Bitkilerin Karasal Yaşama Geçişinde Bakteri ve Mantar Genlerinin Rolü

Araştırmacılar, yüz milyonlarca yıl önce mikroplardan yeşil alglere aktarılan genlerin kara bitkilerinin evrimini yönlendirmiş olabileceğini belirtiyor. Yaptıkları çalışma, bakterilerden, mantarlardan ve virüslerden gelen yüzlerce genin bitkilere entegre olduğunu ve onlara karasal bir yaşam için gerekli olan özellikleri verdiğini ortaya koyuyor.

East Carolina Üniversitesi’nde biyolog olan Jinling Huang, “Çalışmamız, kara bitkilerinin evrimi hakkındaki geleneksel görüşü değiştiriyor” diyor. Yatay gen transferinin bitkilerin sudan karaya geçmesine yardımcı olduğuna dair şüphe duyan araştırmacılar yaptıkları çalışmayla aslında bu transferin büyük bir rol oynadığını keşfetmişlerdir.

Yatay gen transferi (YGT), genetik materyallerin farklı türlerdeki organizmalar arasındaki geçişi tanımlayan bir terimdir. YGT, bakterilerde yaygın olarak görülse de bitkiler ve hayvanlar gibi çok hücreli ökaryotik organizmalarda hala tartışmalı olmaya devam etmektedir. Bir çoğumuzun aşina olduğu prokaryotlarda görülen “antibiyotik direnci” YGT ile prokaryotlar arasında hızla yayılmasını sağlar.

Genel kanı, ökaryotik genlerin yalnızca dikey gen transferi yoluyla aktarıldığı yönündedir. Böylece, genlerin ebeveynlerden yavrulara geçtiği, yeni genler ve özelliklerin ortaya çıkması için mutasyonların meydana gelmesi gerektiği düşünülmektedir. Ancak Henan Üniversitesi’nden bitki biyoloğu Chun-Peng Song da dahil olmak üzere Huang ve arkadaşları, önceki çalışmalarında bitkilerde YGT’nin yaygın olabileceğine dair kanıtlar buldular.

YGT’nin bitki evrimindeki rolünü irdelemek için araştırmacılar 31 bitkinin genomunu incediler. Bu bitkileri, kara yosunları, eğrelti otları, ağaçlar ve ayrıca modern kara bitkileriyle yakından ilişkili yeşil algler (Charophytes) oluşturmaktadır. Modern bitkilerdeki yaklaşık 600 gen ailesinin^[1]Gen ailesi, tek bir orijinal genin duplikasyonu sonucu oluşan ve benzer biyokimyasal işlevlere sahip benzer gen kümeleri olarak tanımlanır. Genler, sahip oldukları ortak protein dizilerine veya … Continue reading – önceden düşünülenden çok daha fazla – diğer organizmalardan, özellikle bakteri ve mantar gibi mikroplardan geçiş yaptığını buldular.

Ek olarak, araştırmacılar, Charofitlerin ve kara bitkilerinin erken evrimi sırasında yüzden fazla gen ailesinin mikroplardan bitkilere geçiş yaptığını kanıtlayan iki ana YGT bölümü (episode) tanımladı.

“Bulgularımız, YGT’nin kara bitkilerinin evriminde önemli bir rol oynadığını gösteriyor. YGT, bitkilerin hızla yeni özellikler kazanmasını sağlar. Bu yeni özelliklerden bazıları, bitkilerin zorlayıcı çevre koşullarına adaptasyonuna olanak tanımaktadır. Örneğin bitkilerin sudan karaya geçişi” diyor Huang.

YGT ile edinilen genlerin birçoğunun bitkilerde önemli biyolojik işlevleri yerine getirdiği bilinmektedir. Örneğin, bakterilerden gelen, LEA proteinlerini (geç embriyogenez) kodlayan genler, bitkilerin daha kurak bir ortama uyum sağlamasına ve soğuğa karşı korunmasına yardımcı olur. “Kurak ortam” dendiğinde her ne kadar aklımızda çöl kuraklığı canlansa da karasal bitkiler için belki de ideal sayılabilecek bir ortamlardır. Ancak sudan karaya geçiş esnasında, daha önce suya ulaşma gibi bir derdi olmayan bitkiler için ek adaptasyonlar gerektiren zorlayıcı koşullar olarak nitelendirilebilir. Nitekim bitkiler, LEA proteinlerini (geç embriyogenez) kodlayan genler sayesinde bu adaptasyonu geliştirmişlerdir. Bitkilerin büyümesinde rol oynayan azotun emilimini sağlayan amonyum taşıyıcı genlerin ise mantarlardan geçiş yaptığı bilinmektedir.

Belki de hepimizin tecrübe ettiği “soğan keserken gözlerin yaşarması” olayı bir takım kimyasal reaksiyonlar sonucu meydana gelir. Soğanda bulunan LFS (lakrimatör faktör sentaz) enziminin soğanın kesilmesiyle havaya saçılır ve sülfoksitleri, sülfonik aside çevirir. Sülfonik asit ise “syn-propanethial-S-oksit” isimli bir kimyasala dönüşerek gözlerimizi yakar. Gözlerimiz de tepki olarak göz yaşlarını üretir. Soğan aslında bu mekanizmayı kendisini böceklerden mikroplardan korumak için kullanır. Huang, bu mekanizmanın oluşmasında rol oynayan genlerin bakterilerden bitkilere geçiş yaptığını ve buna benzer çok örnek olduğunu belirtmektedir.

Araştırmacılar, kara yosunlarında aktarılan genleri daha fazla araştırmayı planlıyor. Bitkilerdeki pek çok yabancı -farklı organizmalarda kökenlenen- genin bilinmeyen işlevleri mevcuttur. Gelecekte yapılacak araştırmalar, bu genlerin nereden geldiğinin ve işlevlerinin anlaşılmasında önem arz etmektedir. Hatta bu araştırmalar, kültür bitkilerinde üretimin artırılması veya sürdürülebilir kılınmasında dönüm noktası olabilecek genlerin keşfedilmesinde rol oynayabilir ^[2]sciencedaily.com^[3]Ohta, T. (2008). Gene families: multigene families and superfamilies. eLS..

DOI: scientiaturcica.com/10.5922/SCITUR.2022.016