Bitkiler, RNA Kullanarak Komşuları ile Konuşuyor!

Bitkiler, hem birbirleri hem de başka organizmalarla iletişim kurmak için birçok yöntem kullanır. Örneğin uçucu bileşikler, çiçek açımını bildirip polen taşıyıcılarını çekebilir; kökmantar ağları ise uyarıları iletip, kaynakları bitkiden bitkiye aktarabilir. Bitkilerin iletişim amacıyla kullandığı moleküllerden biri olan küçük RNA'ların önemi, yeni elde edilen bulgular tarafından desteklenmekte: Nature Plants'te yayımlanan bir makaleye göre Arabidopsis thaliana bitkisinin sıvı yetişme ortamına salgıladığı küçük, tek zincirli mikroRNA'lar (miRNA), yakındaki canlılar tarafından toplanabilmekte.^[1] Toplanan RNA'ların da mesajcı RNA'lara bağlanarak gen ifade kalıplarını değiştirmesi, belirli genlerin proteine dönüşümünü engelleyebiliyor (RNA interferaz).

Riverside'daki Kaliforniya Üniversitesi'nden bitki moleküler genetikçisi (çalışmaya dahil olmayan) Hailing Jin, bitkilerin "başka bitkilerin köklerinden salgıladıkları" da dahil, ortamlarından mikroRNA toplayabilmesinin heyecan verici olduğunu belirtiyor.

Küçük RNA'ların farklı organizmalar arasında gidip gelebildiği bilgisi hiç de yeni sayılmaz. Bir bireyde stres yanıtında ya da gelişim süreci içerisinde söz konusu RNA'lar, kişinin gen ifadelerini düzenlemenin yanı sıra son yıllarda patojenlere karşı savunmada bile kullanılmaya başlandı. Örneğin patojenik Botrytis cinerea mantarının bulaştığı Arabidopsis hücreleri, hücre dışı keseciklerde bulunan küçük RNA'lar salgılayarak, saldırganın ölümcül etkisini azaltabiliyor.^[2] Bitkiler, bunun yanı sıra etrafa yayılmış olan ve patojen genlerini hedefleyen RNA'ları toplayabiliyor.^[3] Yeni bulgular, bazı bitkilerin çevreye salgıladığı RNA'ların başka bitkiler tarafından alınabildiğinin ilk kanıtı oldu.

Beklenmedik Bir Keşif!

İtalya'nın Pisa kentinde bulunan Sant'Anna İleri Araştırmalar Okulu'nda bitki fizyoloğu olan araştırmanın ortak yazarı Pierdomenico Perata, sonuçların beklenenden farklı olduğunu belirtti. Perata'nın ekibi, RNA'ların hücre dışındaki "yüksek derecede dengesiz" doğasından dolayı bitki dışına salgılanan miRNA'ların da yetişme ortamı gibi steril olmayan bir ortama uyum sağlayamamasını bekliyordu.

Perata, ekibinin aslında farklı bir konu üzerine çalıştığını ve bu keşfin kısıtlı oksijende RNA interferazın rolünün araştırılması sırasında kazara yapıldığını belirtiyor. Bu buluşa yol açan, büyük sayılarda ve spesifik bir miRNA üretimi yapmaya programlı Arabidopsis bitkisini hidroponik olarak üretmeleri de bu sebeptendi. Tek istenilen şeyin tohum üretimi olması da araştırmacıların farklı bitkileri ayrı kaplara koymamasına yol açtı. Fakat sonradan mutant bitkilerle aynı hidroponik solüsyonu paylaşan yabani bitkilerin beklenenden farklı fenotipler gösterdiğini fark ettiler. Mesela gelişimsel genleri hedefleyen miRNA'ları aşırı üreten mutantlarla bulunan yabani bitkilerin çiçek aşma zamanlarında değişimler gözlendi. Perata'nın belirttiğine göre bu gözlem, kendisi ve iş arkadaşlarının şunu merak etmesine yol açtı: Acaba miRNA'lar sıvı yetişme ortamına salınıp yabani bitkilerin fenotiplerini etkileyebiliyor mu?

