Kadmiyumun bazı brassica türlerinde HMA4 gen ekpresyonu üzerine etkisi ve çimlenmeye etkisinin rolü

Abstract

Toprak kirliliği açısından, ağır metaller en önemli kirletici kaynaklar arasında yer almaktadır. Hiperakümülatör olarak belirlenen 450'den fazla bitki çeşidinin aileleri arasında Brassicacea familyası, Asteraceae familyası, Fabaceae familyası, Scrophulariaceae familyası, Lamiaceae familyası ve Euphorbiaceae familyaları örnek verilebilir. Bu ailelerden biri olan Brassicaceae familyası birçok metal akümüle eden türüne sahiptir. Bu türlerden Brassica juncea (kahverengi hardal) bitkisi diğer hiperakümülatör türlere göre daha çok biyokütle üretebilmesi, hızlı büyüme-gelişme oranı, hasat edilebilen kısımlarında ağır metalleri akümülasyon ve toleresyon yeteneklerinden, Brassica rapa (yem şalgamı) 'da belirli ağır metaller için hiper akümülatör olması, gelişmiş kök sistemine sahip olmalarından tercih edilmişlerdir.Bu çalışmada, Brassicaceae familyasına ait olan Brassica rapa, Brassica campestris var toria ve Brassica juncea (kahverengi hardal) olmak üzere 3 tür ve Brassica juncea 'ya ait Brassica juncea var JS-13, Brassica juncea var early raya, Brassica juncea var S-9, Brassica juncea var sind raya olmak üzere 4 çeşitinde çalışılmıştır. 0-500 µM parametrelerinde 31 gün boyunca yetiştirilen bitkilerin tohum çimlenme kapasitesi, kök-gövde-yaprak gelişimleri incelenmesi amaçlanmıştır. Brassica rapa, Brassica juncea var early raya ve Brassica juncea var sind raya bitkilerinin 0-100 µM parametlerinde yetiştirilen yaprak örneklerinden Cd metali ile uyarılan önemli genler olan metal ATPazlar HMA2 ve HMA4 genlerinin Real Time PCR kullanılarak gen expresyonlarına, aynı bitkilerin yaprak numunelerinden Atomik Absorpsiyon Spektrofotometresi (ASS) kullanılarak Cd analizi yapıldı. Bu çalışmanın amaçları arasında Brassica rapa, Brassica juncea var early raya ve Brassica juncea var sind raya 'nın yapraklarında kadmiyum birikimini tespit etmek ve bu bitkilerin fitoremediasyon için uygunluğunu araştırmak, bu bitkilerin yapraklarında ağır metal ATPazlar HMA2 ve HMA4 genlerinin Cd'a karşı anlatımını tespit etmek, ayrıca bu ATPazların çalışıldığı türlerinde metal akümülasyonu ile alakalı olup olmadığının tespit ederek; bu genlerinin metal akümülasyonunda ne kadar ilişkili olduğunu tespit etmektir. qPCR çalışması ile HMA2 geninin ekspresyonuna bakıldığında B. rapa'nın 20 µM ve B. juncea var sind raya'nın 20 µM konsatrasyonunlarında HMA2 ekspresyonun arttığı saptanmıştır. B. juncea var early raya bitkisi için ise bir farklılık gözlenmemiştir.HMA4 geni için ise B.juncea var early raya 'nın 10 µM, B. rapa'nın 10 µM ve B. juncea var sind raya'nın 20 µM konsatrasyonlarında ekspresyonun arttığı tespit edilmiştir.Atomik absorpsiyon spektrometresi (ASS) sonuçlarıyla HMA4 gen expresyonu sonuçları birbiriyle paralellik göstermiştir. Ancak HMA2 geni için bu paralellik saptanamamıştırTüm bu sonuçlara bakılarak B. rapa, B. juncea var sind raya ve B. juncea var early raya bitkilerinin Cd hiperakümülatörü olabileceği ve bunu da HMA4 geninin ekspresyonuyla gerçekleştirebileceği görülmüştür.

In terms of soil pollution, heavy metals are among the most important sources of pollutants. Around 450 plant species in Brassicacea, Asteraceae, Fabaceae, Scrophulariaceae, Lamiaceae and Euphorbiaceae families have been identified as metal hyper accumulators. Among them, majority of the accumulator plants have been discovered in Brassicacea family. Brassica juncea (brown mustard) in Brassicaceae is a major oilseed crop and is also identified as a metal tolerant and metal accumulator plant. This plant species is able to produce more biomass than other hyperaccumulative species, due to its rapid growth. Another plant species Brassica rapa (fodder turnip) has elaborated root system and is reported to be a hyper accumulator for certain heavy metals. In this study, four varieties of B. juncea, B. rapa, B. campestris var. toria were studied.The aim of this study was to investigate the seed germination rate and plant growth and development in Brassica rapa, Brassica juncea early raya and Brassica juncea sind raya grown at different levels of Cd (0, 5, 10, 20, 50 and 100 uM Cd). Leaf samples were dried at 72oC for 72 hrs and then digested with HNO3 acid and HClO4 acid mixture (3:1). Cd content in this diluted acid mixture was analyzed by Atomic Absorption Spectrophometry. Gene expression pattern of metal ATPases HMA2 and HMA4 in the leaves of these Brassica spp. grown at different Cd levels were analyzed by R-T qPCR. The data was anlaysed in order to understand the role of these heavy metal ATPases in Cd accumulation and their role in phytoremediation.When the expression of HMA2 gene was examined, it was found that HMA2 expression was increased in the leaves of B. rapa and B. juncea var sind raya grown at 20 µM Cd compared to control. B. juncea early raya leaves showed no any increase in gene expresseion at 20 uM Cd compared to control. For the HMA4 gene, expression was increased in the leaves of B. juncea var early raya and B. rapa when grown at 10 uM Cd but B. juncea var sind raya showed high expression when plants were treated with 20 uM Cd. The results of atomic absorption spectrometry (ASS) and HMA4 gene expression correlated with each other. It is concluded that B. rapa, B. juncea var sind raya and B. juncea var early raya plants accumulated Cd and this accumulation pattern was correlated with high HMA4 gene expression.