC/25ºC oranında (%), Klo a+bbirikimindeki azalma ekmeklik buğday çeşitlerinde %15.37'den (Ceyhan-99) %50.73'e( kizce-96) aralanırken, bu azalma makarnalık buğday çeşitlerinde %22.23'ten(Gediz-75) %61.97'ye (Kızıltan-91) aralanmıştır. 37â50ºC/25ºC oranında (%) Klo a+bbirikimindeki azalma ekmeklik buğday çeşitlerinde %32.13'den (Gönen-98) %60.06'ya(Cumhuriyet-75) aralanırken, bu azalma makarnalık buğday çeşitlerinde %45.19'dan(Ege-88) %67.14'e (Ankara-98) aralanmıştır. lginç olarak, Klo a+b birikimindekiazalma bakımından makarnalık ve ekmeklik buğday çeşitleri 37ºC/25ºC ve37â50ºC/25ºC oranlarında tüm çeşitlerin ortalamalarının (sırasıyla %32.44 ve %48.40)altında ve üzerinde benzer dağılım göstermiştir. Karotenoidlerin pigmentasyonu bazıçeşitlerde kontrole göre yalnızca tek bir sıcaklık uygulamasında azalırken, bazı çeşitlerdekontrole göre her iki sıcaklık uygulamasında önemli düzeyde azalmıştır. Buna karşın,bazı çeşitlerde karotenoidlerin birikimi yüksek sıcaklıktan etkilenmemiştir.Klorofil/karotenoid oranı genellikle sıcaklığın artışıyla kademeli olarak azalmıştır.37ºC/25ºC ve 37â50ºC/25ºC oranlarında, klorofil/karotenoid oranındaki azalma (%)makarnalık buğday çeşitlerine göre ekmeklik buğday çeşitlerinde genellikle daha düşükbulunmuştur.Protein analizlerinde, 37â50ºC/25ºC oranında toplam klorofil birikimindeki azalma (%)temelinde termal toleranslı ekmeklik (Gönen-98) ve makarnalık (Ege-88) ile termalduyarlı ekmeklik (Cumhuriyet-75) ve makarnalık (Ankara-98) buğday çeşitleriseçilmiştir. Buğday çeşitlerinin 5 günlük fideleri farklı sıcaklık uygulamalarına [25ºC (24sa), 37ºC (24 sa) ve 37 (24 sa)â50ºC (1 sa)] maruz bırakılmış ve sonra ilk yaprakdokularından ekstrakte edilen toplam çözünebilir proteinlerin profilleri iki-yönlü (2-D)elektroforezi ( EF/SDS-PAJE) takiben gümüş boyama kullanılarak analiz edilmiştir.lginç olarak, sentezi kaybolan, yeni sentezlenen ve/veya sentezi belirgin olarak artan yada azalan proteinlerin tamamı düşük moleküler ağırlıkta (16.1-24.0 kDa) ve genellikleasidik karakterdedir (pI 4.8-6.9). Buğday çeşitlerinden Gönen-98'de 22.9 kDa (pI 6.4),Ege-88'de 16.2 kDa (pI 6.0) ve Ankara-98'de 20.1 ve 20.7 kDa (pI 4.8) molekül ağırlıklı4 normal hücresel protein kontrole göre her iki yüksek sıcaklık uygulamasındakaybolmuştur. Buna ilaveten, Ankara-98 çeşidinin kontrol uygulamasında belirlenen ikiprotein (23.0 kDa, pI 6.4 ve 23.8 kDa, pI 6.4) yalnızca 37â50ºC uygulamasındakaybolmuştur. Diğer taraftan, cv. Gönen-98'de 16 yüksek sıcaklık şoku proteini (YSŞP)(18.0-23.6 kDa, pI 5.4-7.8), cv. Cumhuriyet-75'de 11 YSŞP (17.7-22.9 kDa, pI 6.0-7.1),cv. Ege-88'de 14 YSŞP (18.3-22.9 kDa, pI 6.0-7.8) ve cv. Ankara-98'de 8 YSŞP(18.0-22.9 kDa, pI 6.0-6.4) kontrole göre 37ºC ve/veya 37â50ºC uygulamasında yenisentezlenmiştir. Kontrol uygulamasında belirlenen 3 normal hücresel proteinin (16.1, 16.1ve 23.0 kDa, pI 6.3, 6.4 ve 6.6) miktarı yüksek sıcaklık uygulamalarında belirgin şekildeazalırken, bu proteinlerden 23.0 kDa (pI 6.4) protein Ankara-98'de yalnızca 37â50ºCuygulamasında kaybolmuştur. Bununla birlikte, cv. Gönen-98'de 23.6 kDa (pI 6.7)proteinin miktarı yüksek sıcaklık uygulamalarında belirgin şekilde artmıştır. Farklı sentezdurumlarındaki bu proteinlerin termal toleransın kazanılmasında önemli rol oynadığı ilerisürülebilir.2006, 102Anahtar kelimeler: Triticum L. çeşitleri, yüksek sıcaklık stresi, hücre canlılığı,fotosentetik pigmentasyon, yüksek sıcaklık şoku proteinleri, termal tolerans

In this research, the effects of different temperature treatments on cell viability andphotosynthetic pigment accumulation of 16 bread (Triticum aestivum L.) and 14 durum(Triticum durum Desf.) wheat cultivars at early seedling stage were investigated. Inaddition, the diversity in two-dimensional (2-D) electrophoretic profiles of solubleproteins extracted from some thermotolerant and thermosensitive wheat cultivarssubjected to different temperature treatments was detected.In cell viability [2,3,5-triphenyltetrazolium chloride (TTC) reduction test] test,six-day-old seedlings of bread and durum wheat cultivars grown at 25ºC were subjectedto acclimation (37ºC, 24 h) and acclimation followed by 50ºC for 1 h treatments. TTCreduction was significantly decreased at acclimation followed by 50ºC for 1 h comparedto acclimation treatment (P<0.05). The significant differences among thermal tolerancelevels of cultivars were determined using this test. It was determined that bread wheatcultivar Basribey-95 (76.33%) has highest thermal tolerance, while bread wheat cultivarSönmez-2001 (7.91%) has lowest thermal tolerance in TTC test conducted in injuredprimary leaf tissues. In addition, the thermal tolerance values (%) of some bread(Basribey-95, Gerek-79, kizce-96, Bezostaya-1, Ceyhan-99, Gönen-98 and Gün-91) anddurum (Amanos-97, Ankara-98, Ege-88, Fuatbey-2000 and Çakmak-79) wheat cultivarswere found higher than average (30.86%) of thermal tolerances of all cultivars.In photosynthetic pigment accumulation test, five-day-old etiolated seedlings of breadand durum wheat cultivars were subjected to control (25ºC, 24 h), acclimation (37ºC, 24h), and acclimation followed by heat shock (37ºC, 24 hâ50ºC, 1 h) treatments.Following temperature treatments at dark, the pigmentation of total chlorophylls (Chla+b) and carotenoids was determined in seedlings exposed to continuous light at 25ºCfor 24 h. The Chl a+b accumulation in bread and durum wheat cultivars was significantlydecreased with increasing temperature (P<0.05). At 37ºC/25ºC ratio (%), the decrementin Chl a+b accumulation was ranged from 15.37% (Ceyhan-99) to 50.73% ( kizce-96) inbread wheat cultivars, while this decrement was ranged from 22.23% (Gediz-75) to61.79% (Kızıltan-91) in durum wheat cultivars. At 37â50ºC/25ºC, the decrement in Chla+b accumulation was ranged from 32.13% (Gönen-98) to 60.06% (Cumhuriyet-75) inbread wheat cultivars, while this decrement was ranged from 45.19% (Ege-88) to 67.14%(Ankara-98) in durum wheat cultivars. Interestingly, bread and durum wheat cultivarsshowed similar distribution at below and above of means of all cultivars at 37ºC/25ºC(32.44%) and at 37â50ºC/25ºC (48.40%) ratios with respect to decrements in Chl a+baccumulation. The pigmentation of carotenoids in some cultivars was decreased at only atemperature compared to control, while it was significantly decreased at temperaturetreatments compared to control in some cultivars. In contrast, the accumulation ofcarotenoids was not affected by high temperature in some cultivars. In general, thechlorophyll/carotenoid ratio was progressively decreased with increasing temperature. Ingeneral, the decrement (%) in chlorophyll/carotenoid ratio was found lower in breadwheat cultivars than durum wheat cultivars at 37ºC/25ºC and 37â50ºC/25ºC ratios.In protein analysis, thermotolerant bread (Gönen-98) and durum (Ege-88) wheat cultivarsand thermosensitive bread (Cumhuriyet-75) and durum (Ankara-98) wheat cultivars wereselected based on decrement in accumulation of total chlorophylls at 37â50ºC/25ºCratio. Five-day-old seedlings of wheat cultivars were subjected to different temperaturetreatments [25ºC (24 h), 37ºC (24 h) and 37ºC (24 h)â50ºC (1 h)] and then, the totalsoluble proteins extracted from primary leaf tissues were analyzed by two-dimensional(2-D) electrophoresis (SDS-PAGE) followed by silver staining. Interestingly, all of thedisappeared, newly synthesized and/or markedly increased or decreased proteins were inlow molecular weights (16.1-24.0 kDa) and generally acidic character (pI 4.8-6.9). Fournormal cellular proteins with molecular weight of 22.9 kDa (pI 6.4) in cv. Gönen-98, 16.2kDa (pI 6.0) in cv. Ege-88, and 20.1 and 20.7 kDa (pI 4.8) in cv. Ankara-98 weredisappeared at both high temperature treatments compared to control. In addition, twoproteins (23.0 kDa, pI 6.4 and 23.8 kDa, pI 6.4) in Ankara-98 cultivar were disappearedat only 37â50ºC compared to control treatment. On the other hand, 16 heat shockproteins (HSPs) (18.0-23.6 kDa, pI 5.4-7.8) in cv. Gönen-98, 11 HSPs (17.7-22.9 kDa, pI6.0-7.1) in cv. Cumhuriyet-75, 14 HSPs in cv. Ege-88 (18.3-22.9 kDa, pI 6.0-7.8) and 8HSPs (18.0-22.9 kDa, pI 6.0-6.4) in cv. Ankara-98 were newly synthesized at 37ºCand/or 37â50ºC treatments compared to control. The amounts of three normal cellularproteins (16.1, 16.1, and 23.0 kDa; pI 6.3, 6.4, and 6.6) determined in control treatmentwere markedly decreased at high temperature treatments, while 23.0 kDa (pI 6.4) proteinamong these proteins was disappeared at only 37â50ºC treatment in cv. Ankara-98.However, the amount of 23.6 kDa (pI 6.7) protein was markedly increased at hightemperature treatments in cv. Gönen-98. It may suggest that these proteins at differentsynthesis states play an important role in acquiring of thermal tolerance.2006, 102Keywords: Triticum L. cultivars, heat stress, cell viability, photosynthetic pigmentation,heat shock proteins, thermal tolerance