Bazı Triticum L. türlerine ait çeşitler ve Aegilops L. türlerinde tuzluluk, sıcaklık ve fotoperiyot etkileşimlerinin tohum çimlenmesi üzerine etkisi ve fide evresinde tuz stresi proteinlerinin incelenmesi

Abstract

ÖZET Bu araştırmada, ekmeklik buğday türüne (Triticum aestivum L.) ait iki çeşit (Bezostaya-1 ve Ceyhan-99), makarnalık buğday türüne (Triticum durum Desf.) ait iki çeşit (Diyarbakır-81 ve Fırat-93) ve iki yabani buğday türünün (Aegilops biuncialis ve Ae. triuncialis) tohum çimlenmesi üzerinde sekiz tuz konsantrasyonu (0, 150, 225, 300, 375, 450, 525 ve 600 mM NaCl), üç sıcaklık rejimi (15/25°C, 20/30°C ve 25/35°C gece/gündüz) ve iki fotoperiyotun (24 saat karanlık ve 12:12 saat ışıklıkaranlık) etkileri incelenmiştir. Diğer taraftan, farklı genomlara sahip Ceyhan-99 ve Fırat-93 çeşitlerinin üç günlük etiyole fideleri, 15/25°C sıcaklık rejiminde, kontrol ve 150 mM NaCl uygulamasında 12 gün süreyle 12 saat ışık periyodunda büyütülmüş ve bu çeşitlerin yaprak dokusundan ekstre edilen total çözünebilir proteinlerin profilleri, iki-yönlü (2-D) elektroforezi (İEF/SDS-PAJE) takiben gümüş boyama kullanılarak belirlenmiştir. En yüksek tohum çimlenmesi (%100), ekmeklik ve makarnalık buğday çeşitlerinde 15/25°C ve 20/30°C sıcaklık rejimlerinde kontrolde ve yabani buğday türlerinde tüm sıcaklık rejimlerinde kontrol ve 150 mM NaCl uygulamasında belirlenmiştir. Optimum çimlenme 15/25°C sıcaklık rejiminde meydana gelmiştir. Tüm uygulamalarda, NaCl konsantrasyonundaki artış tohum çimlenmesini kısmen ya da tamamen inhibe etmiştir. Ekmeklik ve makarnalık buğday çeşitlerinin tohum çimlenmesi sırasıyla 450 ve üzeri ve 375 mM ve üzeri NaCl'de tamamen inhibe olmuştur. Diğer taraftan, Ae. biuncialis tohumlan 600 mM NaCl'de çimlenmezken, aym konsantrasyonda Ae. triuncialis tohumlan, 20/3 0°C sıcaklıkta ve karanlık periyodunda çimlenmiştir (%38.9). Tüm genotiplerin tohum çimlenmesi karanlığa göre ışık periyodunda önemli düzeyde farklılıklar göstermiştir: 15/25°C'de, ekmeklik buğday çeşitleri, makarnalık buğday çeşitleri ve yabani buğday trölerinin tohum çimlenmesi sırasıyla <375, <300 ve <525 mM NaCl'ün bazı konsantrasyonlarında kısmen veya tamamen inhibe olmuştur. 20/30°C'de ışık, Bezostaya-1 ve Ceyhan-99çeşitlerinin tohum çimlenmesini 375 mM NaCl'de arttırmıştır. Buna ilaveten, Diyarbakır-81 çeşidinin tohum çimlenme yüzdesi fotoperiyotlar arasında önemsizdir. Işık, Fırat-93 çeşidinin tohum çimlenmesini 150 ve 225 mM NaCl'de ve Ae. biuncialis ve Ae. triuncialis türlerininkini ise 525 mM NaCl'de azaltmıştır. Diğer sıcaklıklara göre 25/3 5 °C sıcaklık, ışığın tohum çimlenmesindeki inhibisyon etkisini düşük tuz konsantrasyonlarında ortaya çıkarırken, bazı genotiplerde fotoperiyotlar arasındaki farkın ortadan kalkmasına neden olmuştur. Sıcaklık artışı ile tohum çimlenmesinde önemli düzeyde farklılıklar belirlenmiştir: 15/25°C'ye göre 20/30°C'de, ekmeklik buğday çeşitleri (her iki fotoperiyotta) ve diğer genotiplerin (karanlıkta) tohum çimlenmesi 300 mM ve üzeri NaCl'de önemli düzeyde azalmıştır. Buna ilaveten, 20/30°C'ye göre 25/35°C'de, ekmeklik ve makarnalık buğday çeşitlerinin tohum çimlenmesi tüm tuz konsantrasyonlarında, yabani buğday türlerinin tohum çimlenmesi ise 225 mM ve üzeri NaCl'de önemli düzeyde azalmıştır. Buna karşın, 15/25°C'ye göre 20/30°C'de, makarnalık buğday çeşitlerinde 150 ve 225 mM NaCl