Penn State liderliğindeki uluslararası araştırmacılardan oluşan bir ekibe göre; on yılı aşkın bir araştırmayı kapsayan küresel bir çalışmada rapor edilen yeni bir keşif, kuraklığa ve düşük nitrojenli toprak koşullarına dayanabilen mısır bitkilerinin yetiştirilmesine ve nihayetinde küresel gıda güvensizliğinin azaltılmasına yol açabilir.
Araştırmacılar; 16 Mart’ta Proceedings of the National Academy of Science‘da yayınlanan bulgularda, mısır köklerinin daha fazla su ve besin almasını sağlayan önemli bir özelliğin gelişiminden sorumlu genetik bir diziyi tetikleyen bir transkripsiyon faktörünü (DNA’yı RNA’ya dönüştürmek için yararlı bir protein) kodlayan bir gen tespit ettiler.
Bitki bilimi alanında seçkin bir profesör olan araştırma ekibi lideri Jonathan Lynch’e göre; bu gözlemlenebilir özellik ya da fenotip, kök kortikal aerenkiması (hava doku) olarak adlandırılıyor ve köklerde hava geçitlerinin oluşmasına neden oluyor.
Penn State’teki ekibi; bu fenotipin, kökleri metabolik olarak daha ucuz hale getirdiğini, toprağın daha iyi keşfedilmesini ve kuru, verimsiz topraktan daha fazla su ve besin alınmasını sağladığını gösterdi.
Tarım Bilimleri Fakültesi’ndeki araştırma grubu otuz yılı aşkın bir süredir Amerika Birleşik Devletleri, Asya, Latin Amerika, Avrupa ve Afrika’da mısır ve fasulyede kök özellikleri üzerinde çalışan Lynch, şimdi bu özelliğin arkasındaki genetik mekanizmayı tanımlamanın bir ıslah hedefi oluşturduğunu belirtti.
Bu son araştırma, daha önce Lynch laboratuvarında doktora öğrencisi ve ardından doktora sonrası akademisyen olan ve şu anda Hollanda’daki Wageningen Üniversitesi ve Araştırma’da bitki fizyolojisi yardımcı doçenti olan Hannah Schneider tarafından yürütülmüştür. Çalışmada Schneider, Penn State’teki önceki araştırmalarında geliştirdiği güçlü genetik araçları kullanarak binlerce kökün özelliklerini kısa sürede ölçmek üzere “yüksek verimli fenotipleme” gerçekleştirdi.
Lazer Ablasyon Tomografisi ve Anatomik Pipeline gibi teknolojilerin yanı sıra genom çapında ilişkilendirme çalışmalarını kullanarak, mısırın kök kortikal aerenkimasını ifade etmesine neden olan geni – bir “bHLH121 transkripsiyon faktörü” – buldu.
Ancak Schneider, kök özelliğinin genetik temellerini bulmanın ve ardından doğrulamanın uzun bir çaba gerektirdiğini belirtti.
“Bu çalışmada kullanılan saha deneylerini ilk olarak 2010 yılında Pensilvanya, Arizona, Wisconsin ve Güney Afrika’daki tesislerde 500’den fazla mısır hattı yetiştirerek gerçekleştirdik” dedi. “Tüm bu yerlerde çalıştım. Kök kortikal aerenkiması ile ilişkili bir gen bulduğumuza dair ikna edici kanıtlar gördük.”
Ancak Schneider, konseptin kanıtlanmasının uzun zaman aldığını belirtiyor. Araştırmacılar, transkripsiyon faktörü ile kök kortikal aerenkima oluşumu arasındaki nedensel ilişkiyi göstermek için CRISPR/Cas9 gen düzenleme sistemi ve gen nakavtları gibi genetik manipülasyon yöntemlerini kullanarak çok sayıda mutant mısır hattı oluşturdu.
Makalede araştırmacılar; fonksiyonel çalışmaların, bHLH121 geninin devre dışı bırakıldığı mutant mısır hattının ve genin işlevini bastırmak için düzenlendiği bir CRISPR/Cas9 mutant hattının her ikisinin de kök kortikal aerenkima oluşumunda azalma gösterdiğini ortaya koyduğunu bildirdi. Buna karşılık, bir aşırı ekspresyon hattı, yabani tip mısır hattına kıyasla önemli ölçüde daha fazla kök kortikal aerenkima oluşumu sergilemiştir.
Araştırmacılara göre; bu hatların birden fazla toprak ortamında yetersiz su ve nitrojen mevcudiyeti altında karakterize edilmesi, bHLH121 geninin kök kortikal aerenkima oluşumu için gerekli olduğunu ortaya koydu.
Ayrıca, bHLH121 geninin kök kortikal aerenkima oluşumundaki öneminin genel olarak doğrulanmasının, bitki ıslahçılarının optimum olmayan koşullar altında daha iyi toprak keşfi ve dolayısıyla verime sahip çeşitleri seçmeleri için yeni bir belirteç sağladığını öne sürüyorlar.
Bu yılın sonunda Bitki Bilimleri Bölümü’nden emekli olmayı planlayan Lynch için bu araştırma, Penn State’teki 30 yıllık çalışmalarının doruk noktası.
“Bu bulgular, Penn State’te ve ötesinde bizimle işbirliği yapan, uzun yıllar boyunca çalışan birçok insanın sonucudur” dedi. “Aerenkima özelliğinin işlevini ve ardından bununla ilişkili geni keşfettik ve bu, Penn State’te geliştirilen Shovelomics – arazide kök kazma – Lazer Ablasyon Tomografisi ve Anatomik Boru Hattı gibi teknolojiler sayesinde ortaya çıktı. Tüm bunları bu çalışmada bir araya getirdik.”
Lynch, sonuçların önemli olduğunu, çünkü bitkilerin daha iyi kuraklık toleransına ve daha iyi nitrojen ve fosfor yakalamasına yardımcı olacak önemli bir özelliğin arkasında bir gen bulmanın iklim değişikliği karşısında büyük önem taşıdığını belirtti.
“Bunlar hem ABD’de hem de dünya genelinde son derece önemli nitelikler” dedi. “Kuraklık mısır yetiştiricileri için en büyük risk ve iklim değişikliğiyle birlikte daha da kötüleşiyor ve nitrojen hem finansal hem de çevresel açıdan mısır yetiştirmenin en büyük maliyeti. Besin maddesi için daha verimli mısır hatları yetiştirmek büyük bir gelişme olacaktır.” [1]Discovery of root anatomy gene may lead to breeding more resilient corn crops
[cite]
Kaynaklar ve İleri Okuma
| ↑1 | Discovery of root anatomy gene may lead to breeding more resilient corn crops |
|---|
