Araştırmacılar, bitkilerin strese nasıl tepki vereceğini düzenleyen geni tanımlıyor; Belki de kendinizi iyi hissetmediğinizde veya özellikle stresli bir gün geçirdiğinizde yavaş bir yürüyüşe çıkarsınız, spor yaparsınız veya biraz uzanırsınız.
Hepimizin stresörlerle dışsal olarak başa çıkmamızın sayısız yolu olmasına rağmen, bir şey sabittir: Hücresel düzeyde, stres tepkisi hem hayvanlar hem de bitkiler aleminde evrenseldir.
Elbette, bitkiler bir testi geçemedikleri, hız cezası aldıkları veya bir arkadaşıyla kavga ettikleri için kötü bir gün geçirmeyebilirler, ancak mücadele hala gerçek. Bitkiler, bakteriyel, fungal ve viral patojenlerden kaynaklanan biyotik streslerle ve aşırı sıcaklıklar, kuraklık veya sel, aşırı tuzluluk ve güneşe maruz kalmadaki değişikliklerden kaynaklanan abiyotik streslerle karşı karşıyadır.
Biyotik ve Abiyotik Strese Karşı Savunma Geni
İnsan ve hayvan hücreleri gibi bitki hücreleri, bir dış strese karşı uygun bir savunma veya bağışıklık tepkisi oluşturmak için karmaşık bir gen sistemine ve bunların ekspresyonuna ve düzenlenmesine güvenir. Frontiers in Plant Science‘ta yakın zamanda yayınlanan bir çalışmada, Delaware Üniversitesi ve Syracuse Üniversitesi’nden araştırmacılar, hem biyotik hem de abiyotik strese karşı tepkileri düzenleyen tek bir gen tanımladılar.
Hayvan ve Gıda Bilimleri Bölümü’nde yardımcı doçent olan Aditya Dutta, “SDA1 aslında çok küçük bir gendir, ancak bitkideki hem biyotik hem de abiyotik tepkileri aynı anda kontrol ettiği için kritiktir. Reaktif oksijen türleri (ROS), bir bitkinin bağışıklık tepkisinde kritik öneme sahiptir ve normal fizyolojik süreçlerde üretilirler. Bir stres etkeni karşısında ROS seviyeleri artar ve bir savunma süreci başlatılır. SDA1, ROS’un iyileştirilmesiyle bir ana regülatör görevi görür. Diğer genleri düzenleyen, hem biyotik hem de abiyotik yanıtı etkileyen ve bitkiyi her iki cephede de sertleştiren bir gendir.”
Dutta, bu araştırmaya Syracuse Üniversitesi’ndeki doktora çalışması sırasında, bitkinin 20’den fazla farklı strese maruz kaldıktan sonra gen ifadesini izleyen gen ekspresyon dizilerini inceleyerek başladı. Aklına gelen bir şey, SDA1’in neredeyse her durumda indüklenmesiydi. Başlangıçta Dutta, SDA1’in sadece bir yolcu geni olabileceğini veya belirli bir süreci kontrol etmediğini düşündüğünü söyledi.
Bitkilerin Strese girmesinde Rol Oynayan Etmenlere Karşı SDA1
Dutta, “Ama sonra daha fazla araştırmaya başladım ve SDA1’in aslında salisilik asit aracılı süreçlerle etkileşime girdiğini gördüm. Bu, biyotik tepkinin büyük bir bölümünü kontrol eden aynı hormondur. Aslında, salisilik asit bitki dünyasında o kadar önemlidir ki, genellikle ticari bitkilere püskürtülür, böylece doğal olarak bağışıklık tepkilerini artırmak için kullanabilirler,“diyor.
“Bulduğum şey, SDA1’in salisilik asit ile etkileşime girmesinin yanı sıra, SDA1’i kaldırırsanız, bir bitkinin tutabileceği salisilik asit miktarını etkilediğiydi. Yeterince kadar salisilik asit tutamazsa, bitkinin enfeksiyonla savaşma kabiliyetini azaltır. ”
Dutta ve diğer araştırmacılar, SDA1’in abiyotik stresörlere verilen tepkileri etkilediğini de buldu. Örneğin, SDA1, kuraklığa tepki olarak kök büyüme miktarını etkiler. Uygun kök büyümesi olmadan bitki yaşayamaz.
