Böceklerin Bitkilerden Gen Çalabildiği Gösterildi!

Yıkıcı etkileriyle bilinen bir tarım zararlısı olan beyaz sineğin (Bemisia tabaci), bu kötü ününü, milyonlarca yıl önce konuk olduğu bitkilerden çaldığı, BtPMaT1 adı verilen ve fenolik glikozit malonil transferaz (enzimini) sentezlemeyi sağlayan bir bitki genini çalmasına borçlu olduğu ortaya çıktı.

Cell Dergisinde yayınlanan bir çalışmada elde edilen bulgular bir bitkiden bir böceğe doğal yollarla gerçekleşen gen transferinin (yatay gen transferi) bugüne kadar tespit edilebilen ilk örneğini sunuyor. Bulgular ayrıca beyaz sineğin (Bemisia tabaci) bitkileri besin kaynağı olarak kullanmaktaki becerisinin nedenlerinden birini de ortaya koyuyor: Bitkilerin kendilerini böceklere karşı savunmak amacıyla ürettikleri bir zehiri, bitkilerden çalınmış bir genle etkisiz hale getiriyor.

Konu üzerinde yapılan daha önceki çalışmalarda, beyaz sinekteki (Bemisia tabaci) bu genin (BtPMaT1) susturulmasının beyaz sinekleri, bitkilerin kendilerini savunmak amacıyla ürettikleri bir zehire karşı, savunmasız hale getirebileceği izlenimi edinilmiş ve böylece beyaz sinek mücadelesinde izlenebilecek potansiyel bir yol ortaya çıkmıştır.

Chicago Üniversitesi'nde bitki-zararlı etkileşimleri üzerine çalışan Andrew Gloss'a göre, bu çalışmayla, artık teraziyi bitkinin lehine değiştirebileceğimiz bir mekanizma ortaya çıkıyor. Yine aynı araştırmacıya göre bu çalışma, evrimsel biyolojinin tarımsal mücadele gibi uygulamalara nasıl yeni yaklaşımlar kazandırabileceğinin, dikkat çekici bir örneği olarak karşımıza çıkıyor.

Taksonomik olarak sinekten çok yaprak bitine daha yakın olan beyaz sinek, dünya genelinde tarımsal üretime, minik boyutlarıyla hiç de orantılı olmayan düzeyde zarar vermektedir. Beyaz sinek (Bemisia tabaci) tarımsal açıdan en yıkıcı bitki zararlılarından biridir: Yüzlerce çeşit bitkinin şeker (besin) içeren özsuyuna ortak olabilir. Bunu yaparken aynı zamanda şekerli ve yapışkan bir salgı (bal özü) üretir. Bu salgı, bitkilerde hastalık etmeni olan küf mantarlarına da bir çoğalma ortamı sunar. Ayrıca beyaz sinek bitkilerde çeşitli hastalıklara neden olan 100'den fazla virüs türünün de taşıyıcısıdır.

Çalıntı Genler

Kimi beyaz sinek türlerinin, konuk oldukları canlıların besin kaynaklarını sömürmekteki yeteneklerini, başka canlılardan aldıkları genlere borçlu olmaları fikri aslında hiç de şaşırtıcı değildir. Bitkiler ve bitki zararlıları arasındaki silahlanma yarışında gen hırsızlığı oldukça yaygın bir yöntemdir. Milyonlarca yıldır bitkiler ve böcekler ağırlıklı olarak mikroorganizmaların genomlarından ödünç gen almışlar ve zaman zaman bu genleri savunma veya saldırı stratejileri geliştirmekte kullanmışlardır.

Örneğin, kahve kurdu (Hypothenemus hampei) gibi bazı böcekler, sindirilmesi oldukça zor olan bitki hücrelerinin duvarlarından daha fazla besin elde edebilmek amacıyla mikroorganizmalardan gen çalmışlardır. Benzer bir şekilde yabani bir buğdayın da, fusaryum cinsi (Fusarium spp.) mantarların neden olduğu başak yanıklığı hastalığıyla mücadele etmek amacıyla, bir mantar geni çalmış olduğu bilinmektedir. Ne var ki bugüne kadar, bitkilerle böceklerin birbirlerinden gen çaldıklarına dair bir bilgimiz yoktu.

