Biyologlar - Biyolojiye Gerçekçi Yaklaşım

Araştırmacılar mısırın topraktaki arsenik toksisitesini azalttığını keşfetti

---

Mahsuller arsenikle kirlenmiş toprakta büyüdüğünde, bu toksik element besin zincirinde birikir. Basel Üniversitesi'nin katıldığı bir araştırma, mısır bitkilerinin arsenik alımını azaltmak için kullandığı bir mekanizmayı keşfetti: Anahtar faktör, kökler tarafından toprağa salınan özel bir maddedir.

Arsenik doğal kökenli toksik bir metaloiddir. Arsenikle kirlenmiş toprak ve sular dünyanın her yerinde, özellikle Bangladeş, Vietnam ve Çin gibi Güneydoğu Asya ülkelerinde bulunuyor. Ayrıca İsviçre'de arseniğin ortalamanın üzerinde konsantrasyonlarda bulunduğu birkaç doğal nokta bulunmaktadır. Bir örnek, Baselland kantonundaki Liesberg'deki topraktır.

Basel Üniversitesi Çevre Bilimleri Bölümü'nden Profesör Klaus Schlaeppi, "Bitkiler için özel sorun, arseniğin kimyasal olarak fosfora benzer davranmasıdır" diyor. Fosfor, bitkilerin köklerindeki özel taşıma kanalları yoluyla aldıkları önemli bir besin maddesidir. "Arsenik bitkilere bu kanallardan giriyor."

Sonuç olarak biyokütlede giderek daha fazla toksik madde birikir ve besin zincirine karışır. Uzun vadede bu durum insan sağlığını olumsuz etkiler. Yüksek arseniğe maruz kalma, örneğin nörolojik hasara ve kansere neden olabilir.

Kökler bir panzehir salgılar

Ancak Schlaeppi'nin ekibinin PNAS dergisinde bildirdiği gibi mısır, benzoksazinoidler olarak bilinen bileşikler yoluyla arsenik toksisitesini azaltıyor. Bu maddeler, mısır ve buğdayın da dahil olduğu çimenlerin botanik grubundaki çoğu bitki tarafından üretilir. Mısır özellikle büyük miktarlarda benzoksazinoid üretir ve bunlar da kök sistemi aracılığıyla toprağa salınır.

Liesberg yakınlarındaki bir tarla deneyinde mısır bitkilerinin fideleri. W22, benzoksazinoid üreten bitkileri belirtir. Bx1 mısır bitkileri bu maddeleri üretme kabiliyetinden yoksundur. Fotoğraf bilgileri: Basel Üniversitesi, Veronica Caggìa

Schlaeppi, "Mısırın diğer bitki türlerine göre daha az arsenik aldığına dair bazı kanıtlar zaten vardı" diyor.

Bu hipotezi test etmek için araştırmacılar mısır bitkilerini iki tür toprakta yetiştirdiler: arseniksiz ve yüksek düzeyde arsenikli. Aynı deneyi, genetik kusur nedeniyle benzoksazinoid üretemeyen mısır bitkilerini kullanarak paralel olarak gerçekleştirdiler . Schlaeppi, bu deneyleri Bern Üniversitesi'nden Profesör Adrien Mestrot ve Profesör Matthias Erb'in araştırma gruplarıyla işbirliği içinde gerçekleştirdi.

Arsenik toksisitesinin azaltılması

Sonuç netti: benzoksazinoid üreten mısır, arsenik içeren toprakta daha iyi büyüdü ve biyokütlesinde benzoksazinoid yaymayan mısıra göre önemli ölçüde daha az arsenik biriktirdi.

Araştırmacılar arsenik içeren toprağa benzoksazinoidleri karıştırdıklarında mutant bitkiler de arsenik zehirlenmesinden korunmuş oldu. Schlaeppi, "Bu, topraktaki benzoksazinoidlerin varlığının bitkilere arsenik alımını azalttığının kanıtını sağladı" diyor.

Seradaki deneylerin bir parçası olarak araştırmacılar, mısır bitkilerinin kökleri etrafındaki toprak gözeneklerinden su topluyor. Şırıngadaki negatif basınç, daha fazla analiz için toprağın suyunu çeker. Fotoğraf bilgileri: Basel Üniversitesi, Veronica Caggìa

Daha sonra araştırmacılar bu etkiye neden olan altta yatan mekanizmayı bulmak istediler. Kök mikrobiyomunun analizleri bakteri ve mantarların olaya karışmadığını gösterdi. Bununla birlikte, kimyasal toprak analizleri, benzoksazinoidler mevcut olduğunda arseniğin özellikle toksik bir formunun ortadan kaybolduğunu gösterdi.

"Bu, benzoksazinoidlerin arseniği artık kök yoluyla alınamayacak şekilde dönüştürdüğünü gösterdi " diye belirtiyor. Hangi kimyasal süreçlerin dahil olduğu şu anda hala belirsizdir.

Daha sonraki deneyler, benzoksazinoidlerin topraktaki olumlu etkisinin uzun süre devam ettiğini gösterdi: ikinci nesil mısır bile, birinci neslin benzoksazinoid deşarjından hala faydalandı.

Schlaeppi, "Bu bulguların bir uygulaması, arsenikle kirlenmiş bölgelerde daha fazla benzoksazinoid salgılayan bitki çeşitlerinin yetiştirilmesi olabilir" diyor. Hiper-yayan bitkiler, klasik yetiştirme veya hedeflenen genetik modifikasyonlar yoluyla üretilebilir. "Bu şekilde besin zincirine daha az arsenik girdiğinden daha emin olabiliriz ."

More information: Veronica Caggìa et al, Root-exuded specialized metabolites reduce arsenic toxicity in maize, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2314261121

Journal information: Proceedings of the National Academy of Sciences

---