Bilgi Bankası

β-1 3-glukanaz

β-1,3-Glukanaz, bitkilerde β-1,3-glukan zincirlerini hidrolize ederek glukoz veya kısa glukan oligomerleri oluşturan bir hidrolitik savunma enzimi grubudur.
Temel reaksiyon:

β-1,3-glukan+H2O→glukoz+oligo−glukanlarβ ext{-}1,3 ext{-}glukan + H₂O → glukoz + oligo-glukanlar

Bu enzim, hücre duvarı savunması, patojen algılama, indüklenmiş sistemik direnç (ISR) ve programlanmış hücre ölümü (PCD) süreçlerinde etkilidir.

Biyosentezi ve Lokalizasyonu

  • Arpada HvBgl1–HvBgl6 gen ailesi tarafından kodlanır.

  • Enzim sentezi özellikle:

    • Yaprak epidermisi,

    • Kök korteksi,

    • Aleuron tabakası,

    • Tohum kabuğu ve embriyo dokularında görülür.

  • β-1,3-Glukanazlar genellikle JA, SA ve ET hormonlarıyla uyarılır ve PR-2 (Pathogenesis-Related protein-2) sınıfına girer.

Fizyolojik Rolleri

Süreç Rol Tarımsal Önemi
Patojen savunması Mantar hücre duvarındaki β-glukanları parçalar Enfeksiyonun yayılmasını durdurur
ISR aktivasyonu Glukan parçaları savunma sinyali üretir Sistemik bağışıklığı tetikler
Çimlenme Aleuron duvarlarının parçalanması Amilazların difüzyonunu kolaylaştırır
Senesens Hücre duvarı çözünmesi Besin geri taşınması
Kitosanaz ve Kitinaz ile sinerji Patojen yıkımında birlikte etki Antifungal güç artışı

Arpada Özel Rolü

  • Arpada β-1,3-glukanaz, özellikle Fusarium, Rhynchosporium ve Blumeria türlerine karşı savunmada aktiftir.

  • HvBgl2 ve HvBgl4 genleri, enfeksiyondan sonraki ilk 12 saatte 10 kata kadar eksprese olabilir.

  • Aleurom tabakasında, çimlenme sırasında GA₃ uygulaması enzimi uyarır ve endosperm duvarlarının çözülmesine katkı sağlar.

  • HvBgl6 izoformu, kuraklıkta reaktif oksijen kontrolünde görev alır.

Aktiviteyi Etkileyen Faktörler

Faktör Artırıcı Etki Baskılayıcı Etki Açıklama
pH 5.0–6.5 optimum >7.5 → ↓ Asidik ortamda daha aktif
Sıcaklık 30–40 °C optimum >50 °C → ↓ Termal stabilite sınırlı
Hormonlar JA, SA, ET → ↑ ABA → ↓ Savunma ve stres ilişkili
Kitosan uygulaması Uyarıcı etki Yokluğunda düşük aktivite Savunma indüksiyonu
Patojen teması Aktive eder Steril koşullarda düşük PR-2 proteinidir
Metal iyonları Ca²⁺ stabilize eder Cu²⁺, Hg²⁺ inhibe eder Yapısal denge etkisi

Eksiklik ve Fazlalık Belirtileri
Durum Belirti Sonuç
Eksiklik Artan fungal enfeksiyon riski Hücre duvarı zayıflığı
Fazlalık Hücre duvarında aşırı çözülme Mekanik savunma zafiyeti
Yetersiz JA/SA dengesi Yavaş savunma yanıtı Enfeksiyon ilerlemesi

Uygulama Alanları

1. Biyolojik Savunma Yönetimi:

  • β-1,3-glukanaz aktivitesi, mantar enfeksiyonuna karşı erken uyarı göstergesidir.

  • Kitosan veya salisilik asit uygulamaları, PR-2 aktivasyonunu artırır.

2. Hasat Sonrası Koruma:

  • β-1,3-glukanaz aktivitesi yüksek hatlar, depo mantarlarına (Aspergillus, Penicillium) karşı dayanıklıdır.

3. Moleküler Islah:

  • HvBgl2 yüksek ekspresyonlu arpa hatları, fungal dayanıklılıkta %40’a varan artış sağlar.

Diğer Enzimlerle Karşılaştırmalı Rol

Enzim Rol β-1,3-Glukanaz ile İlişki
Kitinaz Kitin yıkar Mantar hücre duvarını birlikte hedef alır
Kitosanaz Kitosanı yıkar Paralel antifungal mekanizma
PAL Fenolik savunma bileşikleri üretir Glukanaz yanıtını güçlendirir
POD / PPO Lignifikasyon ve fenol oksidasyonu Savunma güçlendirmesi
SOD / CAT / APX ROS kontrolü Glukanazla eşzamanlı oksidatif savunma

Araştırma Bulguları

  • Türkiye (Konya, Bursa): Blumeria graminis inokülasyonunda β-1,3-glukanaz aktivitesi 24 saatte 5 kat artmıştır.

  • İran: JA uygulamasıyla HvBgl4 ekspresyonu %300 artmıştır.

  • Çin: Transgenik HvBgl2 aşırı ekspresyonlu arpalarda Fusarium dayanıklılığı %45 yükselmiştir.

  • İspanya: Kitosan + SA kombinasyonu, β-1,3-glukanaz aktivitesini %60 oranında artırmıştır.

Aktiviteyi Artıran Faktörler

  • JA, SA ve ET hormonları

  • Kitosan ve salisilik asit uygulamaları

  • Hafif patojen teması

  • Ca²⁺ ve Mg²⁺ iyonları

  • Orta sıcaklık ve pH 5.5–6.5

Aktiviteyi Baskılayan Faktörler

  • ABA birikimi

  • Yüksek pH (>7.5)

  • Uzun süreli oksidatif stres

  • Düşük sıcaklık (<10 °C)

  • Ağır metaller (Cu, Hg, Pb)

Teknik Değerlendirme

  • β-1,3-Glukanaz, arpada biyotik stres savunmasının çekirdek enzimlerinden biridir.

  • Kitosanaz + Kitinaz + β-1,3-Glukanaz üçlüsü, mantar hücre duvarını hedef alarak entegre antifungal savunma sağlar.

  • Yüksek aktivite:

      • Erken patojen tanıma, hücre duvar güçlenmesi

    • – Aşırı durumlarda dokusal yumuşama riski

  • HvBgl2–HvCsn1–HvChit1 gen kombinasyonu, ileri düzey dayanıklılık seçiliminde kullanılabilir.

Optimum koşullar:

  • pH: 5.5 ± 0.5

  • Sıcaklık: 30–35 °C

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

İlaç Önerileri