The Effect of Different Chemical Mutagen Treatments on In Vitro Seed Germination and Plant Development in Sesame (Sesamum indicum L.)

Öz

Sesame (Sesamum indicum L.) is one of the oldest known oilseed plants and possesses high oil stability due to natural antioxidants such as sesamolin, sesamin, sesamol, and alpha-tocopherol. Despite its high quality characteristics, the most significant factor hindering the development of sesame farming worldwide is its low yield. To address this need, the development of high-yield varieties is crucial. The use of biotechnological methods, such as mutation breeding, in sesame breeding provides a significant advantage in generating variations. In this study, seeds of the TANAS sesame variety obtained from the Aegean Agricultural Research Institute were treated with three different concentrations of Ethyl Methanesulfonate (EMS) (0.0% control, 1.0%, 1.5%, and 2.0%) and three different concentrations of Sodium Azide (SA) (1.0%, 1.5%, and 2.0%) solution at 18-24°C for 4 hours. After the treatments, the seeds were planted in Murashige and Skoog (MS, 1962) nutrient medium. Measurements revealed that both mutagens induced phenotypic variation compared to the control group, with higher doses of SA generating more variation, while lower doses of EMS proved to be more effective as a mutagen.

Anahtar Kelimeler

• Sesame
• Sesamum indicum
• mutation
• tissue culture

Susamda (Sesamum indicum L.) Farklı Kimyasal Mutagen Uygulamalarının In Vitro Tohum Çimlenmesi ve Bitki Gelişimi Üzerine Etkisi

Öz

Susam (Sesamum indicum L.) tarihte bilinen en eski yağlı tohumlu bitkilerden biri olup doğal antioksidanlar olan sesamolin, sesamin, sesamol ve alfa-tokoferol sayesinde yüksek yağ stabilitesine sahiptir. Üstün kalite özelliklerine rağmen, dünyada susam tarımının gelişmesini engelleyen en önemli faktör düşük verimdir. Sektörün bu ihtiyacını karşılamak üzere yüksek verimli çeşitlerin geliştirilmesi önem taşımaktadır. Susam ıslahında mutasyon ıslahı gibi biyoteknolojik yöntemlerin kullanılması, varyasyonların oluşturması açısından büyük avantaj sağlamaktadır. Çalışmada Ege Tarımsal Araştırma Enstitüsü’nden temin edilen TANAS susam çeşidi tohumları kullanılarak farklı mutagen dozlarının etkilerini izlemek ve mutasyon ıslahında doz tayinine yardımcı olmak için %0,0 (kontrol) ve %1,0, %1,5 ve %2,0 olmak üzere 3 farklı konsantrasyonda Etil Metansülfonat (EMS) ve %1,0, %1,5 ve %2,0 olmak üzere 3 farklı konsantrasyonda Sodyum Azid (SA) çözeltisinde (18-24 °C) 4 saat süre ile muamele edilmiştir. Uygulama sonrası tohumların ekimi Murashige and Skoog (MS, 1962) besin ortamına yapılmıştır. Yapılan ölçümler sonucunda her iki mutagenin de kontrol grubuna göre fenotipik çeşitlilik sağladığı, %2,0 SA uygulamasında daha fazla varyasyon yarattığı, buna karşılık %1,0 EMS dozunun mutagen olarak daha etkili olduğu sonucuna varılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Susam
• Sesamum indicum
• mutasyon
• doku kültürü

Kaynakça

1. Abe, A. S. Kosugi, K.Yoshida, S. Natsume, H. Takagi, H. Kanzaki, H. Matsumura, K. Yoshida, C. Mitsuoka, M. Tamiru, H. Innan, L. Cano, S. Kamoun, and R. Terauchi. 2012. Genome sequencing reveals agronomically important loci in rice using MutMap. Nat. Biotechnol. 30: 174–178.
2. Abubakar, D., and S. Abdul. 2021. Effects of Para-Dichlorobenzene and sodium azide on germination and seedling growth of sesame (Sesamum indicum L.). FUDMA Journal of Sciences 5(2): 203–207.
3. Ashish, R., H.R. Nandkishor, and W. Prashant. 2011. Effect of sodium azide and gamma rays treatments on percentage germination, survival, morphological variation, and chlorophyll mutation in okra (Abelmoschus moschatus L.). International Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences 3 (5).
4. Baydar, H. 2005. Susamda (Sesamum indicum L.) verim, yağ, oleik ve linoleik tipi hatların tarımsal ve teknolojik özellikleri. Akdeniz University Journal of the Faculty of Agriculture 18 (2): 267-272.
5. Begum, T., and Dasgupta, T, 2010. A comparison on the effect of physical and chemical mutagenic treatments in sesame (Sesamum indicum L.). Genet. Mol. Biol. 33: 761-766.
6. Brar, G. S., and K. L. Ahuja. 1979. Sesame: its culture, genetics, breeding and biochemistry. Annual reviews of plant sciences 1: 245-313.
7. Dhakshanamoorthy, D., R. Selvaraj, and A. Chidambaram. 2010. Physical and chemical mutagenesis in Jatropha curcas L. to induce variability in seed germination, growth, and yield traits. Romanian Journal of Biology 55 (2): 113–125.
8. Freisleben, R., and A. Lein. 1944. Möglichkeiten und praktische Durchführung der Mutationszüchtung. Kühn-Arhiv 60:211-222.

