Bitkiler, iklimsel stres türlerine bağlı olarak büyüme süreçlerini durduruyor, hızlandırıyor

New Phytologist’te yayımlanan araştırmaya göre bitkiler, soğuk hava dalgaları, tuzluluk, kuraklık ve aşırı sıcak gibi çevresel stresler altında büyümeyi geçici olarak durduruyor; koşullar normale döndüğünde ise gelişimi yeniden başlatıp hatta hızlandırabiliyor. UBC (British Columbia Üniversitesi) ekibi, bu “durakla ve devam et” yanıtının ardındaki genleri ve biyolojik yolları ortaya koydu.

UBC Botanik Bölümü doktora öğrencisi ve çalışmanın baş yazarı Olivia Hazelwood, “İklim değişikliğiyle aşırı hava olayları sıklaşıyor. Bu bulgular, genetik olarak düzenlenmiş bitkilerin iklim olaylarından sonra daha hızlı ve verimli toparlanmasına, iklime dayanıklı ürünlerin geliştirilmesine yardımcı olabilir” dedi. “Böylece bitkiler kar fırtınaları, sıcak hava dalgaları veya sellerden sonra bile yaşam döngülerini tamamlayıp hasat döneminde gıda üretebilir.”

Soğuk ve tuz stresinde “duraklama”, normallerde “devam”

• Laboratuvar deneylerinde model bitkiye soğuk ve tuz stresi uygulandığında kök gelişimi durdu; stres kaldırılıp bitkiye stres süresi kadar toparlanma zamanı tanındığında büyüme yeniden başladı.
• Isı stresi için yürütülen ve hakem değerlendirmesinde olan bir diğer çalışmada, bitkilerin sıcakta büyümeyi “hızlandırdığı”, ardından sıcaklık normale dönene kadar “durakladığı” gözlendi.
• Kıdemli yazar ve UBC Botanik Bölümü öğretim üyesi Dr. Arif Ashraf: “Bitkilerin ozmotik veya kuraklık stresinden de kurtulabildiğini bulduk, ancak bu süreç daha uzun sürüyor. ‘Duraklama ve itme’ diyoruz; çünkü bitki toparlanmak için zamana ihtiyaç duyuyor.”

Hücre döngüsü ve kilit gen: CDKA;1

Araştırmacılar, kök büyümesini hücre bölünmesi üzerinden izlemek için floresan işaretli proteinler kullandı. Hazelwood, “Aylarca binlerce hücre saydım. Soğuk, kuraklık ve tuz stresinde hücre bölünmesiyle ilişkili bazı proteinler daha az hücrede bulunuyordu; optimal koşullara döndürüldükten yaklaşık 24 saat sonra sayılar normale geldi” dedi.

Ekip, büyüme döngüsünün anahtarında siklin bağımlı Kinaz A;1 (CDKA;1) geninin yer aldığını gösterdi. Bu genin inhibe edilmesi, bitkilerin stresten sonra toparlanmasını engelledi. Bulgular, soğuk ve tuz stresinden kurtuluşta rol oynayan mekanizmaların farklı bitki türlerinde korunduğunu da ortaya koydu.

Yöntem ve karşılaştırmalı tür analizi

Soğuk ve tuz stresi önce model bitkide test edildi; ardından tarım bitkilerine akraba iki yabani ot türünde yinelendi. Üç türde benzer tepkiler görülmesi, ortak hücresel bir yanıt mekanizmasına işaret etti.

İklime dayanıklı ürünler ve CRISPR hedefi

Dr. Ashraf, “Sıcak hava dalgalarını veya kar fırtınalarını durduramayız. Bu nedenle, bitkilerin bu olaylardan kurtulup hasat zamanına kadar ürün vermesine yardımcı olabilecek genleri belirliyoruz” dedi. Hazelwood, ekibin bir sonraki adımda bu toparlanma sürecini buğday çeşitleri dahil farklı Kanada tarım bitkilerinde doğrulamayı planladığını, iki ila üç yıl içinde iklime daha iyi uyum sağlayabilen CRISPR ile düzenlenmiş hatlar oluşturmayı umduklarını belirtti.

Neden önemli?

Çalışma, farklı stres türlerine (soğuk, tuz, ısı, kuraklık/osmotik) karşı büyümenin durdurulup yeniden başlatılmasını yöneten genetik ağları aydınlatıyor. Bu bilgi, ısı dalgaları, seller, tuzluluk artışı ve kuraklığın sıklaştığı iklim koşullarında verimi koruyabilecek, iklime dayanıklı tarla bitkilerinin ıslahı ve genetik mühendisliği için somut hedefler sunuyor.