Arpa (Hordeum Vulgare L.) köklerinde alüminyum ile uyarılmış programlı hücre ölümünün immünohistokimyasal analizi

Abstract

Alüminyum (Al) toksisitesi, yeryüzünde bitkiler açısından en çok tehlike oluşturan toksisitelerden biridir. Al, toprakta en fazla bulunan üçüncü elementtir. Bir takım çevresel faktörler sebebi ile toprağın asiditesi artarsa Al çözünür ve toksik forma dönüşür. Bu çalışmada, 100 µM konsantrasyondaki AlCl3 çözeltisinin, arpa (Hordeum vulgare L.) bitkisi köklerine kendi içerisinde kısa süreli (½ sa., 1 sa., 2 sa., 3 sa., 4 sa., 5 sa., 6 sa. ve 7 sa.) ve uzun süreli (24 sa., 48 sa., 72 sa. ve 96 sa.) olarak uygulandığında meydana gelen biyokimyasal değişimlerin ortaya konması amaçlanmıştır. Uygulanan süreler sonunda, her iki uygulama grubunda hücre içerisinde Al+3 iyon birikimi, hücre zarı bütünlüğündeki değişim ve lipid peroksidasyonu analizleri yapıldı. Her iki uygulama grubunda da, kontrol grubu ile karşılaştırıldığında Al+3 iyon birikiminde, hücre zarı bütünlüğünün bozulmasında ve lipid peroksidasyonunda zaman bağımlı artış gözlendi. Bununla birlikte, kaspaz-1 benzeri enzim aktiviteleri de kolorimetrik olarak ölçüldü ve AlCl3 toksisitesinde kaspaz-1 benzeri enzim aktivitesinde de ilk 30 dakikadan itibaren artış olduğu gözlendi. Hayvanlarda görülen apoptoz ile benzer olarak, hücre ölümü sırasında mitokondriden sitoplazmaya sitokrom c salınımı da kolorimetrik olarak ölçüldü. Bu deney sonucunda da, programlı hücre ölümünün göstergelerinden biri olan mitokondriden sitoplazmaya sitokrom c salınımında zaman bağımlı artış olduğu gözlendi. Son olarak AlCl3 stresi altında, genomik DNA hasarı Akım Sitometrisi tekniği ile ölçüldü ve Al stresinde arpa hücrelerinde DNA fragmentasyonunun özellikle uzun süreli Al uygulamasında şiddetlendiği tespit edildi. Sonuç olarak; AlCl3 stresi arpa köklerinde zamanla artarak hücresel ve moleküler değişimlere sebep oldu. Bu çalışma aynı zamanda, Al toksisitesinin bitki gelişimi üzerinde tehlikeli etkilerine dikkat çekmekte ve Al toksisitesi ile programlı hücre ölümü mekanizması arasındaki ilişkinin aydınlatılmasının önemine vurgu yapmaktadır.

Aluminum (Al) toxicity is one of the most dangerous toxicants in terms of plants on the earth. Al is the third most found element in the earth. As soil acidity increases due to a number of environmental factors, Al is soluble and transforms into a toxic form. In this study, 100 µM AlCl3 solution was added to the roots of barley (Hordeum vulgare L.) for a short term (½ h., 1 h., 2 h., 3 h., 4 h., 5 h., 6 h. and 7 h.) and long term (24 h., 48 h., 72 h. and 96 h.), it is aimed to reveal the biochemical changes that occur. At the and of time periods, Al+3 ion accumulation, changes in cell membrane integrity and lipid peroxidation in the cells were analyzed in both treatment groups. In compare to the control group, in both groups of treatment, an increase in the loss of cell membrane integrity, lipid peroxidation and Al+3 ion accumulation time dependently. On the other hand, caspase-1 like enzyme activities were also measured colorimetrically and an increase in caspase-1 like enzyme activity was observed in AlCl3 toxicity beginning from 30 min. Similar to apoptosis seen in animals, cytochrome c release from mitochondria to cytoplasm was also measured colorimetrically. As a result of our research, it was observed that there was a time dependent increase in cytochrome c release from mitochondria to cytoplasm, one of the indicators of programmed cell death. Finally, under AlCl3 stress, genomic DNA damage was measured by Flow Cytometry technique, and it was determined that DNA fragmentation was more significant after long term application in barley cells. To sum up; AlCl3 stress caused time dependent cellular and molecular changes in barley roots. The study also highlights the dangerous affects of Al toxicity on plant development and highlights the importance of clarifying the relationship between Al toxicity and programmed cell death mechanism.