Cornerstone ve GF-677 Anaçlarının Kuraklık Stresi Toleranslarının İn vitro Koşullarda Araştırılması

Abstract

Küresel ısınma ile kuraklığa dayanıklı anaçların kullanımı zorunlu hale gelmektedir.Bu çalışmada Cornerstone anacının kuraklık stresine tepkisi in vitro koşullarda değerlendirilmiş ve GF-677 anacı ile karşılaştırılmıştır. Bu amaçla, in vitro koşullarda MS besin ortamına farklı konsantrasyonlarda Polietilen Glikol 8000 (PEG 8000) eklenerek yapay kuraklık stresi oluşturulmuş ve uygulamayı takiben , anaçlarda eksplant başına sürgün sayısı, sürgün uzunluğu, sürgün taze ağırlığı, sürgün kuru ağırlığı, klorofil içeriği, yaprak turgor ağırlığı, nispi su içeriği ve prolin miktarı gibi özellikler incelenmiştir.PEG 8000 konsantrasyonu arttıkça, her iki anaçta sürgün sayısı ve sürgün uzunluğunda azalma yaşanmıştır. Artan PEG 8000 konsantrasyonlarında klorofil içeriğindeki azalma Cornerstone anacında daha az olurken, her iki anaçta da prolin içeriğinde artış kaydedilmiştir. Cornerstone anacı tüm PEG 8000 konsantrasyonlarında GF-677 anacından daha yüksek prolin seviyeleri biriktirmiştir. Düşük sürgün sayısı, stres altında sürgün uzunluğunda azalma, hem taze hem de kuru ağırlıklarda kontrollü artış, şiddetli kuraklık stresi altında kontrol bitkilerine eşdeğer kuru ağırlık, yüksek prolin seviyeleri ve klorofil içeriğinde önemsiz azalma, Cornerstone anacının kuraklık stresi koşullarına dirençli olduğunu göstermektedir. Çalışmanın sonucu, her iki anacın da farklı koşullar altında değişen seviyelerde kuraklığa direnç gösterdiğini ortaya koymaktadır. Türkiye için yeni bir seçenek olan Cornerstone anacı, kuraklığa eğilimli ortamlarda meyve yetiştiriciliği için uygun bir anaç olarak önerilmektedir.

Keywords

• anaç
• cornerstone
• doku kültürü
• GF677
• kuraklık

In Vitro Investıgatıon of Cornerstone and GF-677 Rootstocks Tolerance to Drought Stress Conditions

Abstract

With global warming, the use of drought-resistant rootstocks becomes mandatory. This study evaluated the drought stress response of Cornerstone rootstock under in vitro conditions and compared it with GF-677 rootstock. For this purpose, artificial drought stress was created by adding PEG 8000 at different concentrations to the MS nutrient medium under in vitro conditions, and following the PEG 8000 application, characteristics such as shoot number per explant, shoot length, shoot fresh weight, shoot dry weight, chlorophyll content, leaf turgor weight, relative water content, and proline amount were examined in the rootstocks. As PEG 8000 concentration increased, shoot number and shoot length decreased in both rootstocks. At higher PEG 8000 concentrations, Cornerstone rootstock showed a smaller decrease in chlorophyll content, while both rootstocks exhibited increased proline content. Cornerstone rootstock accumulated higher proline levels than GF-677 rootstock at all PEG 8000 concentrations.Fewer shoots, reduced shoot length, controlled increase in fresh and dry weights, stable dry weight under severe drought, higher proline levels, and minimal chlorophyll decrease indicate the Cornerstone rootstock's drought resistance. The study shows that both rootstocks exhibit different levels of drought resistance under varying conditions. Cornerstone, a new rootstock for Turkey, is recommended for fruit growing in drought-prone areas.