ve yabani buğday türlerinde ise 450 ve 525 mM NaCl'de ışık periyodundaki çimlenme önemli düzeyde artmıştır. Genotip, tuzluluk, sıcaklık ve fotoperiyodun tohum çimlenmesi üzerine ayrı ayrı etkileri ve etkileşimleri önemli olduğu belirlenmiştir (PO.05). Ceyhan-99 ve Fırat-93 çeşitlerinin ilk yaprak dokularından ekstre edilen total çözünebilir proteinler 2-D elektroforez ile ayrıştırılmıştır. Çeşitlerin yaprak protein profillerinde, Ceyhan-99' da, 17.9-66.1 kDa arasında aralanan 30 protein ve Fırat-93'de 17.9-32.8 kDa arasında aralanan 14 proteinin miktarı kontrole göre tuz uygulamasında artmıştır. Zıt olarak, Ceyhan-99'da, <14.2-36.9 kDa arasında aralanan 10 protein ve Fırat-93'de, <14.2-57.0 kDa arasında aralanan 21 proteinin miktarı tuz uygulamasında azalmıştır. NaCl uygulamasının sonucu olarak, Ceyhan-99 çeşidinin yaprak protein profilinde 3 yeni sentezlenmiş protein (28.9- 44.3 kDa, pl 6.5-8.0) belirlenmiştir. Diğer taraftan, Fırat-93 çeşidinin tuz- uygulanmış fidelerinde 6 yeni sentezlenmiş protein (18.6-27.6 kDa, p/ 6.0-7.1) ııbelirlenmiştir. Bununla birlikte, Fırat-93 çeşidinde, kontrol fidelerine göre mukayese edilen NaCl-uygulanmış fidelerde, düşük moleküler ağırlıklı 4 normal hücresel protein (24.8 kDa, p/7.6; 25.2 kDa, p/7.6; 25.2 kDa, p/7.9 ve 27.9 kDa, p/ 6.4) tamamen kaybolmuştur. Aynı moleküler ağırlık ve izoelektrik noktasında, her çeşidin kontrol uygulamasına kıyasla tuz uygulamasında, iki çeşit arasında miktarı artan ve azalan 14 ortak protein belirlenmiştir. Bu proteinlerin çoğu, asidik karakterde (p/<6.0-6.9) ve düşük moleküler ağırlıktadır (<31.6 kDa). Anahtar kelimeler: Triticum L. çeşitleri, Aegilops L. türleri, Çimlenme, Tuzluluk, Sıcaklık, Fotoperiyot, Tuz-teşvikli proteinler, 2-D elektroforez. m

ABSTRACT In this research, the effects of eight salt concentrations (0, 150, 225, 300, 375, 450, 525 and 600 mM NaCl), three temperature regimes (15/25°C, 20/30°C and 25/35°C night/day) and two photoperiods (24 h dark and 12:12 h lightrdark) on seed germination of two cultivars (Bezostaya-1 and Ceyhan-99) belonging to bread wheat species (Triticum aestivum L.), two cultivars (Diyarbakrr-81 and Firat-93) belonging to durum wheat species (Triticum durum Desf.) and two wild wheat species (Aegilops biuncialis and Ae. triuncialis) were investigated. On the other hand, three-day-old etiolated seedlings of Ceyhan-99 and Firat-93 cultivars originated from different genomes were grown in control and 150 mM NaCl treatments at 15/25°C temperature regime at 12 h light period for 12 days, and profiles of total soluble proteins extracted from leaf tissues of these cultivars were detected using two-dimensional (2-D) electrophoresis (IEF/SDS-PAGE) followed by silver-staining. The highest seed germination (100%) was determined in bread and durum wheat cultivars in control at 15/25°C and 20/30°C, and in wild wheat species in the control and 150 mM NaCl treatments at all temperature regimes. Optimal germination occurred at 15/25°C temperature regime. In all treatments, increases in NaCl concentration partly or completely inhibited seed germination. Seed germination of bread and durum wheat cultivars completely inhibited at or above 450 and 375 mM NaCl, respectively. On the other hand, no seeds of Ae. biuncialis germinated at 600 mM NaCl, while seeds of Ae. triuncialis in same concentration