Araştırmacılar, hidroponik solüsyonu hemen analiz ettiler ve gerçekten de solüsyon içerisinde miRNA ile karşılaştılar! Hatta solüsyonda yetişen bitkiler yabani de olsa, aşırı miRNA üretmek için oynanmış da olsa, miRNA'nın her şekilde (farklı oranlarda olsa bile) ortamda bulunduğunu gördüler. Dahası; farklı soylar aynı solüsyonda yetiştirilince, mutantların ürettiği sayıca artırılmış miRNA moleküllerinin hedeflediği genler, yabani bitkilerde daha az ifade edildi. Mutantlardan alınan ya da kimyasal olarak sentezlenen eş miRNA'lar da bu şekilde gen ifadesini azaltabildi.

Bitkiler Neden ve Nasıl Birbirini Etkiliyor?

Peki bir bitki neden başka bir bitkinin gen ifadesini etkilemek isteyebilir ki? Perata'nın önerdiği bir olasılığa göre "RNA değiş tokuşu ile bilgi paylaşımı, stres altındaki bitkilerin henüz stresten etkilenmemiş olan yakındaki bitkileri uyarmasına olanak verebilir". Diğer bir olasılığın ise rekabet olduğunu yazan Perata, bu duruma şöyle bir örnek veriyor: miRNA salgılayan bir bitkinin yakınındaki bir bitkinin fizyolojik işlevlerini engelleyerek, kaynak tüketiminde rekabetçi bir avantaja sahip olabilir.

Bu olgunun henüz açıklanamayan bir gizemi var: Bitkiler bu minik molekülleri çevrelerinden nasıl alabiliyor? Bitki ve patojenler arası RNA değişimini inceleyen başka bir çalışmaya göre, "teslimat araçlarına" benzetilebilen bir vesikül (kesecik) türü olan eksosomlar bu süreçte görevli olabilir. Lakin araştırmacılar, hücreden çıkarılmış ve tahminen çıplak olan miRNA'ların ya da sentetik RNA'ların uygulanmasının da gen ifadesine etki ettiğini belirtti. Sonuç olarak bu demek oluyor ki eksosomlar, alım için gerekli değiller.

Çin Bilimler Akademisi'nin Mikrobiyoloji Enstitüsünden bitki mikrobiyoloğu Hui-Shan Guo, bu araştırmanın elde ettiği "çıplak RNA alımı" kanıtlarının eski raporlardaki RNA püskürtme ile gen susturulması olguları ile örtüştüğünü belirtiyor. Guo, bitkilerin aynı gıda maddelerini aldıkları gibi çevrelerinden aktif olarak küçük RNA'lar toplayabiliyor olacaklarını da ekliyor. Ama bitkilerin dışarıdan hücrelerine taşıdığını bildiğimiz maddelerin aksine çıplak RNA'ların "dengesiz" olduğu sanılıyordu. Bu yüzden de RNA alımı ya görmezden gelinmiş ya da küçümsenmişti.

Jin, araştırma makalesindeki kanıtın, bitkilerin çıplak miRNA aldıkları hipotezini desteklediğine katılıyor. Fakat RNA salgılanmasının hala köklerden eksosomlar tarafından mı yapıldığını da merak etmeye devam ediyor. Bu soru, yazarlar tarafından incelenmedi. Jin, bu vesiküllerin miRNA'ları koruyarak bitkilerin daha etkili bir alım gerçekleştirmesine yardımcı olabileceğini düşündüğünü ekliyor. Yoksa tahmin ettiğine göre moleküller, toprak ve çevrede daha kolay parçalara ayrılabilirdi.

Guo, bu mekanizma sadece hidroponik yetişen bitkilerde görüldüğü için "toprakta yetişen fidelerin [yakınlardaki] bitkilerin gen ifade kontrolü üzerine etkisinin olup olmayacağının" net olmadığına dikkat çekiyor. Bu da gelecek araştırmalar tarafından incelenebilir.

Jin ise bu buluşların birçok soruya kapı açtığını ekleyerek, RNA'nın bitki iletişimindeki rolü üzerine daha öğrenilecek çok şeyin olduğunu söylüyor. Jin sözlerini, şu an bildiklerimizin yalnızca "buzdağının ucu" olduğunu yazarak bitiriyor.