Entomopatojen Nematod Heterorhabditis bacteriophora'nın Sıvı Kültürde Üretimi Sonrasında Oluşan Metabolitlerin Domates ve Buğday Bitkilerinin Dayanıklılığın Uyarılması Üzerine Etkisi ve Bazı Bitki Paraziti Nematodlara Karşı Mücadelede Kullanım Olanaklarının Araştırılması

Abstract

Entomopatojen nematodlar (EPN) Nemata şubesine bağlı, mikroskobik ölçülere sahip, toprak kökenli biyolojik mücadele etmenleridir. Uzun süredir tarımsal ürünlerde zararlı böceklere karşı kullanılan EPN’lerin son yıllarda tarımda daha farklı şekillerde de kullanılabileceği görülmüştür. EPN’lerin yaşamları boyunca birçok metabolit salgıladığı ve bu metabolitlerin bazılarının tür içi ve türler arası haberleşmede rol aldığı, bireylerin biyolojik gelişimi ve davranışlarını etkilediği bilinmektedir. Güncel çalışmalardan elde edilen bulgular, EPN metabolitlerinin bitkiler tarafından da algılandığını ve metabolize edildiğini göstermiştir. Örneğin EPN feromonları içinde bulunan ve askarosit adı verilen kimyasallar bazı bitkilere uygulandığında bitkilerin savunma sisteminin aktive olduğu ve uyarılmış dayanıklılık tekniğine benzer şekilde tarımsal zararlılara karşı mücadelede kullanılabileceği belirlenmiştir. Benzer şekilde EPN’lerin vücutlarında taşıdığı simbiyotik bakterilerin metabolitlerinin de nematisidal etkileri bilinmektedir. Bu sonuçlar, EPN ve simbiyotik bakterilerin metabolitlerini değerli kılmaktadır. EPN’lerin kitle üretimleri biyoreaktörler içerisinde sıvı kültürde yapılmaktadır. Üretim sırasında/sonunda hem EPN hem de simbiyotik bakteri metabolitleri bakımından oldukça zengin bir ürün oluşmaktadır. Ancak şu an için bu yan/atık ürün bertaraf edilmekte ve kullanılamamaktadır. Önerilen proje kapsamında Heterorhabditis bacteriophora türü EPN’nin sıvı kültürde üretimi yapılacak ve üretim sonunda metabolitlerce zengin bir ürün elde edilecektir. Elde edilen bu ürün daha sonra domates ve buğday bitkilerine hidroponik sistemde uygulanacak, bitkiler saksılara aktarıldıktan sonra domates bitkileri kök-ur nematodları, buğday bitkileri ise kök lezyon nematodları ile inoküle edilecektir. Denemeler sonrasında bitkilerin savunma sistemlerinde meydana gelmesi beklenen değişiklikler incelenecek ve bu yan/atık ürünün projede yer alan bitki paraziti nematodlara karşı mücadele kullanım olanakları belirlenecektir. Projenin son aşamasında da negatif kontrol ve en başarılı sonuca ulaşılan deneme gruplarından bitki örneği alınacak ve hizmet alımı şeklinde LCMS/MS analizi yapılacaktır. Bu sayede bitki savunma sistemi üzerinde görülmesi beklenen etki kimyasal analizle kanıtlanmaya çalışılacaktır. EPN metabolitlerinin bitkilerin savunma sistemi üzerindeki uyarıcı etkisi kullanılarak tarımsal zararlılarla mücadelede kullanımı konusu oldukça yeni ve az çalışılmış bir konudur. Sadece ülkemizde değil, dünya genelinde de EPN’lerin sıvı kültürde üretimleri sonrası geriye kalan ürünün değerlendirilmesi ile ilgili bir çalışmaya rastlanmamıştır. Simbiyotik bakterilerin çeşitli tarımsal zararlılar ve bitki paraziti nematodlara karşı doğrudan etkisi birçok çalışmada araştırılmış olsa da simbiyotik bakteri metabolitlerinin bitki savunma sistemi üzerindeki etkisini inceleyen bir çalışma da bulunamamıştır. Bu açılardan değerlendirildiğinde projenin özgün olduğu düşünülmektedir. Projede sekiz adet iş paketi bulunmaktadır ve 24 ayda bitirilmesi planlanmaktadır. Proje yürütücüsü ve araştırmacı uzun yıllardır EPN’lerin sıvı ve katı kültürde üretimleri üzerine araştırma yapmaktadır ve bu konuda tecrübelidir. Projede yer alması planlanan bursiyerler de proje ekibi ile bir süredir çalışmakta ve EPN çalışmaları konusunda tecrübeleri bulunmaktadır. Ek olarak proje fikrinin oluşturulmasında önemli katkılar sağlayan Prof. Dr. Edwin Lewis projede danışman olarak yer alacaktır. Proje çalışmalarında beklenen sonuçların elde edilmesi durumunda EPN’lerin üretimleri sonrasında bertaraf edilen yan/atık ürünün ziyan edilmesi engellenmiş olacak ve yüksek maliyetlere sahip olan EPN sıvı kültür üretimi sürecinde ek gelir getirebilecek bir ürün elde edilmesinin önü açılacaktır. Dahası, kimyasal ilaçlarla bile mücadelesi oldukça zor olan kök-ur ve kök lezyon nematodlarında karşı mücadelede kullanılabilecek doğal alternatif bir ürün elde