Keywords

• cornerstone
• drought
• GF677
• rootstock
• tissue culture

References

1. Aghaie, P., Tafreshi, S. A. H., Ebrahimi, M. A., Haerinasab, M., 2018. Tolerance evaluation and clustering of fourteen tomato cultivars grown under mild and severe drought conditions. Scientia Horticulturae. 232: 1–12.
2. Ahmed, C. B., Rouina, B. B., Boukhris, M., 2008. Changes in water relations, photosynthetic activity and proline accumulation in one-year-old olive trees (Olea europaea L. cv. Chemlali) in response to NaCl salinity. Acta Physiologiae Plantarum. 30: 553–560.
3. Akgül, G., 2019. Biber fidelerinde kuraklık ve tuz stresinin bitki gelişimi, besin maddesi içeriği, bazı biyokimyasal ve fizyolojik özellikleri üzerine etkisi (Yüksek lisans tezi). Atatürk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Erzurum, Türkiye.
4. Al Absi, K. M., 2005. Response of grapevine to irrigation with multicomponent electrolyte solutions in presence of chloride salinity. Pakistan Journal of Biological Sciences. 8(2): 318–325.
5. Arbona, V., Manzi, M., de Ollas, C., Gómez-Cadenas, A., 2013. Metabolomics as a tool to investigate abiotic stress tolerance in plants. International Journal of Molecular Sciences. 14(3): 4885–4911.
6. Arismendi, M. J., Almada, R., Pimentel, P., Bastias, A., Salvatierra, A., Rojas, P., Sagredo, B., 2015. Transcriptome sequencing of Prunus sp. rootstocks roots to identify candidate genes involved in the response to root hypoxia. Tree Genetics and Genomes. 11: 1–16.
7. Arji, A., Arzani, K., 2000. Growth response and profilin accumulation in three varieties of Iranian olive to drought stress. Journal of Agricultural Sciences. 10: 91–100.
8. Babalık, Z., Türk, F. H., Baydar, N. G., 2015. In vitro koşullarda su stresi altındaki Kober 5 BB asma anacında bazı fiziksel ve biyokimyasal değişimlerin belirlenmesi. Selçuk Tarım ve Gıda Bilimleri Dergisi, 27(Türkiye 8. Bağcılık ve Teknolojileri Sempozyumu Özel Sayısı), 552–561.