SDA1’in kritik derecede önemli ancak daha önce kategorize edilmemiş bir gen olduğunu fark eden araştırma ekibi, benzer işlevlere sahip genleri veya proteinleri aradı. Böyle bir benzerlik bulamayınca, bu proteini bu kadar benzersiz kılan şeyin ne olduğunu belirlemek için tüm gen dizisine daha yakından baktılar. Bunu yaparken yedi amino asitlik bir alan belirlediler. Dutta, “Bu alana bakmaya başladığımızda, ilk ön sezgimiz muhtemelen korunmuş olduğu için önemli olduğu yönündeydi; ancak sonra geri döndük ve hangilerinin önemli olduğunu görmek için her bir amino asidi birer birer mutasyona uğrattık. Tüm alana ihtiyacınız olduğunu bulduk. Bu yedi amino asit için işlevsel bir ilişki vardır çünkü bu alan, hem biyotik hem de abiyotik strese karşı tepkiyi kontrol eden şeydir.”
Bitkilerin Strese Girmesi ve İklim Değişikliği İle Mücadele Etmede Etkili Olabilir mi?
En önemlisi, ekip bu yedi amino asit alanının, ticari ürünler de dahil olmak üzere zaman içinde dizilenen bitkilerin çoğunda mevcut olduğunu buldu. İklim değişikliğinin neden olduğu artan baskılarla karşı karşıya olduğumuz için bu kritik bir keşif olabilir.
“Zamanla, içinde bulunduğumuz çevre için süper verimli mahsuller yetiştirmeye başladık, ancak işler değişiyor. Sıcaklıklar artıyor, toprak tuzluluğu değişiyor ve bu tür bir üretim elde etmek için daha fazla toprağın sulanması gerekiyor. 5-10 yıl önce bile bir faktör olmayan şeyler artık sadece ABD pazarı için değil, tüm dünya için gerçekten önemli.”
SDA1 geni ve yedi amino asit alanı doğal olarak oluştuğu için, bilim adamları kültivarları belirleyebilir ve bu geni yüksek seviyelerde ifade eden mahsul türlerini seçebilirler. Bu, genleri değiştirmeyi gerektirmediğinden, sadece SDA1’i ifade eden bitkileri strese karşı daha dirençli hale getirecek şekilde seçip çoğaltmayı gerektireceğinden, genetiği değiştirilmiş ürünlerden farklıdır.
Daha sert mahsuller üretebilir miyiz? Onları kuraklığa dayanıklı hale getirebilir miyiz? Onları bakteriyel patojenlere karşı daha dirençli hale getirebilir miyiz? Daha fazla araştırma ile Dutta, bu yanıtların çoğunun SDA1’de olduğuna inandığını söyledi.
İpuçlarını aramak
Dutta, bakterilerden bitkilere ve tavuklara kadar hücresel stresi anlamak için farklı canlı modellerini inceleme deneyimine sahip. Çiftlik verimliliğini artırmaya ek olarak, şu anki çalışması insan üreme organlarındaki kanserleri belirleyebilir ve tanımlayabilir.
Dutta, “Yumurtalık kanseri, insidans veya ortaya çıkma oranı açısından kadınlar için ilk 10 kanser değil, ancak ölüm sayısı açısından ilk beş kanserdir” dedi. “Yumurtalık kanseri ile karşılaştığımız sorunlardan biri tespittir. Tedavi edemediğimizden değil, ancak hasta doktora gittiğinde tipik olarak ileri bir aşamadadır.”
Dutta, diğer hayvan modellerinden farklı olarak laboratuvarda kendiliğinden yumurtalık kanseri geliştirdikleri için üreme sağlığını incelemek için tavuklarla çalışmaya başladığını ve hem kümes hayvanlarına hem de insanlara fayda sağlayabilecek bilgiler sunduğunu söyledi.
Oksidatif stres, kanser başlangıcına en büyük katkıda bulunanlardan biridir. Dutta, hem bitki hem de hayvan alemindeki oksidatif stresi anlayarak, alanlar arasında daha fazla genelleme yapabilmeyi ve gen düzenleme bilgisini farklı fenomenlere uygulayabilmeyi umuyor.
Dutta, “Bu, Tek Sağlık fikrine ve bir alanda öğrendiğiniz her şeyin başka bir yere uygulanabileceği fikrine geri dönüyor,” dedi. “Temel prensiplerin çoğu aynı kalıyor, biz sadece ona farklı fizyolojik ortamlarda bakıyoruz ve farklı hastalık çıktılarıyla nasıl ilişkili olduğuna bakıyoruz. Her durumda, hücrelerin oksidatif strese nasıl tepki verdiğini ve bunun ne kadar kritik olduğunu öğreniyoruz. Amaç, hem kümes hayvanları hem de insanlar için aynı şekilde iyi sonuçlar sağlamaktır.”
Çeviri ve Derleme: Popüler Tarım | Bilim Haberleri
Kaynak: https://phys.org/news/2020-11-gene-stress.html
İleri Okuma: Aditya Dutta et al. Arabidopsis SMALL DEFENSE-ASSOCIATED PROTEIN 1 Modulates Pathogen Defense and Tolerance to Oxidative Stress, Frontiers in Plant Science (2020). DOI: 10.3389/fpls.2020.00703