Aşılanan Bitkilerin Birbirleriyle Genetik Materyallerini Paylaşma Yöntemleri Keşfedildi!

Bitkilerin, hayvanların ve insanların genetik materyali, her hücrenin çekirdeğinde iyi bir şekilde korunur ve bir organizmayı oluşturan tüm bilgileri, çekirdeğin içerisindeki genetik materyal kapsamında depolar. Örneğin, çiçeklerin, kılların veya kürkün boyutu veya renkleri, çekirdekteki bu genetik materyal içerisinde bulunur ve bu genetik materyal, fenotipe (dıştan görünüme) yansır.

Ek olarak hücreler, kendi genetik materyallerini içeren küçük organeller de içerebilirler. Örneğin kendi genlerine sahip bu organellerden birisi, fotosentezde kilit rol oynayan bitki kloroplastlarıdır; bir diğeri ise, tüm canlı organizmalarda bulunan ve her bir hücrenin enerji santrali olarak iş gören mitokondridir. Peki genetik materyal, hücrelerin içerisinde kalıcı bir şekilde saklanıyor mu? Hayır! Daha önceden keşfedildiği üzere genetik materyal, bir hücreden diğer hücreye transfer olabilir (göç edebilir) ve hatta buna bağlı olarak farklı organizmalar arasında değiş tokuş bile olabilir!

Bitkilerde Genetik Materyal Transferi

Bitkilerde genetik materyal transferi çok sık gerçekleşir. Bu genetik materyalin yeni bir çeşitlenmesiyle yani yeni bir versiyon meydana getirmesiyle sonuçlanabilir veya alternatif olarak alıcı hücre, her iki genetik varyantı paralel olarak oluşturabilir. Allopoliploidizasyon adı verilen iki farklı genomun birleşiminin; birçok bitki grubunda yaygın olarak yaşandığını ve sonucunda yeni bitki türlerinin oluşumuna sebep olduğunu göstermiştir. Bu durum, evrimsel açıdan ilginçtir. Ekmek, durum buğdayı (tam buğday), yulaf, pamuk, kanola, kahve ve tütün gibi birçok önemli ürün en az iki çapraz türden bu tür birleşmiş genomlara sahiptir.

Postdam'daki Max Planck Moleküler Bitki Fizyolojisi Enstitüsü'nden (MPI-MP) Ralph Bock liderliğindeki araştırmacılar, hücreden hücreye genom transferi mekanizmalarını anlamak için, tarımda yaygın olarak kullanılan aşılama tekniğini kullanarak tütün bitkileriyle deneyler yaptılar ve sonuçlarını Science Advances dergisinde yayınladılar.^[1]

Bu deneyde iki farklı türün bitkisi birbirine aşılandı ve birleşme yerindeki hücreler gerçek zamanlı olarak mikroskobik olarak gözlemlendi. Çekirdek ve plastidlerin genomunu ayırt etmek için "flüorasan raportör" proteinleri entegre edildi ve her iki genom üzerinden ifade edildi (transkripsiyon). Araştırmacılar, kloroplastın rolü üzerinden bir numaralandırma kullandılar. Plastidlerde, yalnızca plastidlerde üretilen ve o plastidleri bırakamayan kloroplastlara özgü bir floresan proteini kodlayan bir gen dönüşümü ile entegre edildi. Bu durum, plastidler için kesinlikle spesifik ve kararlı bir etiket oluşturuyor.

Yaptıkları deneyler sonucunda, kısa bir süre sonra birbirine aşılanan iki partner, greft (aşı) bağlantı noktasında birlikte büyüdü ve bu iki bitki arasında fizyolojik bir bağlantının gerçekleştiği görüldü. Bu sonucun doğrultusunda, çalışmanın ilk yazarı Dr. Alexander Hertle şöyle söylüyor:

Bu bölgede hücreden hücreye genom transferinin her iki yönde de yüksek sıklıkta gerçekleştiğini gözlemledik.

Science Advances

Bu deney sonrasında araştırmacılar, yeni bir deney düzeneği kullanarak "greft" bölgesinin yara dokusundaki hücre duvarlarındaki yapısal değişiklikleri gözlemleyebildiler. Hertle şöyle anlatıyor:

Hücre duvarları, iki partner arasında bağlantılar oluşturarak, bir çıkıntı meydana getirdi. Oluşturulan gözeneklerin boyutu, bütün bir plastidin transferine (göçüne) izin verir. Bu nedenle, genom serbestçe göç edemez; ancak hücreden hücreye kapsüllenebilir. Ancak bunu gerçekten mümkün kılmak için plastidlerin küçülmesi ve hareketli hale gelmesi gerekir. Bu çubuk şeklindeki plastidler bir amipe eş değerdir ve hedef dokuya aktarıldıktan sonra normal boyutlarına geri dönerler.

Araştırmacılar böylelikle, ökseotu gibi parazitik bitkiler tarafından konakçılarıyla gen alışverişi gerçekleştirmek için kullanılabilecek, çok büyük hücre yapılarının hücreler arası değişimleri için yeni bir yol ortaya çıkardılar. Ek olarak, şimdi mitokondri ve nükleer genomunun da buna benzer transfer mekanizmalarını kullanıp kullanmadığının açığa çıkarılması gerekiyor.