9. Barzegar, K., Yadollahi, A., Imani, A., Ahmadi, N., 2012. Influences of severe water stress on photosynthesis, water use efficiency and proline content of almond cultivars. Journal of Applied Horticulture. 14(1): 33–39.
10. Bates, L. S., Waldren, R. A., Teare, I. D., 1973. Rapid determination of free proline for water-stress studies. Plant and Soil. 39: 205–207.
11. Bertamini, M, Zulini, L., Muthuchelian, K., Nedunchezhian, N., 2007. Low night temperature effects on photosynthetic performance on two grapevine genotypes. Biologia Plantarum. 51: 381–385.
12. Bielsa, B., Hewitt, S., Reyes-Chin-Wo, S., Dhingra, A., Rubio-Cabetas, M. J., 2018. Identification of water use efficiency related genes in ‘Garnem’ almond-peach rootstock using time-course transcriptome analysis. PLoS ONE. 13(10): e0205493.
13. Bilir, H., İlhan, M., 2022. Kokulu üzümün (Vitis labrusca L.) kuraklık stresine toleransının PEG uygulamasıyla in vivo koşullarda belirlenmesi. Akademik Ziraat Dergisi. 11(2): 199–206.
14. Bohalima, A. A. O., 2017. Tuz ve kuraklık stresinin domates gelişimi üzerine etkileri (Yüksek lisans tezi). Kastamonu Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kastamonu, Türkiye.
15. Bolat, D. İ., İkinci, D., 2019. Meyvecilikte anaç kullanımı. I. Uluslararası Harran Multidisipliner Çalışmalar Kongresi (8–10 Mart 2019, Şanlıurfa, Türkiye).
16. Buhroy, S., Arumugam, T., Manivannan, N., Vethamoni, P. I., Jeyakumar, P., 2017. Correlation and path analysis of drought tolerance traits on fruit yield in tomato (Solanum lycopersicum L.) under drought stress condition. Chemical Science Review and Letters. 6(23): 1670–1676.
17. Burchell Nursery Inc., 2024. Cornerstone rootstock. https://www.burchellnursery.com/s/cornerstone-Flyer.pdf (20 Haziran 2024)
18. Çakır, A., 2011. Bağcılıkta abiyotik stres koşullarına yönelik melezlemelerden kuraklık ve tuz stresine toleranslı ümitvar tiplerin elde edilmesi (Doktora tezi). Ankara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, Türkiye.
19. Çakmakçı, R., 2009. Stres koşullarında ACC deaminaz üretici bakteriler tarafından bitki gelişiminin teşvik edilmesi. Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi. 40(1): 109–125.
20. Capell, T., Bassie, L., Christou, P., 2004. Modulation of the polyamine biosynthetic pathway in transgenic rice confers tolerance to drought stress. Proceedings of the National Academy of Sciences. 101(26): 9909–9914.
21. Carvalho, M., Matos, M., Castro, I., Monteiro, E., Rosa, E., Lino-Neto, T., Carnide, V., 2019. Screening of worldwide cowpea collection to drought tolerant at a germination stage. Scientia Horticulturae. 247: 107–115
22. Çelik, Ö., Ayan, A., Atak, Ç., 2017. Enzymatic and non-enzymatic comparison of two different industrial tomato (Solanum lycopersicum) varieties against drought stress. Botanical Studies. 58: 1–13.
23. Choudhary, N. L., Sairam, R. K., Tyagi, A., 2005. Expression of delta1-pyrroline-5-carboxylate synthetase gene during drought in rice (Oryza sativa L.). Indian Journal of Biochemistry and Biophysics. 42: 366–370.
24. Dajic, Z. 2006. Salt stress. In K. V. Madhava Rao, A. S. Raghavendra, K. Janardhan Reddy (Eds.), Physiology and molecular biology of stress tolerance in plants (pp. 41–99). Dordrecht: Springer Netherlands. https://doi.org/10.1007/1-4020-4225-6
25. Dolaş, M., Kılıç, S., 2008. Küresel ısınma ve GAP. Sulama Tuzlanma Konferansı, 169–176.
26. Dutra de Souza, J., de Andrade Silva, E. M., Coelho Filho, M. A., Morillon, R., Bonatto, D., Micheli, F., da Silva Gesteira, A., 2017. Different adaptation strategies of two citrus scion/rootstock combinations in response to drought stress. PLoS ONE. 12(5): e0177993.
27. Esan, V. I., Ayanbamiji, T. A., Adeyemo, J. O., Oluwafemi, S., 2018. Effect of drought on seed germination and early seedling of tomato genotypes using polyethylene glycol 6000. International Journal of Sciences. 7(2): 36–43.
