Mehmet Emin ÇALIŞKAN, Safa SÜMER, İlhom RAHAMKULOV, Ufuk DEMİREL, Allah BAKHSH

Herbisite Dayanıklılık Geni (CP4-EPSP Sentez) Içeren Transgenik Patates Hatlarının Geliştirilmesi

Amaç: Yabancı otlar diğer bitkilerde olduğu gibi patates bitkisinde de önemli kayıplara yol açmaktadır.Bu çalışmada herbisite dayanıklılık karakterinin Agrobacterium aracılığıyla iki farklı patateseaktarılması amaçlanmıştır.Materyal ve Metot: Bu amaçla, genetik aktarımı için “Lady Olympia” ve “Desiree” patates (Solanumtuberasum L.) çeşitlerinin yaprak ve boğumarası doku parçaları eksplant olarak kullanılmıştır. Genaktarımı yapmak için pCAMHE-EPSPS plazmidini içeren Agrobacterium tumefaciens bakterisininLBA4404 izolatları kullanılmıştır. Gen aktarım amacıyla kullanılan pCAMHE-EPSPS plazmidinde 35Spromotoru kontrolü altında CP4-EPSPS geni bulunmaktadır. Çalışmada, T-DNA bölgesinde bulunangusA geninin varlığı aday transgenik bitkilerin erken dönemde tespit edilmesini kolaylaştırmıştır.Bulgular: In vitro besi ortamında transgenik hücrelerin seçimi için 1.5 mM’lik Glifosat N-(fosfonometil)glisin en uygun konsantrasyon olarak bulunmuştur. Lady Olympia ve Desiree çeşitlerindetransformasyon etkinliği sırasıyla % 0,7 ve % 0,3 olarak hesaplanmıştır. Aday transgenik bitkilerdeyapılan GUS histokimyasal analizi, PCR deneyleri, kantitatif gerçek zamanlı PCR ve yatay akışlı ölçümçubuğu analizleri sonucunda CP4-EPSPS geninin transgenik patates hatlarında işlevsel olarakyer aldığı tespit edilmiştir.Sonuç: Yapılan glifosat herbisit uygulaması sonucunda da CP4-EPSPS geninin patatese karşı etkinliğiniortaya koymuştur. Geliştirilmiş transgenik patates hatları ıslah programında gen kaynağıolarak kullanılabilirler.

Production of Transgenic Potato Lines Expressing Herbicidal Gene (CP4-EPSP Synthase)

Objective: Weeds incur significant losses to crop plants including potatoes. The present research work was conducted to introduce herbicide reistance trait in two potato cultivars Lady Olympia and Desiree via Agrobacterium mediated genetic transformation. Material and Methods: For this purpose, Agrobacterium strain LBA4404 harboring pCAMHE- EPSPS binary vector was used to infect leaf and internodal explants of both cultivars. The plasmid contained CP4-EPSPS gene under the control of 35S promoter. The presence of gusA gene with in T-DNA region facilitated earlier screening of primary transformants. Results: A concentration of 1,5 mM of Glyphosate N-(phosphonomethyl) glycine was found suitable for the selection of transformed cells in in vitro culture media. Overall transformation efficiacy was calculated as 0,7 and 0,3% in “Lady Olympia’’ and “Desiree’’ respectively. The primary transformants were screened for gene integration and expression using standard molecular techniques i.e. PCR, Real time, and Lateral flow dipstick assay. The efficacy of transgenic plants against roundup ready was evaluated by glyphosate application assays using recommended dose. Conclusion: The transgenic plants showed enhanced tolerance against glyphosate applications. The developed transgenic lines can be used as a germplasm in potato breeding programme.