9. JMP. 2005. JMP SAS Statistical Analysis System. Cary, North Carolina, USA.
10. Lamo, K., D. J. Bhat, K. Kour, and S. P. S. Solanki. 2017. Mutation studies in fruit crops: a review. Int. J Curr Microbiol Appl. Sci. 6 (12): 3620-3633.
11. Memiş, A. A., M. Aldemir, U. Özer, K.N. Karlık ve E. Serin. 2022. Ege Bölgesi Susam Araştırmaları Projesi 2022 Gelişme Raporu.
12. Montalván, R., and A. Ando. 2005. Effect of gamma-radiation and sodium azide on quantitative characters in rice (Oryza sativa L.). Genetics and Molecular Biology 2: 117–126.
13. Murashige, T., and F. Skoog. 1962. A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures. Physiologia plantarum 15(3).
14. Nei, M. 2007. The new mutation theory of phenotypic evolution. Proceedings of the National Academy of Sciences 104 (30): 12235-12242.
15. Owais, W.M. and A. Kleinhofs. 1988. Metabolic activation of the mutagen azide in biological systems. Mutation Research 197: 313–323.
16. Pius, J., L. George, S. Eapen, and P. Rao. 1994. Evaluation of somaclonal and mutagen-induced variation in finger millet. Plant Breeding 112 (3): 239–243.
17. Pour, A. H. 2016. Kimyasal mutagen uygulamalarının buğdayda bazı in vitro karakterler ve kuraklığa tolerans üzerine etkileri. Doktora Tezi. Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Erzurum.
18. Raina, A., R. A. Laskar, S. Khursheed, R. Amin, Y. R. Tantray, K. Parveen, and S. Khan. 2016. Role of mutation breeding in crop improvement-past, present and future. Asian Research Journal of Agriculture 2: 1-13.
19. Seçer, A. 2016. Türkiye’de susam üretim ve dış ticaretinde gelişmeler. Çukurova Tarım ve Gıda Bilimleri Dergisi 31: 27–36.
20. Sharma, L. K., M. Kaushal, M. I. S. Gill, and S. K. Bali. 2013. Germination and survival of Citrus jambhiri seeds and epicotyls after treating with different mutagens under in vitro conditions. Middle-East J. Sci. Res. 6(2): 250-255.
21. Shikata, M., K. Hoshikawa, T. Ariizumi, N. Fukuda, Y. Yamazaki, and H. Ezura. 2016. TOMATOMA update: Phenotypic and metabolite information in the Micro-Tom mutant resource. Plant Cell Physiol. 57 e11.
22. Shirasawa, K., H. Hirakawa, T. Nunome, S. Tabata, and S. Isobe. 2016. Genome-wide survey of artificial mutations induced by ethyl methanesulfonate and gamma rays in tomato. Plant Biotechnol. J.14: 51–60.
23. Tan, A. Ş. 2011. Bazı susam çeşitlerinin Menemen koşullarında performansları. Anadolu Ege Tarımsal Araştırma Enstitüsü Dergisi 21 (2): 11-28.
24. TÜİK. 2024. Türkiye İstatistik Kurumu.2023 Susam Tarımsal Verileri
25. Uttarde, R. B., S. N. Bolbhat, N. B. Admuthe, V. S. Kumavat, and A. K. Bhor. 2020. Induced mutations in sesame (Sesamum indicum L.). International Journal of Creative Research Thoughts 8 (3).
26. Van, K., H. J. Jang, Y.-E. Jang, and Lee, S.-H. 2008. Regeneration of plants from EMS-treated immature embryo cultures in soybean (Glycine max (L.) Merr.). Journal of Crop Science and Biotechnology 11: 119–126.
27. Yali W., and T. Mitiku. 2022. Mutation Breeding and Its Importance in Modern Plant Breeding. *Journal of Plant Sciences, 10 (2): 64-70.
28. Zhang, N., S. Wang, X. Zhang, Z. Dong, F. Chen, and D. Cui. 2016. Transcriptome analysis of the Chinese bread wheat cultivar Yunong 201 and its ethyl methanesulfonate mutant line. Gene 575: 285–293.