Çiçeklerin Kökeni Üzerine: Çiçekli Bitkiler Nasıl Evrimleşti?

Tüm çiçekli bitkilerin kardeş türü olan Amborella trichopoda türünün genomu, çiçekli bitkilerin nasıl güçlendiğine dair bilgiler veriyor.

Aslında Amborella trichopoda türü ile ilgili cidden ilginç olan herhangi bir şey yok. Ufak, çalı gibi, pek de dikkat çekmeyen ve göz kamaştırmayan kremsi çiçekleri olan, Pasifik adalarından Yeni Kaledonya'da bulunan bir bitkidir. Ancak DNA'sı, asıl önemini ortaya koyar: Amborella trichopoda, diğer tüm çiçekli bitkilerin (angiospermler) kardeş türüdür. Bu bitki türünün evrimleşerek dallandığı dönemlerden kalan tek türdür. Bu türün ayrılmasından sonra, günümüzdeki 350.000 civarındaki çiçekli bitki türleşmiştir.

Geniş bir bilim insanı grubu, Amborella cinsinin genomunu diziledi ve böylece atasal angiospermlerin neye benzediği ve nasıl dünyayı çiçeklerle doldurduklarını anlama imkanımız doğdu. Araştırma sonuçları 19 Aralık 2013'te Science dergisinde yayınlandı. Pennsylvania Eyalet Üniversitesi'nden ve projenin liderlerinden olan Claude dePamphilis şunları söylüyor:

Amborella cinsinin, diğer çiçekli bitkilerle ortak olan özelliklerinin, ortak atalarında da bulunan ilkel özellikler olduğunu düşünebiliriz. Şu anda Amborella'nın genomuna sahip olduğumuza göre, bu özellikleri ortaya çıkararak ortak atalarının genetik olarak neye benzediğini tespit edebiliriz.

Bonn Üniversitesinden Dietmar Quandt, araştırmada yer almıyor olsa da, Amborella cinsini, bitki bilimcilerin bugüne kadar model tür olarak kullandıkları Arabidopsis cinsine göre (ki genomu dizilenen ilk bitki türüdür) daha uygun bir model tür olduğunu söylüyor. Quandt, gönderdiği bir e-postada şunları söylüyor:

Çiçekli bitkilerin ilk dallandığı noktada bulunuyor olması onu çok özel kılıyor. Amborella genomu, gelecekteki araştırmaların köşetaşı olacaktır.

Çiçekli bitkiler, evrimsel tarihleri boyunca tüm genomlarını birkaç defa çoğaltmışlardır. Bu durum, evrimlerini hızlandırmış ve başarı şanslarını arttırmış olabilir. Bu genomik çiftlenmelerin birçoğu oldukça yakın zamanlarda meydana gelmiştir ve bazı soy hatlarına özeldir. Ama Amborella'nın genomu, bu çiftlenmelerden en az birini göstermektedir. Buna epsilon adı verilir ve çiçekli bitkilerden önce var olmuştur.

Epsilon, daha önceden yapılan çalışmalarda, bulunması gerektiği öngörülen bir olaydır. Amborella üzerinde yapılan araştırma, bu öngörüyü doğrulamıştır. Bu, çiçekli bitkilerin 160 milyon yıl önce ortaya çıkmalarından sonra nasıl hızlı bir şekilde türleştiğini ve gezegeni kaplayan bir hale dönüştüğünü açıklayabilecektir. Darwin, bu evrimi "berbat bir gizem" olarak tanımlamaktadır.

Araştırmacılar, Amborella genomunu diğer bitkilerle kıyaslayarak atasal çiçekli bitkinin gen portfolyosunu çıkarmışlardır. 5210 gen ailesinden, 4031'i tohum taşıyan (hem çiçekli, hem çiçeksiz) bitkilerin atasında bulunmaktadır. Bu durum, çiçekli bitkilerin halihazırda var olan genlerin birçoğunu, çiçek üretme işinde kullandıklarını göstermektedir.

