İklim Değişikliği Çağında Bitkiler Üzerinde Yaşlanmadan Sorumlu Gen Üzerinde Büyük Bir Atılım Yapıldı

Mısır ve diğer tahıllarda çok az anlaşılan yaşlanma sürecinin genetik mimarisini araştıran bu çalışma, bitki bilimlerinin en iyi bilimsel dergilerinden biri olan The Plant Cell’de yayımlandı . Bir Bilim Koleji’nin Genetik ve Biyokimya bölümünde profesör olan Rajan Sekhon, “Entegre Genom Ölçekli Analiz, Mısır’daki Yaşlılığın Altındaki Yeni Genleri ve Ağları Belirliyor” adlı makalenin yazarıdır.

Sekhon, “Yaşlılık ‘bir hücrenin ya da bir organın parçası olduğu organizmaların elindeki bir organın ölümü anlamına geliyor.Hemen hemen her yerde, hayvanlarda bile oluyor. İhtiyacımız olmayan hücreleri öldürüyoruz. Havalar sonbaharda değiştiğinde, ağaçlarda o güzel sonbahar renklerine dönüşüyor. Sonbaharın başlangıcında, bitkiler yapmadıklarını fark ettiklerinde yapraklarını döker yani öldürürler. Her şey enerji ile ilgilidir. ” diyor.

Sonuç olarak, yapraklar bu renk gösterilerinden sonra ölürler. Yapraklar atılınca, enerji, bitkinin gövdesinde veya köklerinde depolanır ve yaprakları ilkbaharda hızla çoğaltmak için kullanılır. Bu ağaçlar için önemli bir anlama sahip. Ancak; yenilebilir bitkiler özellikle de mısır, pirinç ve buğday gibi tahıllar için hikaye oldukça farklı.

Sekhon, “Bu ürünler çok dikkatli ve düzenli bir şekilde çiftçiler tarafından gübre şeklinde ek besine tabii tutuluyor. Erken ölmek yerine, yapraklar fotosentez yoluyla besin üretmeye devam edebilir. Mısır gibi bitkilerde yaşlanmayı tetikleyen unsurların anlaşılması, bilim insanlarının bitkiden gelecek besine aç bir dünyaya faydalı olacak şekilde değiştirebilecekleri anlamına geliyor.”diyor

Araştırma kariyeri Moleküler Genetik, Genomik, Epigenetik ve Bitki Islahını kapsayan Sekhon, 2014 yılında Yardımcı Doçent olarak laboratuvarını kurdu. Sekhon Mısır Araştırma Topluluğu tarafından yaygın olarak kullanılan “gen atlası” nın geliştirilmesinde önemli bir rol oynamıştır. Karmaşık bitki özelliklerinin düzenlenmesini araştıran dergilerde birkaç makale yayımladı.

Sekhon, “Yaşlanmayı yavaşlatabilirsek, bu bitkinin daha uzun süre yeşil kalmasına ve yaşlanmamasını sağlayabilir.Bitki yetiştiricileri, yaşlanmanın moleküler düzeyde nasıl çalıştığını tam olarak anlamadan geç yaşlanan bitkileri seçiyorlar.”

“Herdem Yeşil” olarak adlandırılan bu bitkiler adlarındaki gibi daha uzun süre yeşil kalırlar, daha fazla üretim yaparlar, kuraklık ve soğuk gibi bitkileri zorlayan çevresel faktörler karşısında daha dirençlidirler.

Fakat yeşil kalan bitkilerin varlığında bile, yaşlanmanın moleküler, fizyolojik ve biyokimyasal temelleri hakkında çok az bir bilgi var. Yaşlanma, birkaç iç ve dış faktörden etkilenen ve birlikte çalışan birkaç gen tarafından düzenlenen karmaşık bir özelliktir. Bu nedenle, kullanıma hazır genetik yaklaşımlar bu gizemli sürecin tamamen çözülmesinde etkili olamamıştır. Sekhon ve çalışma arkadaşları tarafından yapılan bu atılım, sistem genetiği yaklaşımının bir sonucudur.

Sekhon ve diğer araştırmacılar, mısırdaki yeşil kalmaktan sorumlu olan bu özellik için doğal genetik çeşitliliği incelediler. Araştırma, her bir DNA parmak izi (yani, genotip) temelinde genetik olarak birbirinden farklı 400 farklı mısır türü yetiştirmeyi ve daha sonra yaşlanımını (yani fenotip) ölçmeyi içeriyordu. Ekip daha sonra her bir soy hattının “genotipini”, “fenotip” ile ilişkilendirerek yaşlanmayı düzenleyebilecek 64 aday gen tanımladı.

