Investigation of changes in starch metabolism of olive plant at molecular level under frost stress

Abstract

Don stresi altındaki zeytin bitkisinin nişasta metabolizmasındaki değişimler iki çeşitte moleküler düzeyde incelenmiştir. Çelebi (İznik) çeşidi düşük don toleransına sahiptir ve Memeli çeşidi ise yüksek don toleransına sahiptir. 1003 öncelikli alan 215O811 nolu TÜBİTAK projesi kapsamında (ana poje no 215O797) desteklenen bu çalışmada Bornova Zeytincilik Araştırma Enstitüsü'nde yer alan diğer alt proje (proje no: 215O812) ekibi tarafından daha önce TAGEM/BBAD/13/A08/P06/02 projesi kapsamında belirlenen dona toleransı düşük olan Çelebi (İznik) ve yüksek olan Memeli çeşitlerinde fidan üretimi yapılarak ana projenin yapıldığı İstanbul Bilgi Üniversitesi Genetik ve Biyomühendislik Bölümü'ne gönderilmiştir. Tüplü fidanlar, kontrollü don testleri uygulaması için sıcaklık ve nem kontrollü olan kabinine yerleştirilmiştir. Kontrol bitkilerine ise don testleri uygulanmamıştır. Kabininin sıcaklığı +4 ºC'den itibaren 2ºC/sa hızla kademeli olarak -20 ºC'ye kadar düşürülmeye başlanmış ve +4, 0, -4, -8, -12, -16 ve -20ºC sıcaklık kademelerinde analizler için örneklemeler yapılmıştır.Her iki çeşitte de düşük sıcaklıkta nişasta içeriği azalırken glikoz ve maltoz içeriği artmıştır. β-amilaz (BAM) enzim aktivitesi de düşük sıcaklıkta artmış olsa da, BAM aktivitesi dona dayanıklı Memeli çeşidinde dona duyarlı Çelebi (İznik) çeşidine göre daha yüksek bulunmuştur. BAM1 gen ekspresyonu düşük sıcaklıklarda Memeli çeşidinde yukarı regüle edilmiştir, ancak Çelebi (İznik) çeşidinde ya kontrol uygulamasına yakın ya da azaldığı görülmüş. Sonuç olarak, donma toleransının, BAM enzimine bağlı nişastanın parçalanmasının bir ürünleri olan glikoz ve maltoz içeriğindeki artışla ilişkili olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, dona dayanıklı zeytin çeşitlerinin ıslahında BAM1 geninin bir işaretleyici gen olarak kabul edilebileceği sonucuna varılmıştır.Anahtar Kelimeler: β-amilaz, don stresi, glikoz, maltoz, nişasta, Olea europaea L.

The changes in the starch metabolism under frost stress in the olive plant was investigated at a molecular level in two cultivars. cv. Çelebi (İznik) has a low frost tolerance and cv. Memeli has a high frost tolerance. In this study which was supported within the TÜBİTAK project No. 215O811 (main project No. 215O797) with 1003 priority area, the other sub-project (project number: 215O812) team in Bornova Olive Research Institute produced seedlings in the cv. Çelebi (İznik) with a low frost tolerance and cv. Memeli with a high frost tolerance that was previously determined within the scope of TAGEM/BBAD/13/A08/P06/02 project and was sent to Istanbul Bilgi University Genetics and Bioengineering Department where the main project was carried out. Seedling frost tests were done in a controlled cabin. Frost tests were not applied to control plants. The temperature of the controlled cabin was gradually lowered to -20°C at 2°C/h starting from +4°C and sampling for analysis was done at +4, 0, -4, -8, -12, -16 and -20°C temperature levels and were kept at this temperature for 2 hours.Glucose and maltose content increased while the starch content decreased under freezing temperatures in both cultivars. Although the β-amylase (BAM) enzyme activity also increased under freezing temperatures, BAM activity was higher in the frost-tolerant Memeli cultivar than in the frost-sensitive Çelebi (İznik) cultivar. The BAM1 gene expression upregulated under freezing temperatures in the cv. Memeli but was either close to the control treatment or decreased in the cv. Çelebi (İznik). As a result, it was determined that the freezing tolerance is associated with the increase in glucose and maltose content as a product of starch degradation due to the BAM enzyme. Besides, it was concluded that the BAM1 gene could be considered as a marker genes in breeding frost tolerant olive cultivars. Keywords: β-amylase, frost stress, glucose, maltose, Olea europaea L., starch