28. Ghorbanli, M., Gafarabad, M., Amirkian, T., Allahverdi, M. B., 2013. Investigation of proline, total protein, chlorophyll, ascorbate and dehydroascorbate changes under drought stress in Akria and Mobil tomato cultivars. Iranian Journal of Plant Physiology. 3(2): 651–658.
29. Govindaraj, M., Shanmugasundaram, P., Sumathi, P., Muthiah, A. R., 2010. Simple, rapid and cost effective screening method for drought resistant breeding in pearl millet. Electronic Journal of Plant Breeding. 1(4): 590–599.
30. Gür, İ., 2018. Su stresi uygulamalarının bazı armut anaçlarında morfolojik ve biyokimyasal değişimlere etkisi (Doktora tezi). Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta, Türkiye.
31. Hamayat, N., Hafiz, I. A., Ahmad, T., Ali, I., Qureshi, A. A., 2020. Biochemical and physiological responses of peach rootstocks against drought stress. Journal of Pure and Applied Agriculture. 5(1): 82–89.
32. He, M., He, C. Q., Ding, N. Z., 2018. Abiotic stresses: General defenses of land plants and chances for engineering multistress tolerance. Frontiers in Plant Science. 9: 1771.
33. Hunt, L., Amsbury, S., Baillie, A. L., Movahedi, M., Mitchell, A., Afsharinafar, M., Swarup, K., Denyer, T., Hobbs, J. K., Swarup, R., Fleming, A. J., Gray, J. E.2017. Formation of the stomatal outer cuticular ledge requires a guard cell wall proline-rich protein. Plant Physiology. 42: 715–729.
34. İpek, M., 2015. In vitro şartlarda Garnem ve Myrobolan 29C anaçlarının kurak stresine karşı tepkilerinin belirlenmesi (Doktora tezi). Selçuk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya, Türkiye.
35. Jiménez Tarodo, S., Dridi, J., Gutiérrez del Pozo, D., Moret-Fernández, D., Irigoyen, J. J., Moreno Sánchez, M. Á., Gogorcena Aoiz, Y., 2013. Physiological, biochemical and molecular responses in four Prunus rootstocks submitted to drought stress. Tree physiology. 33(10): 1061-1075.
36. Karimi, S., Yadollahi, A., Nazari-Moghadam, R., Imani, A., Arzani, K., 2012. In vitro screening of almond (Prunus dulcis (Mill.)) genotypes for drought tolerance. Journal of Biological and Environmental Sciences. 6(18): 263–270.
37. Kaya, C., Ak, B. E., Higgs, D., 2003. Response of salt‐stressed strawberry plants to supplementary calcium nitrate and/or potassium nitrate. Journal of Plant Nutrition. 26(3): 543–560.
38. Khodarahmpour, Z., 2011. Effect of drought stress induced by polyethylene glycol (PEG) on germination indices in corn (Zea mays L.) hybrids. African Journal of Biotechnology. 10(79): 18222–18227.
39. Küden, A. B., Küden, A., Bayazit, S., Çömlekçioğlu, S., İmrak, B., Rehber Dikkaya, Y. 2000. Badem yetiştiriciliği. Ankara: TÜBİTAK-TARP Yayınları.
40. Kuşvuran, Ş., Daşgan, H. Y., 2017a. Effects of drought stress on physiological and biochemical changes in Phaseolus vulgaris L. Legume Research. 40(1): 55–62.
41. Kuşvuran, Ş., Daşgan, H. Y., 2017b. Drought induced physiological and biochemical responses in Solanum lycopersicum genotypes differing tolerance. Acta Scientiarum Polonorum Hortorum Cultus. 16(6): 19–27.
42. Lawlor, D. W., Cornic, G., 2002. Photosynthetic carbon assimilation and associated metabolism in relation to water deficits in higher plants. Plant, Cell & Environment. 25(2): 275–294.
43. Manoj, K., Uday, D., 2007. In vitro screening of tomato genotypes for drought resistance using polyethylene glycol. African Journal of Biotechnology. 6(6).
44. Meşe, N., Tangolar, S., 2019. Bazı Amerikan asma anaçlarının kurağa dayanımının in vitro’da polietilen glikol kullanılarak belirlenmesi. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Tarım Bilimleri Dergisi. 29(3): 466–475.
45. Mishra, A. K., Singh, V. P., 2011. Drought modeling–A review. Journal of Hydrology. 403(1–2): 157–175.
46. Mohammadkhani, N., Heidari, R., 2008. Water stress induced by polyethylene glycol 6000 and sodium. Pakistan Journal of Biological Sciences. 2(1): 92–97.
47. Moustakas, M., Sperdouli, I., Kouna, T., Antonopoulou, C. I., Therios, I., 2011. Exogenous proline induces soluble sugar accumulation and alleviates drought stress effects on photosystem II functioning of Arabidopsis thaliana leaves. Plant Growth Regulation. 65: 315–325.
