Termik Santrallerden Savrulan Küllerdeki Ağır Metallerin Neden Olduğu Genetik ve Epigenetik Değişikliklerin Moleküler Yöntemler ile Tespit Edilmesi

Research Journal of Agricultural Sciences Tarım Bilimleri Araştırma Dergisi E-ISSN: 1308-027X, 10(2): 38-43, 2017, www.nobel.gen.tr Termik Santrallerden Savrulan Küllerdeki Ağır Metallerin Neden Olduğu Genetik ve Epigenetik Değişikliklerin Moleküler Yöntemler ile Tespit Edilmesi Nalan YILDIRIM DOĞAN1 1 Hüseyin BULUT2* Erzincan Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Biyoloji Bölümü, Erzincan Erzincan Üniversitesi Üzümlü Meslek Yüksekokulu, Bitkisel ve Hayvansal Üretim Bölümü, Organik Tarım Programı, Üzümlü/Erzincan 2 *Sorumlu Yazar Geliş Tarihi: 18 Ağustos 2017 E-posta: Kabul Tarihi: 15 Kasım 2017 Özet Çevre kirliliği sanayi devrimi ve endüstrileşmeden dolayı canlılar için önemli bir unsur olmuştur. Ülkemizde artan enerji ihtiyacının karşılanmasında termik santraller önemli bir paya sahiptir. Bu santrallerden atılan ağır metaller çevre kirliliğinin ana etkenlerinden birisi konumundadır. Ağır metallerin bitki metabolizmasında meydana getirdiği genetik, epigenetik, kanserojenik etkisi üzerine birçok çalışma mevcuttur. Bitkiler sabit konumlarından dolayı çevre kirliliğinin meydana getirdiği genetik toksisitenin tespitinde kullanılan biyoindikatör durumundadırlar. Bu durumdan dolayı Allium cepa, Triticum aestivum, Zea mays, Hordeum vulgare, Vicia faba ve Arabidopsis thaliana gibi farklı bitki türleri araştırmacılar tarafından son yıllarda genotoksik etkinin tespiti için model organizma olarak kullanılmaktadır. Çalışmamızda ağır metallerin neden olduğu stres nedeniyle arpada meydana gelen toksik etkinin düzeyi IRAP analizleri ile değerlendirilmiştir. Ağır metal stresinin etkisiyle retrotranspozon hareketliliği meydana gelmiş ve bu durum gen akışında farklılıklara neden olmuştur. Gen akışında oluşan farklılaşma bant profillerine yansımıştır. Kontrol gurubu ve deney gurubu örnekleri karşılaştırıldığında farklı büyüklük ve sayıda bantların oluştuğu tespit edilmiştir. Ağır metal yoğunluğuna bağlı olarak arpa örneklerinde polimorfizm değerlerinde artış ve GTS değerinde azalma gözlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Ağır metal, Epigenetik, IRAP, Retrotranspozon. Determination by Molecular Methods of Genetic and Epigenetic Changes Caused by Heavy Metals in Ashes Discharged from Thermic Power Plants Abstract Environmental pollution has become an important factor for living things due to industrial revolution and industrialization. Thermal power plants have an important share in meeting the increasing energy demand in our country. Heavy metals released from these power plants are one of the main causes of environmental pollution. There are many studies on the genetic, epigenetic, carcinogenic effects of heavy metals on plant metabolism. Plants are bioindicators used to detect genetic toxicity caused by environmental pollution due to their fixed position. Because of this, different plant species such as Allium cepa, Triticum aestivum, Zea mays, Hordeum vulgare, Vicia faba and Arabidopsis thaliana have been used as model organisms for the detection of genotoxic activity in recent years by researchers. In our study, the level of toxic effect from arsenic stress due to stress caused by heavy metals was evaluated by IRAP analysis. The effect of heavy metal stress has led to retrotransposon mobility, which has led to differences in gene flow. The differentiation occurring in the gene flow is reflected in the band profiles. When the control group and experimental group samples