Geri kalan 1179 gen ailesi (toplamın yaklaşık olarak çeyreği), yeni genlerdir. Bunların bazıları çiçek oluşumuna katkı sağlar, ama bazı diğerleri bitkinin fizyolojisini dengeler veya çevresel unsurlara tepki gösterir; örneğin bitki yiyen hayvanlara. dePamphilis şunları söylüyor:

Bu bir sürprizdi. Çiçeğin oluşumu sadece gen ifadesinin değişimi değildi ki bu, genellikle evrimin yeni gelişim yaratma yöntemi olarak bilinir. Oldukça fazla miktarda yeni gen de vardı.

Amborella'nın mitokondriyal genomu daha da fazla sürprize neden oldu. DNA'sı, diğer birçok bitkiye ait genleri taşıyordu, hatta 3 alg ve 1 yosun türünün bütün genomu, olduğu gibi genlerinin içerisindeydi.

Bunlar, yaklaşık olarak 6 genom büyüklüğünde DNA'ya eşdeğerdir. Hepsi, Amborella'nın mitokondriyal genomunda 3.9 milyon baza denk gelir ve bunlar, 5 halkasal kromozomda saklanır. En az iki diğer bitkinin de büyük mitokondriyal genomları olsa da, hiçbiri Amborella'nın yanına bile yaklaşamaz. Indiana Üniversitesi'nden Jeffrey Palmer şöyle diyor:

Yabancı genlere ait bazı ipuçları görmüştük ancak genomu dizileyene kadar bunun ne kadar fazla olduğunu fark etmemiştik. Tüm halde genomları barındırmasını asla beklemiyorduk.

Palmer, Alborella'nın doğrudan ona temas ederek üzerinde yaşayan epifitler veya içerisinde yaşayan parazitler aracılığıyla bu genomları kazandığını düşünüyor. Tepeden düşen bitki örtüsü veya aç otçullar bu bitkileri yaralayabilir, hücrelerini parçalayabilir ve mitokondrilerin birbirine temas etmesine izin verebilir. Bu olduğunda, mitokondiryal kaynaşma meydana gelebilir ki bu, bir nevi sekstir.

Her ne kadar yabancı genlerin bazıları halen fonksiyonel olsa da, bunların çok büyük bir kısmı sadece çöp. Palmer şöyle söylüyor:

Bir nedenle, Amborella diğer bitkiler kadar sık şekilde bu çöp DNA'larını yitirmiyor veya belki de diğerlerine göre daha sık bunları kazanıyor.

Amborella nadir bulunan bir bitki değil, ancak izole bir şekilde yaşıyor. Yeni Kaledonya'da sadece 18 popülasyonda bulunuyor ve araştırma ekibi bunların 12'sinin genomunu diziledi. Araştırmacılar, küçük bir adada yaşıyor olmasına rağmen Amborella'nın Populus kadar (tüm titrek kavak, akkavak ve Kanada kavaklarını içeren bir cins) geniş bir genetik çeşitliliği olduğunu tespit etti.

Bu genetik çeşitlilik, son birkaç milyon yılda birçok sefer darboğaz etkisi altında kalan Arborella'yı daha da ilginç kılıyor. Bu darboğazların sonuncusu, günümüzden 100.000 yıl kadar önce meydana geldi ve türün muhtemelen 5.000'den az bireyi hayatta kalabildi. Davis'te bulunan Kalifroniya Üniversitesi'nden James Doyle, e-postasında şöyle diyor:

Neredeyse yok olmuşlardı. Biz botanikçiler, bu kurşundan kaçabildiğimiz için çok şanslıyız. Çünkü bitki, her ne kadar birçok açıdan özelleşmiş olsa da, ilk çiçekli bitkilerin özellikleri hakkında bize birçok bilgi verebilir.