edilebilecektir. Proje sonrasında kısa vadede ticari bir ürün elde ihtimali düşük görülse de yurt dışındaki benzer amaçlı ticari girişimler göz önüne alındığında gelecekte pestisit kullanımı azaltabilecek alternatif bir ürün geliştirilme potansiyeli bulunmaktadır.Entomopathogenic nematodes (EPN) are microscopic, soil-borne biological control agents belonging to the Nemata phylum. They have a long history of use in agriculture against insect pests, but recent research has uncovered new applications for these organisms. EPNs secrete metabolites throughout their lives, and some of these metabolites play a role in intra- and inter-species communication, influencing the biological development and behavior. Current studies have revealed that EPN metabolites are also metabolized by plants. For example, it has been determined that chemicals called ascarosides, found in EPN pheromones, can induce plant defense systems. This induction can be utilized in the management of agricultural pests, similar to the induced resistance technique. Similarly, the nematicidal effects of the symbiotic bacteria metabolites are well-documented. These findings underscore the value of metabolites produced by EPNs and the symbiotic bacteria. EPNs are mass-produced in liquid culture bioreactors. During or at the end of production, a product rich in metabolites is generated. However, at present, this by-product is disposed of and wasted. Within the scope of the proposed project, we will produce Heterorhabditis bacteriophora in a liquid culture, resulting in a product rich in metabolites. Subsequently, this product will be applied to tomato and wheat plants in a hydroponic system. After transplanting the plants into pots, we will inoculate the tomato plants with root-knot nematodes, while the wheat plants will be inoculated with root lesion nematodes. Following these trials, we will examine the expected changes in the defense systems of the plants and assess the potential use of this by-product/waste product in controlling plant parasitic nematodes, as envisioned in the project. In the project's final stage, we will collect plant samples from both the negative control and trial groups that yield the most promising results. We will then perform LCMS/MS analysis through a contracted service. This analysis aims to provide chemical evidence of the anticipated effects on the plant defense system. The use of EPN metabolites to control agricultural pests through their induction effect on the plant defense system is a relatively new and understudied subject. Not only in our country but also globally, there is a lack of research on the evaluation of the by-product resulting from EPN production in liquid culture. While various studies have investigated the direct effects of symbiotic bacteria on plant parasitic nematodes, there is a noticeable gap in research concerning the impact of symbiotic bacterial metabolites on the plant defense system. When considering these aspects, our project is believed to be highly original. The project consists of eight work packages and is scheduled to be completed in 24 months. The project manager and lead researcher have extensive experience in researching the production of EPNs in both liquid and solid cultures. The scholars slated to join the project have a history of collaboration with the project team and possess valuable expertise in EPN studies. Additionally, Prof. Dr. Edwin Lewis, who significantly contributed to the project's idea, will be the advisor. The successful outcomes of this project could lead to a significant reduction in waste generated from the disposal of by-products resulting from EPN production. Furthermore, it may open doors to the development of a value-added product, potentially generating additional income in the high-cost EPN liquid culture production process. Additionally, the project aims to explore a natural alternative product that can combat root-knot and root lesion nematodes, which are notoriously challenging to control even with chemical treatments. While the possibility of an immediate commercial product may be considered low, there is a potential for the development of an alternative product that could reduce reliance on pesticides.