germinated (38.9%) in dark period at 20/3 0°C temperature. Seed germination of all genotypes showed significant differences in light compared to dark period: At 15/25°C, seed germination of bread wheat cultivars, durum wheat cultivars and wild wheat species partly or completely inhibited in some concentrations of ^375, <300 and <525 mM NaCl, respectively. At 20/30°C, light increased the seed germination of Bezostaya-1 and Ceyhan-99 cultivars at iv375 mM NaCl. In addition, seed germination percentage of Diyarbakir-81 cultivar between photoperiods was not significant. The light reduced the seed germination of Firat-93 cultivar at 150 and 225 mM NaCl and that of Ae. biuncialis and Ae. triuncialis at 525 mM NaCl. The 25/35°C temperature compared to other temperatures revealed the inhibition effect of light on seed germination at low salt concentrations, while it led to remove difference between photoperiods in some genotypes. Significant differences in seed germination with an increase in temperature regime were determined: At 20/30°C compared to 15/25°C, seed germination of bread wheat cultivars (in both photoperiods) and other genotypes (in dark) was decreased significantly at or above 300 mM NaCl. hi addition, at 25/35°C compared to 20/3 0°C, seed germination of bread and durum wheat cultivars was decreased significantly at all salt concentration, whereas seed germination of wild wheat species was decreased at or above 225 mM NaCl. In contrast, at 20/3 0°C compared to 15/25°C, seed germination of durum wheat cultivars was increased at 150 and 225 mM NaCl and seed germination of wild wheat species was increased significantly at 450 and 525 mM NaCl in light period. Individual effects of genotype, salinity, temperature and photoperiod, and their interactions on seed germination were detected in significant level (PO.05). Total soluble proteins extracted from first leaf tissues of Ceyhan-99 and Firat-93 cultivars were separated by 2-D electrophoresis. In leaf protein profiles of cultivars, 30 proteins ranged between 17.9-66.1 kDa in Ceyhan-99 and 14 proteins ranged between 17.9-32.8 kDa in Firat-93 were quantitatively increased in salt treatment compared to control. In contrast, 10 proteins ranged between <14.2-36.9 kDa in Ceyhan-99 and 21 proteins ranged between <14.2-57.0 kDa in Firat-93 were quantitatively decreased in salt-treatment. In leaf protein profile of Ceyhan- 99 cultivar, as a result of NaCl treatment, 3 newly synthesized proteins (28.9-44.3 kDa, p/ 6.5-8.0) were detected. On the other hand, 6 newly synthesized proteins (18.6-27.6 kDa, p/ 6.0-7.1) were detected in salt-treated seedlings of cv. Firat-93.However, in the Firat-93 cultivar, 4 normal cellular proteins with low molecular weight (24.8 kDa, pi 7.6; 25.2 kDa, pi 7.6; 25.2 kDa, p/ 7.9 and 27.9 kDa, p/ 6.4) were completely lost in NaCl-treated seedlings compared to control seedlings. In the same molecular weight and isoelectric point, 14 common proteins increased and decreased in amounts between two cultivars were detected in salt treatment compared to control treatment of each cultivar. Most of these proteins were in acidic character (p/<6.0-6.9) and low molecular weight (<31.6 kDa). Key words: Triticum L. cultivars, Aegilops L. species, Germination, Salinity, Temperature, Photoperiod, Salt-induced proteins, 2-D electrophoresis. VI