PDF

___

Anayol, E., Bakhsh, A., Karakoç, Ö.C., Onarıcı, S., Köm, D., Aasim, M., Özcan, S.F., Barpete, S., Khabbazi, S.D., Önol, B. and Sancak, C. 2016. Towards better insect management strategy: restriction of insecticidal gene expression to biting sites in transgenic cotton. Plant Biotechnol Repor, 10(2), 83-94.
Arı, Ş. 2001. Doğrudan Gen Aktarım Teknikleri Bitki Biyoteknolojisi: Genetik Mühendisliği ve Uygulamaları (Ed. S. Özcan, E. Gürel ve M. Babaoğlu), pp. 160-189.
Arıoğlu, H.H. 2002. Nişasta ve Seker Bitkileri Ders Kitabı. Genel Yayın Mo 188, Ders Kitapları Yayın No. A-57. Adana, 234.
Avcı M.Ç. 2009. Çukurova Bölgesi Buğday Ekim Alanlarında Sorun Olan phalaris brachystchys Link (Kanlı Çayır)’in Bazı Buğday Herbisitlerine Karşı Oluşturduğu Dayanıklılık Sorunlarının Araştırılması. Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi Adana.
Bakhsh, A., E. Husnain and S.F. Özcan. 2014. Comparison of transformation efficiency of five Agrobacterium tumefaciens strains in Nicotiana tabacum L. Emir J Food Agric, 26, 259-264.
Bakhsh, A., F.S. Baloch, R. Hatipöğlu and H. Özkan. 2015. Use of genetic Engineering, benefits and health concerns. In book: Handbook of Vegetable Preservation and Processing, Second Edition, Edition: Second, Chapter: 4. Use of Genetic Engineering: Benefits and Health Concerns, Publisher: CRC Press Taylor and Francis Group Editors: Y. H. Hui and E. Özgül Evranuz, pp.81-112.
Bakhsh, A., S. Siddiqand T. Husnain. 2012. A molecular approach to combat spatio-temporal variation in insecticidal gene (Cry1Ac) expression in cotton. Euphytica, 183, 65-74.
Banaras, M. 1993. Impact of Weed Competition on Poststo Production. Pak J Agric Res, 14(1), 64-71.
Basu, C., A. Albert, P. Kauschb and J.M. Chandlee. 2004. Use of β-glucuronidase reporter gene for gene expression analysis in turfgrasses. Biochem Biophy Res Commun, 320(1), 7-10.
Bhan, V.M., M. Singh and R. A. Maurya. 1970. Weed control in fiel crops at Panthagar. İndia-Research Report 1968-9. Department of Agronomy, Up. Agr. Univ. Panthagar, Nainital, İndia Pans 116, 690-701.
Bilgili, A., İ. Kadıoğlu. 2003. Tokat ili ve çevresinde Patates tarlalarında ortaya çıkan yabancı ot türlerinin yoğunlukları, dağılımları ve yöredeki yabancı ot florasının belirlenmesi. Gaziosmanpaşa Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 20(2), 17-24.
Cotterman, J.C., L.L. Saari 1992. Rapid metabolic inactivation is the basis for cross-resistance to chlorsulfuron in diclofop-methyl-resistant rigid ryegrass (Lolium rigidum) Biotype SR4 ⁄ 84. Pest Biochem Physiol, 43, 182-192.
Doğan, M.N ve Albay, F. 2004. Tarım Alanlarında Sorun Olan Yabancı Otların Kimyasal Mücadelesinde Azaltılmış Herbisit Dozlarının Etkinliğinin Araştırılması TÜBİTAK, Proje No:2688.
Duke, S.O., S.B. Powles. 2008. Glyphosate: A once in a century herbicide. Sümer ve ark. Pest Manag Sci, 64(4), 319-325.
Güncan, A. 2006. Yabancı Otlar ve Mücadele Prensipleri. Selçuk Üniversitesi, Konya 238.
Horsch, R.B., Fry, J.E., Hoffmann, N.L., Eichholtz, D., Rogers, S.G.R., T. Fraley. 1985. A simple and general method for transferring genes into plants. Science 227: 1229-1231.
Jefferson, R.A., Kavanagh, T.A. and M.W. Bevan, M.W. 1987. GUS fusions: beta‐glucuronidase as a sensitive and versatile gene fusion marker in higher plants. The EMBO J, 6(13), 3901-3907.
Maqbool, A., Abbas, W., Rao, A.Q., Irfan, M., Zahur, M., Bakhsh, A., Riazuddin, S., T. Husnain. 2010. Gossypium arboreum GHSP26 enhances drought tolerance in Gossypium hirsutum L. Biotechnol Progress, 26, 21-25.
