Sonbaharda, sadece yaprakların renkleri değil, aynı zamanda onların boyut ve şekilleri de bizi hayran bırakır. Ama farklı bitkilerin yapraklarını kendi şekillerinde çok farklı kılan nedir? Köln’deki Max Planck Bitki Yetiştirme Araştırma Enstitüsü’ndeki bilim adamları, LMI1 adı verilen bir proteinin, yaprak büyümesini ve şeklini nasıl kontrol edebildiğini keşfettiler.
Francesco Vuolo ve Max Planck Direktörü Miltos Tsiantis’in laboratuvarından araştırmacılar, doğada görülebilen yaprak şekillerindeki göz kamaştırıcı varyasyonun altında yatan mekanizmaları araştırıyorlar. Son zamanlarda, çabalarını, stipule (yaprak sapının dibinde çift olarak bulunan yaprakçık) adı verilen, az bilinen yaprak parçalarını araştırmaya yönelttiler. Bu yaprakçıkların gelişimi bir yaprak tabanında oluşmaktadır ve farklı bitki türlerinde, ebat ve fonksiyon bakımından büyük farklılıklar göstermektedir. Arabidopsis’teki model fabrikasında olgun tabakalar, genç yaprağın önemli bir kısmını oluştursalar da, küçük kalmaktadır. Bahçe bezelyesi gibi diğer bitkilerde, stipuller, yaprağın büyük bir bölümünü oluşturur.
Genetik, mikroskopi ve matematiksel modellerin bir kombinasyonunu kullanarak, LMI1’in stipulleri küçük tuttuğunu gösterebildiler. Protein, yaprak gelişimi sırasında bir hücrede üretilirse, bölünmek yerine büyümeye devam eder. Bu hücre olgunlaşması formu, hücrenin diğer hücre tiplerinde gelişmesini önler ve daha fazla doku büyümesi için mevcut hücre havuzunu sınırlandırır. Bu, hücre büyümesindeki erken artışa rağmen nihai organın boyutunu azaltır. Vuolo, “Yaprak, daha büyük hücrelere sahip olmasına rağmen daha küçük kalır” diye açıklıyor.
Bezelye Yapraklarında Stipullerin Hareketi
LMI1 ayrıca diğer bitkilerde yaprak morfolojisinin düzenlenmesinde belirleyici bir rol oynar. Araştırma ekibi, LMI1‘in bezelye bitkisinin büyük yapraklı stipulünde üretilmediğini, bunun yerine bezelye yaprağının üst kısmında, iplik benzeri tırmanma organlarının iplikçiklereden oluşturulduğunu keşfetti. Vuolo, “Eğimli bölgelerdeki hücreler daha da büyüyor ve daha az bölünüyor” dedi. Bezelye yaprağındaki LMI1 üretiminden, karakteristik şekliyle, yaprağın ucundaki iplik benzeri iplikçikler ve tabanda yer alan büyük stipüller sorumludur.
Bu önemli bulgular, stipüllerin gelişimsel kökeni üzerine yeni bir ışık tutmuştur ve bunların aslında LMI1 tarafından bastırılmış bir halde tutulan şifreli yapraklar olduklarını düşündürmektedir.
Dünü Bugünü
Stipuller, yapraklar ve dalları gibi farklı bitki parçalarının birbirleriyle nasıl ilişkilendiğiyle ilgili sorunlar, 1865’te onlar hakkında yazmış olan İngiliz doğal bilim adamı Charles Darwin’i meşgul etti. Bu nedenle, bu çalışma, hem bitki morfolojisi hem de uzun süredir devam eden yeni soruları çözmektedir.
Max Planck Bitki Islahı Araştırma Enstitüsü Müdürü Tsiantis, yaprak şeklinin gelişimindeki büyümenin rolünü araştırmanın yolları, “Bir gün, değiştirilmiş yapraklar veya diğer organlarla tarım için yeni bitki çeşitlerinin yetiştirilmesine katkıda bulunabilir. Örneğin, domates meyvesinin büyümesinde önemli bir tarımsal özellik olarak LMI1 proteininin rolünü araştırıyoruz,” diyor.
Abstract
How the interplay between cell- and tissue-level processes produces correctly proportioned organs is a key problem in biology. In plants, the relative size of leaves compared with their lateral appendages, called stipules, varies tremendously throughout development and evolution, yet relevant mechanisms remain unknown. Here we use genetics, live imaging, and modeling to show that in Arabidopsis leaves, the LATE MERISTEM IDENTITY1 (LMI1) homeodomain protein regulates stipule proportions via an endoreduplication-dependent trade-off that limits tissue size despite increasing cell growth. LM1 acts through directly activating the conserved mitosis blocker WEE1, which is sufficient to bypass the LMI1 requirement for leaf proportionality.
Çeviri ve Derleme: Popüler Tarım
İleri Okuma: LMI1 homeodomain protein regulates organ proportions by spatial modulation of Endoreduplication. Genes and Development; 26 October, 2018
Kaynak: https://phys.org/news/2018-10-scientists-protein-leaf-growth.html