Demir eksikliğine maruz bırakılan hassas ve tolerant soya çeşitlerinin köklerindeki transjenerasyonel epigenetik değişikliklerin belirlenmesi

TÜBİTAK - AB COST Projesi , 2024 - 2026

Proje Türü: TÜBİTAK - AB COST Projesi
Başlama Tarihi: Nisan 2024
Bitiş Tarihi: Mayıs 2026

Proje Özeti

Demir (Fe), hem bitkiler hem de insanlar için temel mikro-besin maddelerinden bir tanesi olup, demir eksikliği en yaygın besinsel yetersizlikler arasında yer alır. Demir, özellikle alkalin topraklarda çözünemeyen ferrik (Fe3+) formda bulunur. Bu nedenle, bu tür topraklarda yetişen bitkilerde demir yetersizliği çok sık gözlenir. Ne yazık ki dünyada kullanılabilen tarım alanlarının 1/3’i ve Türkiye topraklarının %70’i kireçli topraklarla kaplı olduğundan, tarımsal öneme sahip bitkiler sürekli demir eksikliğine maruz kalırlar. Soya gibi dikotlar demiri kullanabilmek için rizosfere proton salgılayarak asitleştirir ve ardından Fe3+’ü Fe+2’ye indirgerler. Son olarak da Fe2+’yi taşıyabilen metal taşıyıcıları aracılığıyla kök epidermisine alırlar. Soya, Fe eksikliğine çok hassas bir bitki olduğundan Fe homeostazının anlaşılması için model bitki olarak kullanılmaktadır. Demir eksikliği altında soyada gerçekleştirilmiş genomik, transkriptomik ve proteomik çalışmalarla Fe homeostazını kontrol eden mekanizmalar belirlenmeye çalışılmıştır. Ancak, 1) demir eksikliğine yanıt ve toleransla ilgili bitkilerde gerçekleştirilmiş sınırlı sayıda epigenetik çalışma bulunmakta; 2) soyada ise bu konuda epigenetik bir çalışma bulunmamaktadır. Bitkiler, yaşamları boyunca sürekli olarak farklı çevresel streslere maruz kalırlar ve ilginç bir şekilde, bir strese hafif şekilde maruz kalmalarının ardından aynı strese yeniden maruz kaldıklarında daha toleranslı hale gelebilirler. Bu şekilde bitkilerin “stres hafızasına” sahip olduğu farklı bitkilerde, farklı stresler altında incelenmiştir. Kısa süreli nesiller arası hafıza kazanan bitkiler, sadece ilk stressiz yavru neslinde stres hafızası sergilerler. Uzun süreli nesiller arası (transjenerasyonel) stres hafızası ise en az iki ardışık stressiz nesil boyunca hatırlanabilen hafıza olarak tanımlanmaktadır. Bitkilerdeki stres hafızasının epigenetik kontrol ile sağlandığı bilinmekte olsa da transjenerasyonel stres hafızası mekanizmasının detayları ve transkriptomla olan ilişkisi bilinmemektedir. Buna ek olarak, bitkilerde Fe eksikliği toleransı ile ilişkili olarak transjenerasyonel stres hafızasını oluşturan epigenetik mekanizmalar ise incelenmemiştir. Bu nedenle, demir eksikliğine dayanıklılıkla ilişkili gen bölgelerindeki epigenetik değişikliklerin transjenerasyonel olarak soyada aktarılması sonucunda dayanıklılıkla ilişkili uzun süreli stres hafızasının korunduğu genomik bölgelerin ve bu bölgelerin stres toleransından sorumlu genlerin transkripsiyonlarının kontrolüyle olan ilişkilerinin incelenmesi gerekmektedir. 2016’dan 2020’ye kadar gerçekleştirdiğimiz ön çalışmada Fe eksikliğine dayanıklı (Arısoy) ve hassas (Atakişi) Türk soya çeşitleri beş jenerasyon boyunca normal ve alkalin topraklarda yetiştirilmiş ve tohumları toplanmıştır. Önerilen projenin amacı; beş jenerasyon boyunca demir eksikliğine maruz bırakılan dayanıklı ve hassas soya çeşitlerinin köklerindeki DNA metilasyon seviyelerinin belirlenmesi ve metilasyon değişikliği bulunan, Fe eksikliği ile ilişkili lokusların ifade seviyelerinin teyit edilmesidir. Bu amaca yönelik olarak, beş jenerasyon hassas ve dayanıklı soya çeşitlerine eş zamanlı olarak hidroponik ortamda Fe eksikliği uygulanarak, Fe eksikliği toleransıyla ilişkili fizyolojik ve biyokimyasal ölçümler alınacaktır. Ardından, bitkilerin köklerinde global metilasyon değişiklikleri ve metilasyon seviyesi anlamlı şekilde değişen lokuslar belirlenecektir. Devamında, bisülfit dizilemede metilasyon seviyesi değişen genlerin bilinen RNA dizileme çalışmalarındaki ifade seviyeleri belirlenecek ve metilasyon ve ifade seviyelerine bakılarak her bir çeşit için belirlenecek 5 genin transjenerasyonel metilasyon ve ifade seviyeleri 5 jenerasyonda incelenecektir. Dört iş paketinden oluşan proje 22 ay olarak kurgulanmıştır. Proje sonucunda, bilimsel/akademik çıktı olarak Fe eksikliğinin transjenerasyonel toleransında epigenetik kontrol mekanizmaları üzerine en az 2 SCI yayın, 1 yüksek lisans tezi ve en az 2 uluslararası kongre sunumu üretilecektir. Proje kapsamında bir doktora sonrası araştırmacı ve iki yüksek lisans öğrencisi eğitilecektir. Bitkilerin demir eksikliğine toleransında transjenerasyonel epigenetik kontrolden sorumlu lokusların belirlenmesi durumunda, bu yeni regülasyonun artırılmasına ve bu sayede topraktaki demiri daha etkin kullanabilen bitkilerin geliştirilmesine yönelik yeni yöntemler dizayn edilebilir. Projeden çıktılarının Fe eksikliği toleransı hakkındaki bilgi birikimimizi yüksek oranda etkileyeceği düşünüldüğünde, proje önerisinin önemi ve özgünlüğü dikkati çekmektedir. Bu projede 5 jenerasyonda Fe eksikliğinin etkilerinin dayanıklı ve hassas soya çeşitlerinde epigenetik olarak incelenecek olması, transjenerasyonel Fe eksikliği tolerans mekanizmasının anlaşılması ve bitki stres hafızasına yönelik çığır açacak yeni bilgiler üretecek olmasından dolayı CA19125 numaralı EPI-CATCH COST aksiyonu ve ilgili çalışma gruplarının amaç ve hedefleriyle birebir örtüşmektedir.