McCormick, S., Niedermeyer, J., Fry, J., Barnason, A., R. Horsch, R., R. Fraley. 1986. Leaf disc transformation of ultivated tomato (L. sculentum) using Agrobacterium tumefaciens. Plant Cell Rep, 5, 81-84.
McHughen, A., M.C. Jordan. 1989. Recovery of transgenic plants from “escape” shoots. Plant Cell Rep, 7, 611-614
Medd, R. W., Van De Ven, R. J., Pickering, D. I. and Nordblom, T. 2001. Determination of environment‐specific dose–response relationships for clodinafop‐propargyl on Avena spp., Weed Res, 41(4), 351-368, 2001.
Moss, S.R., R.E.L. Naylor. 2002. Herbicide-resistant weeds. Weed management handbook, 9, pp.225-252.
Nester, E.W. 2015. Agrobacterium: nature’s genetic engineer. Front Plant Sci, 5: 730.
Özcan, S ve M. Özgen. 1996. Bitki Genetik Mühendisliği. Kükem Dergisi, 69-95.
Özer, Z., Kadıoğlu, Ġ., Önen, H. and N. Tursun. 2001. Herboloji (Yabancı Ot Bilimi) Gaziosmanpaşa Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları, No:20 Kitap seri No:10 Tokat.
Padgette, S.R., H. Kolacz, X. Delannay and D.R. Re. 1995. Development, identification, and characterization of a glyphosate-tolerant soybean line. Crop Sci, 35, 1451-1461.
Posthuma Trumpie, G.A and A. Van Amerongen. 2009. Lateral flow (immuno) assay: its strengths, weaknesses, opportunities and threats. A literature survey”, Analytical and bioanalytical chemistry 393(2), pp.569-582.
Rao, A.Q., A. Bakhsh and T. Husnain. 2011. Phytochrome B mRNA expression enhances biomass yield and physiology of cotton plants. Afr J Biotechnol, 10, 1818-26.
Rao, C.K. 2005. Transgenic Bt technology 3, expression of transgenes. http://www.monsa nto.co.uk/news/uksho wlib.phtml ?uid=9304. Accessed 15 Ocak 2019
Reed, W.T., J.L. Saladin , J.C. Cotterman, M.M. Primiani and L.L. Saari. 1989. Resistance in weeds to sulfonylurea herbicides. Weed Sci, 37, 295-300.
Sahoo, K.K., Tripathi, A.K., Pareek, A., Sopory, S.K., S.L.S. Pareek. 2011. An improved protocol for efficient transformation and regeneration of diverse indica rice cultivars. Plant Methods, 7(1),49.
Serim, A.T., Y.G. Özdemir. 2012. Herbisit uygulamalarında kullanılan pülverizatör memelerinin damla büyüklük dağılımlarının belirlenmesi. Tarım Bilimleri Araştırma Dergisi, 5(2), 172-175.
Sohail, M.N., Karimi, S.M., Asad, S., Mansoor, S., Zafar, Y., Z. Mukhtar. 2012. Development of broad-spectrum insect-resistant tobacco by expression of synthetic cry1Ac and cry2Ab genes. Biotechnol Lett, 34(8),1553-1560.
Tepe, I. 1997. Türkiye’de tarım ve tarım dıĢı alanlarda sorun olan yabancı otlar ve mücadeleleri. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Yayınları No:32, Ziraat Fakültesi Yayınları No:18, Van. Turkish Statistical Institute 2017. Retrieved on March 8.
Üstüner. T., A. Güncan. 2003. Mekanik, Kimyasal ve Entegre Yabancı Ot Mücadelesi Yöntemlerinin Patates Verimi ve Yumru Çapı Üzerine Etkisi. Türkiye Herboloji Dergisi, 6(2), 9-20.
Zengin, H ve Güncan, A.1993. Erzurum ve yöresi patates dikim alanlarında sorun oluşturan yabancı otlar ve önemlilerinin topluluk oluşturma durumları üzerinde araştırmalar. Türkiye I. Herboloji Kongresi 3-5 Şubat, Adana, s: 193- 201.
Zhang, B.H., Liu, F., Liu, Z.H., Wang, H.M., C.B. Yao. 2001. Effects of kanamycin on tissue culture and somatic embryogenesis in cotton. Plant Growth Reg, 33, 137-149
Zoschke, A. 1994. Toward reduced herbicide rates and adapted weed management. Weed Technol, 8, 376-386.