are compared, it has been determined that there are different size and number of bands. The increase in polymorphism values and the decrease in GTS values were observed in barley specimens due to heavy metal concentration. Keywords: Epigenetic, Heavy metal, IRAP, Retrotransposon Hüseyin Bulut ve Nalan Yıldırım Doğan / TABAD, 10(2): 38-43, 2017, www.nobel.gen.tr GİRİŞ Canlıların yaşamları boyunca karşılıklı olarak etkileşim içinde bulundukları ortam çevre olarak tanımlanmaktadır [1]. Endüstriyel üretim sonucu çevreye salınan ağır metaller, çevre kirliliğinin ana kaynaklarından biri olmaya başlamıştır [2]. Farklı sektörlerden biyosfere ağır metal atılımı gerçekleşmektedir [3]. Resim 1.’de ağır metallerin doğaya salınmasını sağlayan faktörler görselleştirilmiştir. Kömür ile elektrik enerjisinin üretildiği termik santraller ağır metallerin çevreye yayılmasında önemli bir rol oynamaktadır [4]. Linyit kömürünün yakılması sonucunda kül ile çevreye Cd, Ni, Co, Mn, Cr, Pb, Cu, Zn, Fe ağır metalleri salınmakta olup, termik santrallerden çevreye salınan uçucu küllerin genotoksik ve mutajenik maddeler içerdiği saptanmıştır [5], [6]. Hücresel düzeyde aşırı miktarda ağır metal birikimi membranlar, proteinler ve DNA gibi farklı hücre bileşenleri için çeşitli stres tepkilerine ve hasara neden olmaktadır [7]. Yapılmış birçok çalışma ağır metallerin bitkilerin moleküler yapısını etkilediğini göstermiştir [8], [9], [10], [11]. Ağır metal gibi genotoksik maddeler DNA’yı geri dönüşümsüz olarak değiştirerek kalıtsal bir değişime yol açarlar. Bu nedenle genotoksinler aynı zamanda mutajenik maddelerdir [12]. İlk kez literatüre 1942’de Conrad Waddington tarafından kazandırılan ‘‘Epigenetik’’ terimi fenotipik ifadeye izin veren genler ve ürünleri arasındaki nedensel etkileşimler olarak tanımlanmıştır [13]. Stres koşullarının etkisi ile metabolizmada tepki ve değişimler meydana gelebilmektedir. Kromatin yapı üzerinde meydana gelen epigenetik modifikasyonların genlerin ifadelerini etkilemesi, DNA metilasyonu, histon modifikasyonları ve RNA gibi temel epigenetik mekanizmalar tarafından kontrol edilmektedir [14]. Bu üç mekanizmanın birlikte çalışması sonucu gen ifadesinde kalıtsal farklılıklar meydana gelmektedir. Mekanizmaların herhangi birinde meydana gelen bir hata, gen anlatımının aşırı artmasına veya baskılanmasına neden olarak epigenetik bozukluklara yol açmaktadır [15]. Genomdaki hareketli gen mekanizmalarından transpozonların etkisi ile epigenetik değişimler meydana gelirken, Transpozonlar da epigenetik mekanizmaların etkisi ile susturulabilmekte veya aktif hale gelebilmektedir [16]. Arpa (Hordeum vulgare L.), ülkemizde tahıl ekilişi ve üretim miktarı bakımından buğdaydan sonra ikinci sırada yer almaktadır. Tüik [17] verilerine göre ülkemizde arpanın son beş yıldaki üretim miktarı ve ekilen alan büyüklüğü Resim 2.’de verilmiştir. Bu çalışmadaki amacımız, canlılar için önemli bir besin kaynağı olan arpa üzerinde ağır metal stresinin neden olduğu retrotranspozon hareketliliğinin boyutunu ve bu hareketliliğin neden olduğu genetik ve epigenetik değişiklikleri tespit etmektir. MATERYAL ve METOT Saf arpa tohumları %5’ lik sodyum hipoklorit (NaCIO)’ de 10 dakika bekletilmiş ve yüzeysel olarak sterilize edilmiştir. Daha sonra tohumlar saf su ile yıkanarak kurutulmuş ve ekime hazır hale getirilmiştir. Seçilen eşit büyüklükteki arpa tohumları termik santral çevresine aynı doğrultuda 500’er metre mesafe ile 15 farklı noktaya ekilmiştir. Arpa tohumlarının 40 günlük vejetasyon sürecini tamamlamasından sonra fideler toplanmıştır. Toplanan örnekl (...truncated)