Bitkiler, mekanik hasarlar veya böcek saldırıları üzerine atmosfere uçucu organik bileşikler (VOC) yayar. Zarar görmemiş komşu bitkiler, yaklaşan tehditlere karşı savunma tepkilerini etkinleştirmek için salınan VOC’leri tehlike işaretleri olarak algılar. Bitkiler arasında VOC’lar aracılığıyla havadan gerçekleşen bu iletişim olgusu ilk kez 1983 yılında belgelenmiş ve o zamandan beri 30’dan fazla farklı bitki türünde gözlemlenmiştir. Bununla birlikte, savunma indüksiyonuna VOC algısının altında yatan moleküler mekanizmalar belirsizliğini korumaktadır.
Profesör Masatsugu Toyota (Saitama Üniversitesi, Japonya) liderliğindeki bir araştırma ekibi, VOC’lar aracılığıyla bitki-bitki komünikasyonunu gerçek zamanlı olarak görselleştirdi ve VOC’ların bitkiler tarafından nasıl alındığını ve gelecekteki tehditlere karşı Ca2+’ya bağlı savunma tepkilerini nasıl tetiklediğini ortaya koydu. Çığır açan bu araştırma Nature Communications dergisinde yayımlandı.
Toyota şöyle diyor: ‘Bitkilerden yayılan VOC’leri (uçucu organik bileşenler) pomplamak için özel ekipmanlar oluşturduk ve bunu tırtıllar tarafından beslenen bitkilerden çıkan VOC’leri komşu sağlam bitkilere uygulamak için kullanarak, vahşi alanda gerçek zamanlı bir floresan görüntüleme sistemine entegre ettik.’
Bu yenilikçi kurulum, tırtıl zararlılarına maruz kalan hardal bitkisi Arabidopsis thaliana‘da floresans patlamalarını görselleştirdi. Bitkiler, hücresel Ca2+ için floresan protein sensörleri oluşturur ve bu nedenle hücresel Ca2+ konsantrasyonundaki değişiklikler, floresanstaki değişiklikler gözlemlenerek izlenebilir.”
Toyota, manuel olarak ezilmiş yapraklardan salınan VOC’lerin, tırtıl saldırılarına ek olarak, hasar görmemiş komşu bitkilerde Ca2+ sinyallerine neden olduğunu belirtiyor.
Bitkilerde hangi tür VOC’lerin Ca2+ sinyallerine neden olduğunu belirlemek için, Toyota’nın bilim ekibi bitkilerde savunma tepkilerini tetikleyen çeşitli VOC’leri inceledi. (Z)-3-hexenal (Z-3-HAL) ve (E)-2-hexenal (E-2-HAL) adlı iki VOC’un, her ikisi de altı karbonlu aldehitler olan, Arabidopsis‘te Ca2+ sinyallerini uyandırdığını buldular. Z-3-HAL ve E-2-HAL, çim kokulu hava kimyasalları olup, mekanik ve otçul zarar görmüş bitkilerden yayılan yeşil yaprak uçucuları (GLV’ler) olarak bilinir.
Arabidopsis‘i Z-3-HAL ve E-2-HAL’ye maruz bırakmak, savunma ile ilgili genlerin yukarı regülasyonuna neden oldu. Ca2+ sinyalleri ile savunma tepkileri arasındaki ilişkiyi anlamak için, Arabidopsis‘e Ca2+ kanal inhibitörü LaCl3 ve Ca2+ kelatlayıcı ajan EGTA ile muamele ettiler.
Bu kimyasallar, hem Ca2+ sinyallerini hem de savunmayla ilgili genlerin indüksiyonunu bastırarak Arabidopsis‘in GLV’leri algıladığına ve savunma tepkilerini Ca2+’ya bağlı bir şekilde aktive ettiğine dair kanıt sağladı.
Koruyucu Hücreler: Farkındalığa Açılan Kapı
Ayrıca, floresan protein sensörlerini yalnızca bekçi, mezofil veya epidermal hücrelerde ifade eden transgenik bitkiler tasarlayarak GLV’lere yanıt olarak hangi spesifik hücrelerin Ca2+ sinyalleri gösterdiğini belirlediler.
Z-3-HAL’e maruz kalındığında, Ca2+ sinyalleri bekçi hücrelerinde yaklaşık 1 dakika içinde ve daha sonra mezofil hücrelerinde üretilirken, epidermal hücreler Ca2+ sinyallerini daha yavaş üretmiştir. Bekçi hücreleri bitki yüzeylerinde fasulye biçiminde hücrelerdir ve iç dokular ile atmosferi birbirine bağlayan küçük gözenekler olan stomaları oluştururlar.
Toyota, “Bitkilerin bir ‘burnu’ yoktur ancak stomalar yaprak dokularındaki boşluklara hızlı GLV girişine aracılık eden bir geçit görevi görür” dedi.
Aslında ekip, stomaları kapatma kabiliyetiyle bilinen fitohormonlardan biri olan absisik asit (ABA) ile ön işlem yapmanın yabani tip yapraklarda Ca2+ tepkilerini azalttığını buldu. Öte yandan, ABA ile indüklenen stoma kapanmalarında bozulma olan mutantlar, ABA ile muamele edildiğinde bile yapraklarda normal Ca2+ sinyallerini korudu.
Toyota “Bitkilerin tehdit altındaki komşularından gelen havadaki ‘uyarı mesajlarına’ ne zaman, nerede ve nasıl yanıt verdiklerinin karmaşık hikayesini nihayet ortaya çıkardık” dedi. “Bizim görüşümüzden gizlenen bu uhrevi iletişim ağı, komşu bitkileri yakın tehditlerden zamanında korumada çok önemli bir rol oynuyor.”
Bu öncü araştırma sadece bitkilerin şaşırtıcı dünyasına olan takdirimizi derinleştirmekle kalmıyor, aynı zamanda doğanın onları zorluklar karşısında gelişmek ve uyum sağlamak için donattığı olağanüstü yolların da altını çiziyor. Bu bulguların derin etkileri, bitki biliminin sınırlarının çok ötesinde yankılanmakta ve Dünya’daki yaşamın karmaşık dokusuna bir bakış sunmaktadır. [1]“Real-time visualization of plant-plant communications through airborne volatiles” yazısından çevrilmiştir.
[cite]
Kaynaklar ve İleri Okuma
| ↑1 | “Real-time visualization of plant-plant communications through airborne volatiles” yazısından çevrilmiştir. |
|---|