Pekin'de bulunan Çin Tarımsal Bilimler Akademisinden entomolog Youjun Zhang ve meslektaşları beyaz sineğin (Bemisia tabaci) genomundaki olası çalıntı genleri tespit edebilmek amacıyla gerçekleştirdikleri genom taramasında, böceklerde ya da mikroorganizmalarda değil de bitkilerde evrimleştiği (bitki genomunda evrimleştiği) izlenimi veren bir gene rastlamışlardır.

Konu üzerinde yapılan çalışmalar ilerledikçe söz konusu genin, bitkilerin kendilerini savunmak amacıyla ürettikleri fenolik glikozitler adı verilen fenolik bileşiklere bir fonksiyonel grup (Malonil CoA) aktarabildiği gözlemlendi. Cell dergisinde yayınlanan makaleye göre bu işlem (malonizasyon yoluyla metabolik detoksifikasyon) ağırlıklı olarak ergin beyaz sineklerin sindirim sistemlerinde bulunan doku ve hücrelerde gerçekleşmektedir.

Domatesler ve daha pek çok bitki, zararlı böceklerden korunmak amacıyla bu tür savunma bileşikleri sentezlerler. Ancak beyaz sinek, bu çalışmaya söz konusu olan çalıntı geninden kaynaklanan farklılık sayesinde, bitkilerin sentezlediği bu tür savunma bileşiklerini etkisiz hale getirmektedir.

Cell

Araştırmacılar hipotezlerini kanıtlamak amacıyla yaptıkları çalışmada, beyaz sineğin genomundaki BtPMaT1 genini susturma yeteneğine sahip çift sarmallı bir RNA molekülü sentezleyebilen transgenik domatesler (GDO) kullanmışlar. Çalışmanın sonunda, beslenmek amacıyla bu genetiği değiştirilmiş domateslere yönelen hemen hemen bütün beyaz sineklerin öldüğü gözlemlenmiştir.

Cell

Almanya'nın Jena kentinde bulunan Max Planck Kimyasal Ekoloji Enstitüsünden kimyasal ekolog Jonathan Gershenzon'a göre, elde edilen bu sonuçlar ile beyaz sinek mücadelesinde yeni yöntemleri geliştirebileceğimizi ve zararlılarla tür bazında mücadele edebilmek için muazzam bir fırsat yakaladık. Bu sayede bitkileri beyaz sinekten korurken, aynı zamanda tozlayıcı (polen taşıyan) böcekler gibi tarımsal anlamda faydalı olan böceklerinde zarar görmemesini sağlayabilmek mümkün olabilir.

Bitki-Zararlı Böcek Savaşı

Cell dergisinde yayınlanan makalenin yazarlarından İsviçre Neuchatel Üniversitesinden kimyasal ekolog Ted Turlings ve meslektaşları, türler arasında gerçekleşebilecek olası bir gen transferinin tespitinin zorluklarını aşabilmek amacıyla bitkilerde bulunan benzer genlerin dizilimlerini analiz etmişler ve beyaz sinekteki çalıntı genin (BtPMaT1) bitkilerin ait olduğu evrimsel soy hattından geldiğini ortaya koymuşlardır. Bunun yanında araştırmacılar, bahsi geçen genin beyaz sineğin genomunda bulunduğunu ve elde edilen sonuçların olası bir bitki DNA'sı bulaşıklığından kaynaklanmadığını gösteren ilave analizler de yapmışlardır.

Max Planck Kimyasal Ekoloji Enstitüsünden moleküler entomolog Yannick Pauchet elde edilen sonuçların şaşırtıcı olsa da ikna edici olduğunu ve bu sonuçlardan sağlanan verilerden çıkartılabilecek en makul açıklamanın yatay gen transferi olduğunu ifade etmiştir.

Bütün bunlara rağmen beyaz sineğin bir bitki genini nasıl çaldığı belirsizliğini korumaktadır. Ted Turlings'e göre bir virüs, böcek ile bitki arasına yerleşerek bitkinin genomundan böceğin genomuna genetik materyal aktarılmasına aracılık etmiş olabilir.

Andrew Gloss'un ifade ettiğine göre, araştırmacılar daha çok genom taraması yaptıkça, bitkiler ve hayvanlar arasındaki gen transferlerinin başka örneklerini de tespit edebiliriz. Şöyle diyor:

Böceklerin kendilerine bitkilerden gen almaları cephanelikte bulunan fakat henüz keşfetmediğimiz son silah, bitkilerin zararlı böcekler ya da diğer patojenlerle arasındaki savaşta evrimsel hayat ağacının her yerinden alınmış genlerle karşılaşabiliriz.