Bilgi Bankası

Kitosanaz

Kitosanaz, bitkilerde kitosan (deasetillenmiş kitin) polimerini parçalayan hidrolitik bir enzimdir.
Temel reaksiyon:

Kitosan+H2O→Kito−oligosakkaritlerKitosan + H₂O → Kito-oligosakkaritler

Bu enzim, hücre duvarı savunması, patojen algılama, indüklenmiş sistemik direnç (ISR) ve biyolojik stres yanıtı gibi süreçlerde aktif görev alır.

Arpada kitosanaz, genellikle patojen saldırısına karşı PR (Pathogenesis-Related) proteinleri ile birlikte üretilir.

Biyosentezi ve Lokalizasyonu

  • Arpada HvCsn1, HvCsn2, HvCsn3 genleri tanımlanmıştır.

  • Enzim sentezi özellikle:

    • Kök epidermisi ve korteks dokularında,

    • Yaprak mezofilinde,

    • Tohum kabuğunda aktifleşir.

  • Biyosentezi jasmonat (JA), salisilik asit (SA) ve etilen (ET) hormonları tarafından uyarılır.

Fizyolojik Rolleri

Süreç Rol Tarımsal Önemi
Patojen savunması Fungal hücre duvarındaki kitosanı parçalar Mantar enfeksiyonlarına direnç
ISR (İndüklenmiş sistemik direnç) Sinyal molekülleri üretir (kito-oligosakkaritler) Bitki bağışıklığının uyarılması
Antioksidan dengeleme ROS üretimini düzenler Stres toleransı
Hücre duvarı modifikasyonu Patojen giriş bölgesinde sertleşme Mekanik dayanıklılık artışı
Tohum yüzeyi koruması Antimikrobiyal etki Depo çimlenme oranının korunması

Arpada Özel Rolü

  • Fungal enfeksiyon (ör. Fusarium, Rhynchosporium, Helminthosporium) sırasında kitosanaz aktivitesi ilk 6 saatte belirgin şekilde artar.

  • Arpada kitosanazlar, β-1,3-glukanaz ve kitinaz ile sinerjistik çalışır.

  • HvCsn2 geni özellikle JA ve SA uygulamalarıyla 5–6 kat daha fazla eksprese olur.

  • Kitosanaz aktivitesi, hücresel Ca²⁺ sinyali ile doğrudan bağlantılıdır.

Aktiviteyi Etkileyen Faktörler

Faktör Artırıcı Etki Baskılayıcı Etki Açıklama
pH 5.0–6.5 optimum <4.5 veya >7.5 → ↓ Asidik ortamda maksimum
Sıcaklık 30–40 °C optimum >50 °C → ↓ Termal stabilite sınırlı
Hormonlar JA, SA, ET → ↑ ABA → ↓ Savunma yanıtı ilişkili
Patojen teması Fungal etmenler → ↑ Steril ortam → düşük İndüklenebilir savunma enzimi
Kitosan uygulaması Doğrudan aktivasyonu artırır Yokluğunda düşüktür Pozitif geri bildirim
Metal iyonları Ca²⁺, Mg²⁺ stabilize eder Cu²⁺, Hg²⁺ inhibe eder Enzim stabilitesi etkilenir

Eksiklik ve Fazlalık Belirtileri
Durum Belirti Sonuç
Eksiklik Artan fungal duyarlılık Hücre duvarı zayıflar
Fazlalık Aşırı ROS üretimi Hücresel stres
Dengesiz aktivite Savunma sinyali dengesizliği Enerji kaybı veya dokusal hasar

Uygulama Alanları

1. Biyolojik Savunma Yönetimi:

  • Kitosanaz aktivitesi, bitki savunma tepkisinin biyokimyasal göstergesidir.

  • Yaprak veya tohum üzerine kitosan uygulamaları, bu enzimin doğal sentezini uyarır.

2. Biyopestisit ve Bitki Koruma Formülasyonları:

  • Kitosanaz indüksiyonu, mantar enfeksiyonlarının erken baskılanmasında etkilidir.

  • Özellikle Fusarium spp. ve Alternaria spp. enfeksiyonlarında etkilidir.

3. Hasat Sonrası Koruma:

  • Kitosanaz aktivitesi yüksek hatlarda depolama küflerine karşı dayanıklılık artar.

Diğer Enzimlerle Karşılaştırmalı Rol

Enzim Rol Kitosanaz ile İlişki
Kitinaz Kitini parçalayan enzim Kitosanaz ile paralel savunma rolü
β-1,3-glukanaz Glukan yapıları yıkar Sinerjik antifungal etki
PAL (Fenilalanin Amonyak Liyaz) Fenolik savunma bileşikleri üretir Kitosanaz indüksiyonunu destekler
POD (Peroksidaz) Lignifikasyon sağlar Savunma bölgelerini güçlendirir
SOD / CAT / APX ROS kontrolü Kitosanazın tetiklediği oksidatif yanıtı dengeler

Araştırma Bulguları

  • Türkiye (Konya, Bursa): Fusarium inokülasyonu sonrası kitosanaz aktivitesi 8 saat içinde 3 kat artmıştır.

  • İran: Tuz stresi altında kitosan + JA uygulamasıyla HvCsn1 transkripsiyonu %200 artmıştır.

  • Çin: Transgenik arpalarda HvCsn2 aşırı ekspresyonu, fungal enfeksiyon oranını %45 azaltmıştır.

  • İspanya: Kitosan uygulaması, arpa yapraklarında fenolik içerik ve POD aktivitesini %30 artırmıştır.

Aktiviteyi Artıran Faktörler

  • Kitosan uygulamaları (0.1–0.2%)

  • Jasmonat, salisilik asit, etilen

  • Orta sıcaklık (30–35 °C)

  • Ca²⁺ ve Mg²⁺ varlığı

  • Hafif fungal stres (priming etkisi)

Aktiviteyi Baskılayan Faktörler

  • ABA ve düşük sıcaklık

  • Ağır metaller (Hg, Cu, Pb)

  • Aşırı ısı (>45 °C)

  • Uzun süreli oksidatif stres

  • Yüksek pH ortamı (>8)

Teknik Değerlendirme

  • Kitosanaz, arpada biyotik stres savunmasının en kritik hidrolaz enzimlerinden biridir.

  • Aktivitesi, JA–SA sinyal ağıyla düzenlenir ve kitinaz + β-glukanaz ile sinerji oluşturur.

  • Yüksek kitosanaz aktivitesi:

      • Fungal dayanıklılık, fenolik savunma, doku sağlamlığı

    • – Aşırı ROS üretimi riski

  • SOD–POD–PAL–Kitosanaz zinciri, oksidatif savunma ve lignifikasyon süreçlerinin biyokimyasal temelidir.

Optimum koşullar:

  • pH: 5.5–6.5

  • Sıcaklık: 30–35 °C

  • Hormon dengesi: JA ve SA yüksek, ABA düşük olmalıdır.

İlaç Önerileri