Bitki Islahında Biyoteknolojik Yöntemler
Bitkiler ve bitkisel ürünler insanların besin ihtiyacının giderilmesi açısından oldukça önemli bir hazinedir.
Hızla artış gösteren Dünya nüfusunun besin ihtiyacını karşılamak için bitki ıslahı bir başka deyişle; daha yüksek verim elde edilen, biyotik ve abiyotik stres koşullarına dayanıklı yeni bitki çeşitlerinin geliştirilmesi son derece önemlidir. Peki, bu bitkileri iyileştirme anlamına gelen “bitki ıslahı” nasıl gerçekleştirilmektedir? Bitki ıslahı insanlar tarafından binlerce yıl önce kendileri için besin kaynağı olabilecek bitkilerin seçilmesi ile kendiliğinden başlamıştır. Böylece daha kaliteli ve verimli ürünler veren bitki tür ve çeşitleri seçilmeye başlanmış ve tarımı gerçekleştirilmiştir. Bitki ıslahının temelini oluşturan bu yöntem günümüzde halen geçerliliğini korumakta ve seçim anlamına gelen “seleksiyon” olarak adlandırılmaktadır. Diğer bir ıslah stratejisi ise “melezleme ıslahı” olarak adlandırılmaktadır. Türler içerisinde hatta bazı bitkiler için türler arasında gerçekleştirilen melezlemeler sonucunda elde edilen yeni bireyler daha yüksek verim ve kaliteye sahip olabilmektedir. Bitki ıslahı özellikle çok yıllık bitki türlerinde uzun yıllar sürebilmektedir. Bu süreci kısaltmak amacıyla biyoteknoloji yöntemlerinden faydalanılmaktadır.
Biyoteknoloji canlı sistemleri ve teknolojik yöntemleri kullanarak yeni ürünler elde etmek ve/veya mevcut sorunları çözmeyi amaçlayan disiplinler arası bir bilim dalıdır. Bitki biyoteknolojisi teknikleri, bitki ıslahı çalışmalarına adapte edilerek uzun yıllar süren bitki ıslahı çalışmaları kısaltılabilmektedir. Bitki biyoteknolojisi tekniklerini 3 temel başlıkta sınıflandırabiliriz.
1. Bitki Doku Kültürü Yöntemleri
2. Moleküler Markır Yöntemleri
3. Genetik Mühendisliği Yöntemleri
1. Bitki Doku Kültürü Yöntemleri
Tek bir bitki hücresi barındırdıkları genetik yapı sayesinde yeni bir bitki meydana getirebilmektedir. Bitki hücrelerinin bu özelliği “totipotensi” olarak adlandırılmaktadır. Bitkilerin totipotensi özelliği sayesinde bitki doku kültürü çalışmaları geliştirilmiştir. Amacımıza göre farklı bitki doku kültürü çalışmaları yürütülebilir ve bitki ıslahı çalışmalarına adapte edilebilir.
- Meristem Kültürü: Meristemler, iletim demeti bulundurmaması ve çok hızlı bölünebilme yeteneklerinden dolayı yapılarında virüs barındırmazlar. Bu sebeple bitki doku kültüründe meristemlerden elde edilen bitkiler virüsten ari olarak adlandırılır. Bu yolla temiz ve virüs içermeyen bitkilerin üretimi kolaylıkla sağlanmaktadır.
- Mikroçoğaltım: Büyük emekler ile yürütülen ıslah çalışmaları sonucunda elde edilen değerli ve kısıtlı sayıdaki bitkinin hastalıklardan ari ve hızlı bir şekilde çoğaltılmasına olanak sağlamaktadır. Bu yöntem ile teorik olarak bir bitkiden yılda bir milyon bitki elde edilebilmektedir.
- Embriyo Kültürü: Bitki ıslahı çalışmalarında melezlemeler sonucunda elde edilen tohumların çimlendirilmeleri gerekmektedir. Ancak melezlemeler sonucu elde edilen bireylerin çimlenme oranı standart bireylere göre daha düşük ve zor olmaktadır. Böyle durumlarda embriyo kültürü ile erken dönemde embriyolar kurtarılmakta ve böylece ıslah sürecine olumlu katkılarda bulunulabilmektedir. Embriyo kültürü çalışmaları birçok bitki türünde yaygın şekilde kullanılmaktadır.
- Haploid Bitkilerin Üretimi: Klasik ıslah metotlarıyla uzun yıllar süren saf hatların elde edilmesi işlemi, haploidi tekniğiyle çok kısa sürelere indirilebilmektedir. Haploid bitkilerin elde edilmesi ve kromozom katlamasının işlemi yapıldıktan sonra elde edilen bitkicikler %100 homozigot olarak tanımlanmaktadır. Bu bitkiler ıslah çalışmalarında özellikle sebze ve tahıllar başta olmak üzere birçok bitki türünde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bitki doku kültüründe farklı yöntemler kullanılarak haploid bitkilerin elde edilmesi mümkündür. Bitkilerde doku kültürü çalışmaları ile haploid bitki elde edilmesinde farklı yöntemler kullanılmaktadır. Bu yöntemler, “Anter Kültürü”, “Mikrospor Kültürü”, “Ovayum Kültürü”, “Ovül Kültürü” ve “Işınlanmış Polen Tekniği” olarak sıralanabilir.