48. Murashige, T., Skoog, F., 1962. A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum. 15(3): 473–497.
49. Nahar, K., Ullah, S., 2018. Drought stress effects on plant water relations, growth, fruit quality and osmotic adjustment of tomato (Solanum lycopersicum) under subtropical condition. Asian Journal of Agricultural and Horticultural Research. 1(2): 1–14.
50. Noori, M., Azar, A. M., Saidi, M., Panahandeh, J., Haghi, D. Z., 2018. Evaluation of water deficiency impacts on antioxidant enzymes activity and lipid peroxidation in some tomato (Solanum lycopersicum L.) lines. Indian Journal of Agricultural Research. 52(3): 228–235.
51. O’Connell, M., Stefanelli, D., 2018. Effects of rootstock and crop load management on yield and fruit quality of early-season nectarine ‘Rose Bright’ and late-season peach ‘September Sun’. In XXX International Horticultural Congress IHC2018: International Symposium on Cultivars, Rootstocks and Management Systems, 1281, 121–130.
52. Osmolovskaya, N., Shumilina, J., Kim, A., Didio, A., Grishina, T., Bilova, T., ... Wessjohann, L. A., 2018. Methodology of drought stress research: Experimental setup and physiological characterization. International Journal of Molecular Sciences. 19(12): 4089.
53. Qados, A. M. A., 2011. Effect of salt stress on plant growth and metabolism of bean plant Vicia faba (L.). Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences. 10(1): 7–15.
54. Saed-Moucheshi, A., Heidari, B., Zarei, M., Emam, Y., Pessarakli, M., 2013. Changes in antioxidant enzymes activity and physiological traits of wheat cultivars in response to arbuscular mycorrhizal symbiosis in different water regimes. Iran Agricultural Research. 31(2): 35–50.
55. Sanchez, F. J., De Andres, E. F., Tenorio, J. L., Ayerbe, L., 2004. Growth of epicotyls, turgor maintenance and osmotic adjustment in pea plants (Pisum sativum L.) subjected to water stress. Field Crops Research. 86(1): 81–90.
56. Sandhu, D., Kaundal, A., Acharya, B. R., Forest, T., Pudussery, M. V., Liu, X., Suarez, D. L., 2020. Linking diverse salinity responses of 14 almond rootstocks with physiological, biochemical, and genetic determinants. Scientific Reports. 10(1): 21087.
57. Sharma, M. K., Joolka, N. K., 2004. Screening of almond rootstocks for drought tolerance. Horticultural Journal. 17(3): 191-197.
58. Şimşek, Ö., Dönmez, D., Kaçar, Y., 2018. Bazı turunçgil anaçlarının in vitro kuraklık stresi koşullarında performanslarının araştırılması. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Tarım Bilimleri Dergisi. 28(3): 305–310.
59. Sivritepe, N., Erturk, U., Yerlikaya, C., Turkan, I., Bor, M., Ozdemir, F., 2008. Response of the cherry rootstock to water stress induced in vitro. Biologia Plantarum. 52: 573–576.
60. Slaughter, J. K., Gerdts, T. J., 2010. Prunus rootstock Cornerstone plant patent [Patent]. United States Patent and Trademark Office. https://patents.google.com/patent/USPP21248P2/en (21 Ocak 2024)
61. Stylinanides, D. C., Tsipourides, C. G., Michailides, Z. S., 1988. Resistance to iron deficiency of five peach rootstocks. In II International Peach Symposium. 254: 185–188.
62. Wang, C., Zhou, L., Zhang, G., Xu, Y., Gao, X., Jiang, N., Shao, M., 2018. Effects of drought stress simulated by polyethylene glycol on seed germination, root and seedling growth, and seedling antioxidant characteristics in Job’s tears. Agricultural Sciences. 9(8): 991–1006.
63. Webster, A. D., 2002. Current approved thinning strategies for apples and pears and recent thinning research trials in Europe. The compact fruit tree. 35(3): 73-76
64. Yağmur, Y., 2008. Farklı asma (Vitis vinifera L.) çeşitlerinin kuraklık stresine karşı bazı fizyolojik ve biyokimyasal tolerans parametrelerinin araştırılması (Yüksek lisans tezi). Ege Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Izmir, Türkiye.