Bitki Stem Hücrelerinde Bulunan Protein Kompleksi, Hücre Bölünmesini ve Stres Faktörlerine Verilen Yanıtları Düzenliyor
CRAG’daki CSIC’lı biyolog Ana I. Caño Delgado ve Barselona Üniversitesi’nden fizikçi Marta Ibañes tarafından yönetilen multidisipliner çalışma; kökün doğru bir şekilde gelişmesinde rol almasıyla bilinen ve stem hücrelerinde bulunan iki proteini aydınlattı. İki farklı alana mensup araştırmacı tarafından yürütülen ve on beş yıllık sürekli araştırmaların sonucu olan bu yayımda; BRAVO ve WOX5 olarak bilinen bu iki proteinin küçük bir stem hücresi grubunda belirli bir şekilde hareket ettiği ve bitkilerin aşırı soğuk, sıcak, sel gibi çevresel ve genomik stres faktörleri altında gerçekleştirdikleri etkileşimlerde hayati bir rol oynadığı ispatlanmıştır. Model organizma olan Arabidopsis thaliana üzerinde yapılan çalışmalar sonucunda elde edilen bilgiler yakın zamanda yüksek impact faktörlü bir dergi olan Molecular Systems Biology dergisinde yayımlandı.
Bu çalışmanın sonuçları da tıpkı BRAVO ve WOX5 proteinlerinin düzgün ve senkronize çalışmabilmesi için birbirlerine ihtiyaç duyduğu gibi multidisipliner bir araştırma ekibi tarafından sağlanan bilgi ve birikimle elde edilebilmiştir.
Ana I. Caño Delgado, “Kendi ekibim(sadece biyolojik bilimlerden oluşan ekip) ve bizden önce bu alanda çalışmalar yapan ekipler, bu proteinlerden birinin kaybının (BRAVO veya WOX5’in kaybı) kökte ki stem hücrelerinin bölünmesine yol açtığını göstermiştir. Ancak bu proteinlerin hücre bölünmesi ve diğer hücresel mekanizmalarla olan moleküler bağlantıları henüz anlaşılamamıştı.” Şeklinde açıklama da bulunuyor.
UB Enstitüsü Karmaşık Sistemler araştırmacısı olan Marta Ibañes “Genel olarak genetik düzenlemeler, sezgisel olmayan ve yalnızca matematiksel modeller ve bilgisayar simülasyonları ile anlaşılabilen bir karmaşıklık içermektedirler. Bu çalışma için geliştirdiğimiz matematiksel modeller, CRAG ekibi tarafından toplanan verilerin anlamlandırılmasını mümkün kılmıştır.” Diyor.
Geliştirilen bu yeni matematiksel modeller, in silico deneylere izin vererek; bitkiler üzerinde yapılan hormon uygulamalarının etkisini veya stres durumlarında bitkilerin verebileceği olası tepkilerin, stem hücrelerinde oluşturabileceği değişiklikleri varsayımsal olarak hesaplayabilecektir.
Suskun Merkez: Stem Hücresi Deposu
Bitkilerin primer kökünün ucunda, onlara sonsuz büyüme yeteneği veren bir dizi hücre bulunmaktadır. Bu hücrelerin çoğu hızlı bir şekilde bölünerek; diğer kök hücreleri, epidermis veya vasküler doku gibi kökün dokularını oluşturan farklı hücreleri oluşturur. Ancak bu hücrelerin bir ucunda daha yavaş bölünen birkaç stem hücresi vardır; bu nedenle bu hücrelerin bulunduğu bölgeye “suskun merkez”(bknz: Botanik, Bitki Biyolojisine Giriş, James D. Mauseth, 2012) adı verilir.
Bir hücre bölünebilmek için genetik materyalini her kopyaladığında; replikasyon hatalarının oluşması ve oluşan bu hataların organizma için olumsuz sonuçlara yol açabileceği mutasyonlar mevcuttur. Bu mutasyonların oluşturabileceği hataları önlemek amacıyla, suskun merkezde bulunan stem hücreleri genetik olarak güvenli hücrelerden oluşan bir rezervuarı temsil eder; kısaca bu bölge bitki için hayat sigortası görevi görür. Gerekirse, bu hücreler “uyanabilir” ve bölünerek mutasyon sonucu oluşan hücrelerin yerlerini alabilir.
Bu suskun merkezdeki hücrelerde bulunan BRAVO ve WOX5 proteinlerinin asıl ve elzem görevi; hücre bölünmesini bastırmaktır.
Doktora sırasında yaptığı deneylerle çalışmanın sürdürülmesinde ve makalenin ilk yazarı olan Isabel Betegón-Putze, “Yaptığımız çalışma da, BRAVO ve WOX5 proteinlerinin genlerinde eş zamanlı mutasyonlar olan Arabisopsis bitkilerinin kök yenileme kapasitelerinin az yani daha kısa ve daha az yeni kök oluşturma yeteneğinde olduğunu gözlemledik” şeklinde açıklıyor.
Şiddetli veya uzun süreli stres altında ki bitkilerin stem hücrelerinin bulunduğu bölgede iki spesifik yanıt gözlemlenir: Hızlı bölünen stem hücrelerin ölümü ve suskun merkezde bulunan hücrelerin aktivasyonu. Suskun merkezde bulunan hücrelerin aktivasyonuna sebep olan faktörlere örnek verecek olursak; kök ucunun kesilmesi, kökün donması ya da kurşun gibi ağır metallerin oluşturduğu toksik etkilerdir. Suskun merkezde bulunan hücrelerin aktifleşmesi sırasında; ölen stem hücrelerinin yerlerine yenileri geçer, bu sayede kök doğru bir şekilde büyür ve gerçekleşen bu doğru gelişim bitkinin beslenmesini ve desteklenmesini garanti altına alır.
Bu moleküler düzeydeki süreçleri ve moleküler mekanizmaları anlamak, özellikle iklimin daha da aşırı hale geldiği bu mevcut durumlar için, daha dayanıklı mahsullerin geliştirilmesinde anahtar bir rol oynamaktadır.
Olağanüstü Bir Gençlik Kaynağı
Bitkiler, hayvanlardan farklı olarak gelişimlerinin olgunluk döneminde de yeni organlar (yapraklar, çiçekler vb.) oluşturabilirler ve ayrıca tüm yaşamları boyunca (2000 yıldan fazla sürebilen) büyümeye devam ederler. Hayvanlardaki ve bitkilerdeki stem hücrelerinde görülen benzer biyolojik sorunların çözümünde benzer stratejiler kullanılıyor gibi görünse de; bitki ve hayvanlarda bu hücrelerin düzenlenmesinde farklı moleküler süreçler yer almaktadır. Bu moleküler farklılıkları anlamak, tıp ve kozmetik sektöründe; hücresel yaşlanmayı yavaşlatan ve hasarlı dokuların yenilenmesini destekleyen faydalı stratejilerin tasarlanması için oldukça önemli bir yere sahiptir. Ana I. Caño-Delgado liderliğinde yapılan bu çalışma, bu alanda yapılan çalışmalardan bir adım öndedir.
Kaynak: sciencedaily.com