Sekhon, “Deneyin diğer kısmı yeşil kalan bir bitki ve yeşil olmayan bir bitki almak ve yaşlanma sırasında yaklaşık 40.000 gene bakmaktı. Araştırmacılarımız birkaç günde bir örneklere baktılar ve belirli bir zaman diliminde hangi genlerin ekspresyon kazandığını gözlemlediler. Böylece bir bitkinin yeşil kalıp kalmayacağını belirleyen 600’den fazla gen olduğu belirlendi. Bu yaklaşım ile ilgili en büyük sorunlardan biri, yanlış pozitiflerin ortaya çıkmasıdır. Bu tespit edilen genlerin bir kısmının flukes olduğu ve yanlış negatiflerin örnekleri olduğu anlamına gelir, bu da bazı nedensel genleri kaçırdığımız anlamına geliyor.” Dedi.

Bu nedenle Sekhon ve meslektaşları, yaşlanmada ki rollerini doğrulamak için daha fazla test edilebilen bazı yüksek güvenilirlikli hedef genleri tanımlamak için bir “Steam-genetiği” yaklaşımı kullanarak iki büyük deneyden elde edilen sonuçları titizlikle birleştirmek zorunda kaldı. Araştırmayı 14 aday gen ile daraltmak için veri setlerini birleştirdiler ve sonuçta iki geni ayrıntılı olarak incelediler.

Sekhon, “En dikkat çekici keşiflerden biri, şekerin yaşlanmayı dikte ettiğini gözlemlemiş olmamız. Fotosentez yoluyla yapılan şeker yapraklardan uzağa taşınmazsa, bu şeker molekülleri yaşlanmayı başlatmak için sinyaller göndermeye başlıyor.”dedi.

Bununla birlikte, bitkilerde bulunan şeker biçimlerinin tamamı bu yaşlanma sinyallerini veremez. Sekhon ve meslektaşlarının araştırmada keşfettiği genlerden biri, yaprak hücrelerinde bulunan kompleks şekerleri, yaşlanma sinyallerini aktarabilen glikoz ve fruktoz gibi altı karbonlu şekerler gibi daha küçük şeker moleküllerine ayırt ediyor.

Bu bilginin etkileri gıda güvenliği için muazzam. Bitkilerin ürettiği şekerler, yiyecek için kullanılabilecek çeşitli bitki organlarına yönlendirilmeli.

Sekhon “Bitkinin; tohumların dolduruluşunu dikkatlice izlediğini ve şekerin kesilmesinin yaşlanmada önemli bir faktör olduğunu keşfettik. Bir diğer bulduğumuz şeyse, ABD’de yetişen mısır çeşitlerinde bile çok fazla genetik çeşitlilik olduğudur.En azından yeşil kalan bitkilerin bir kısmı, gövdelerde ekstra enerji depolayarak bunu yapabiliyor.”diyor.

Stover(tohum toplandığında, tarlada kalanlar), hayvan yemi veya bio-yakıt kaynağı olarak kullanılabilir. Gıda ve enerji talebi arttıkça, hem tahıl hem de yakıt özelliği sağlayan çift amaçlı mahsullerin geliştirilmesine artan bir ilgi var. Tarım arazileri azaldıkça, daha geç yaşlanan bitkiler önem kazanmaktadır, çünkü bunlar bitki başına daha fazla genel enerji üretmekte.

Bu çalışmada tanımlanan genler, pirinç, buğday ve sorgum(süpürge darısı) gibi diğer tahıl ürünlerinde de aynı işlevi yerine getirmektedir. Sekhon, bir sonraki adımın bu genlerin işlevini mutantlar ve transgenik yöntemler kullanarak incelemek olduğunu söyledi.

Sekhon, “Nihai hedef gezegene yardım etmek ve sürekli artan nüfusu beslemek. Sürekli kötüleşen iklim; azalan toprak ve su ;aşırı nüfus artışı.. Gıda güvenliği insanlığın karşılaştığı en büyük zorluk.” Dedi.

Kaynak :

Author

İnovatif Kimya Dergisi aylık olarak çıkan bir e-dergidir. Kimya ve Kimya Sektörü ile ilgili yazılar yazılmaktadır.