Biochemical, physiological, and molecular assessment of drought stress adaptation in two contrasting barley genotypes
Yükleniyor...
Tarih
2020
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Ege Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
Barley (Hordeum vulgare L.) is the fourth most-produced cereal crops after wheat, maize, and rice. Almost, all cultivated crops are hugely affected by drought. The effect of drought on crop production can be economic, environmental, and social influences directly or indirectly affecting food security. The main challenge of agricultural production is climate change. Hence, the efforts of breeding programs are indispensable to improve crop production. However, abiotic stress such as drought is still the major challenge for barley production. The expression level of some biochemical and physiological factors are directly associated with drought tolerance and, therefore can be used as indicators when selecting for drought-tolerant genotypes as they are playing a significant role to maintain the water level in different plant tissues. This study was aimed to evaluating the response of exotic alleles from wild barley genotype under drought stress. The experiment was carried out at the Institute of Plant Breeding, University of Bonn, Germany. A total of two barley genotypes (Scarlet and NIL-143) having different tolerance ability to drought stress were used. Also, the relationship between different physiological, biochemical, and molecular traits was evaluated in association with drought tolerance. As result, the accumulation of Proline content was associated with drought stress and, NIL-143 genotype showed higher proline content. Additionally, the increase in proline content was directly proportional with relative gene expression of P5CS1 and P5CR gene under drought conditions for the two genotypes. However, in NIL-143 the P5CS1 gene was upregulated compared to Scarlet under the 8-day drought stress. Both proDH and P5CDH genes were downregulated under drought condition in the two genotypes compared to the control condition. Under drought condition, the NIL-143 genotype exhibited lower oxidative damage with lower malondialdehyde (MDA) accumulation, lower electrolyte leakage (EL), higher chlorophyll content, and higher relative water content. Furthermore, NIL-143 genotype showed highly upregulated gene expression under stress condition. Results from this experiment reveal that NIL-143 and Scarlet differ in their response and adaptation to drought stress.
Arpa (Hordeum vulgare L.) buğday, mısır ve pirinçten sonra en çok üretimi yapılan tahıl ürünüdür. Bitkisel üretim kuraklıktan büyük ölçüde etkilenir. Kuraklığın ürün üzerindeki etkisi, gıda güvenliğini doğrudan veya dolaylı olarak etkileyen ekonomik, çevresel ve sosyal nitelikte olabilir. Tarımsal üretimin ana sorunu iklim değişikliğidir. Bazı biyokimyasal ve fizyolojik faktörlerin ifade seviyesi, kuraklık toleransı ile doğrudan ilişkilidir. Bu nedenle, farklı bitki dokularındaki su seviyesini korumada önemli bir rol oynadıkları için kuraklığa dayanıklı genotiplerin seçiminde gösterge olarak kullanılabilir. Bu çalışma, kuraklık stresi altında yabani arpa genotipinden gelen alellerin tepkisini değerlendirmeyi amaçlamıştır. Çalışma, Almanya Bonn Üniversitesi Bitki Islahı Enstitüsünde gerçekleştirildi. Kuraklık stresine karşı farklı tolerans kabiliyetine sahip toplam iki arpa genotipi (Scarlet ve NIL-143) kullanılmıştır. Farklı fizyolojik, biyokimyasal ve moleküler özellikler ile kuraklık toleransı arsındaki ilşki değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, Prolin içeriğinin artması kuraklık stresi ile ilişkilendirilmiş ve NIL-143 genotipi daha fazla prolin içeriği göstermiştir. Ayrıca, prolin içeriğindeki artış, kuraklık koşulları altında her iki genotipte de P5CS1 ve P5CR geninin nispi gen ekspresyonu ile doğru orantılı bulunmuştur. Bununla birlikte, NIL-143 genotipinde P5CS1 geni, 8 günlük kuraklık stresi altında Scarlet'e kıyasla daha fazla ifade göstermiştir. Hem proDH hem de P5CDH genleri, kontrollere kıyasla, her iki genotipte de kuraklık koşulu altında ifadeleri azalmıştır. Kuraklık koşullarında, NIL-143 genotipi, daha düşük malondialdehit (MDA) birikimi, daha düşük elektrolit sızıntısı (EL), daha yüksek klorofil içeriği ve daha yüksek bağıl su içeriği ile daha düşük oksidatif hasar göstermiştir. Bu çalışmadan elde edilen sonuçlar, NIL-143 ve Scarlet'in kuraklık stresine tepkileri ve adaptasyonları bakımından farklı olduğunu ortaya koymaktadır.
Arpa (Hordeum vulgare L.) buğday, mısır ve pirinçten sonra en çok üretimi yapılan tahıl ürünüdür. Bitkisel üretim kuraklıktan büyük ölçüde etkilenir. Kuraklığın ürün üzerindeki etkisi, gıda güvenliğini doğrudan veya dolaylı olarak etkileyen ekonomik, çevresel ve sosyal nitelikte olabilir. Tarımsal üretimin ana sorunu iklim değişikliğidir. Bazı biyokimyasal ve fizyolojik faktörlerin ifade seviyesi, kuraklık toleransı ile doğrudan ilişkilidir. Bu nedenle, farklı bitki dokularındaki su seviyesini korumada önemli bir rol oynadıkları için kuraklığa dayanıklı genotiplerin seçiminde gösterge olarak kullanılabilir. Bu çalışma, kuraklık stresi altında yabani arpa genotipinden gelen alellerin tepkisini değerlendirmeyi amaçlamıştır. Çalışma, Almanya Bonn Üniversitesi Bitki Islahı Enstitüsünde gerçekleştirildi. Kuraklık stresine karşı farklı tolerans kabiliyetine sahip toplam iki arpa genotipi (Scarlet ve NIL-143) kullanılmıştır. Farklı fizyolojik, biyokimyasal ve moleküler özellikler ile kuraklık toleransı arsındaki ilşki değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, Prolin içeriğinin artması kuraklık stresi ile ilişkilendirilmiş ve NIL-143 genotipi daha fazla prolin içeriği göstermiştir. Ayrıca, prolin içeriğindeki artış, kuraklık koşulları altında her iki genotipte de P5CS1 ve P5CR geninin nispi gen ekspresyonu ile doğru orantılı bulunmuştur. Bununla birlikte, NIL-143 genotipinde P5CS1 geni, 8 günlük kuraklık stresi altında Scarlet'e kıyasla daha fazla ifade göstermiştir. Hem proDH hem de P5CDH genleri, kontrollere kıyasla, her iki genotipte de kuraklık koşulu altında ifadeleri azalmıştır. Kuraklık koşullarında, NIL-143 genotipi, daha düşük malondialdehit (MDA) birikimi, daha düşük elektrolit sızıntısı (EL), daha yüksek klorofil içeriği ve daha yüksek bağıl su içeriği ile daha düşük oksidatif hasar göstermiştir. Bu çalışmadan elde edilen sonuçlar, NIL-143 ve Scarlet'in kuraklık stresine tepkileri ve adaptasyonları bakımından farklı olduğunu ortaya koymaktadır.
Açıklama
Anahtar Kelimeler
Barley, Drought, Gene Expression, Stress, Arpa, Kuraklık, Gen İfadesi, Stres