- Protoplast Kültürü ve Somatik Melezleme: Bitki hücrelerinde hücre duvarının çıkarılması ile kalan yapı protoplast olarak adlandırılmaktadır. Protoplast kültürü ise, protoplastlardan yeni bitkilerin elde edilmesi olarak adlandırılır. Dış koşullarda melezlenmesi zor veya mümkün olmayan bitki tür ve çeşitlerinin in vitro koşullarda melezlenmesi protoplastlar kullanılarak gerçekleştirilebilmektedir. Bu yolla diploid iki bitkinin füzyonu sonucunda tetraploid bitkiler elde edilebilmektedir.
2. Moleküler Markır Yöntemleri
Çok uzun yıllar sürebilen bitki ıslahı çalışmalarını kısaltmanın en önemli yollarından biri moleküler yöntemler ile olabilmektedir. Moleküler Biyoteknoloji çalışmaları günümüzde çok farklı türler için hızla devam etmektedir. Bu çalışmalar;
- Bitki tür, çeşitlerinin genetik ilişkilerinin ve akrabalık seviyelerinin belirlenmesi: Bitki ıslahı sürecinde elimizdeki mevcut bitki populasyonunun genetik ilişkilerinin bilinmesi, özellikle melezleme kombinasyonlarının oluşturulması ve ıslah sürecinin doğru yönetilmesi açısından önemlidir. Moleküler markırlar kullanılarak bitkiler arasındaki farklılıklar ve bu farklılıklara dayalı genetik benzerlik ve uzaklıklar rahatlıkla belirlenebilmektedir.
- Genetik haritaların oluşturulması: Bitkilerde genlerle ilişkili markırların haritalanması sonucunda bu genlere ulaşılabilmekte ve bu genlerin diğer bitki tür ve çeşitlerindeki varlıklarına bakılabilmektedir.
- Mutasyonların Belirlenmesi: Bitkilerde doğal olarak veya teşvik edilerek oluşturulmuş mutasyonların belirlenmesinde moleküler markırlar kullanılmaktadır.
- Markırlar Yardımıyla Seleksiyon (MAS): Bitkilerde kazandırılmak istenen özelliklerin erken dönemde tespiti moleküler markırlar ile mümkün olabilmektedir. Moleküler Markırlar Yardımıyla Erken Seleksiyon olarak adlandırılan bu sistem için ilgili karakterlere özgü markırların geliştirilmesi zorunludur. Birçok bitki türünün önemli özelliği için markır bulunmakta ve bu markırlar pratikte kullanılabilmektedir.
3. Genetik Mühendisliği Yöntemleri
Bitkileri iyileştirmek ve onlara yeni özellikler kazandırmak amacıyla doğrudan veya dolaylı gen aktarım yöntemlerinden biri kullanılarak gen transferi gerçekleştirilmektedir. Gen transferi ile bitkilere kazandırılmak istediğimiz özellikler uzun yıllar gerektiren klasik ıslah çalışmalarını çok kısa sürelere indirebilmektededir. Günümüzde ticari olarak yetiştiriciliği yapılan türlerden başka, onlarca bitki türüne gen aktarma çalışmaları bilimsel olarak yürütülmektedir. Bitkilere gen aktarma süreci rekombinant DNA teknikleri kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Bitki ıslahı sürecinde bitkilere kazandırılmak istenen özelliklerin direk olarak bitkilere aktarılması söz konusudur. İstenilen özelliğe ait genlerin bitkilere aktarılmasından önce rekombinant DNA’nın oluşturulması gerekmektedir. İlgili genin bir aracı vektöre klonlanması ve bitkiye transferi ile bitkilerde istenilen özellikler çok kısa sürelerde sağlanabilmektedir.
Bitkilere herhangi bir aracı kullanmadan doğrudan gen aktarımının sağlanabileceği yöntemler; gen tabancası, elektroporasyon, sonikasyon, desikasyon ve polen tüpü aracılığıyla olarak sıralanabilir. Gen aktarma çalışmalarında bir aracı organizma kullanılıyor ise bu tip yöntemlere dolaylı gen aktarma yöntemleri denmektedir. Doğanın genetik mühendisi olarak adlandırılan Agrobacterium tumefaciens bakterisinin kullanımı dolaylı gen aktarımının en büyük örneğidir.
Sonuç olarak, son yıllarda biyoteknoloji çalışmalarının bitki ıslahı çalışmalarına adapte edilmesi ile bitki ıslahında çok önemli başarılar elde edilmiş ve bu süreç daha kısa süreler içerisine sığdırılmıştır. Biyoteknolojik çalışmalar, tarımsal üretim için gerekli olan ıslah çalışmalarının vazgeçilmez unsurlarından biri olmaya devam edecektir.
Dr. Özhan ŞİMŞEK
Çukurova Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, Bahçe Bitkileri Bölümü, Adana
https://www.facebook.com/dr.ozhansimsek/
