Biyologlar - Biyolojiye Gerçekçi Yaklaşım

Yaprak Molekülleri Mikorizal Birlikler İçin Markör Görevi Taşıyor

---

Bir bitkinin toprak üstü aksamındaki metabolitler, bitkinin mikorizal mantarlarla başarılı bir mutualizm sergilediğini göstermektedir. Credit: Ming Wang, Max Planck Institute for Chemical Ecology

Nicotiana attenuata gibi yabani bitkiler, arbuskürel mikorizal mantarlar (pembe) ile fonksiyonel bir simbiyoz kurduklarında köklerinde ‘blumenol C’ türevleri (mavi) üretirler. Bu maddeler yapraklara taşınır ve başarılı fungus birlikleri için yaprak markörleri olarak kullanılabilir.

Kaynak: Ming Wang, Max Planck Kimyasal Ekoloji Enstitüsü

Doğada, birçok bitki, mikoriza denilen kök mantarları ile karşılıklı ilişkiler kurar. Mikorhizal mantarlar, bitkilerin besin alımını kolaylaştırır ve ekstrem koşullar altında gelişmelerine yardımcı olur. Almanya, Jena'daki Max Planck Kimya Ekoloji Enstitüsü'ndeki araştırmacılar, bazı yaprak metabolitlerinin mikorizal dernekler için belirteç olarak kullanılabileceğini keşfettiler. Yaprak belirteçlerinin keşfi bilim adamlarına, onları yok etmek zorunda kalmadan mikorizal birlik yapan bitkilerin büyük bir kısmını görüntülemede kolay bir araç sağlar. Bu yeni araç, sürdürülebilir tarım için daha verimli ve strese dayanıklı ürün çeşitlerinin yetiştirilmesine katkıda bulunabilir.

Bitkiler ve arbusküler mikorizal mantarlar arasındaki ilişki, karasal bitkilerin evrimi için en önemli faktörlerden biri olarak kabul edilir. Yüksek bitkilerin yüzde 70'inden fazlası, 400 milyondan fazla yaşta olduğuna inanılan bu mantarlarla bir ilişki kuruyor. Karşılıklı ilişki, bitkinin fosfat gibi besin maddelerini daha iyi emmesini sağlar. Ayrıca, simbiyoz, bitkileri böcek saldırısı, patojenler ve kuraklık gibi biyotik ve abiyotik streslere karşı daha toleranslı kılar.

Bitki ıslahçıları için mikorizal mantarlar çok önemlidir, çünkü küresel fosfat kaynakları sınırlıdır. Bununla birlikte, bugüne kadar mantar birliklerinin analizi sadece bitki köklerinin kazılmasıyla mümkün olmuştur. Bu sadece zaman alıcı bir yöntem olmakla kalmıyor, aynı zamanda da bitkiye zarar verip yok olmasına neden oluyor.

Max Planck Kimya Ekoloji Enstitüsü'ndeki bilim adamları ve ortakları, arbusküler mikorizal mantarların bitki köklerini başarılı bir şekilde kolonize ettikleri zaman yapraklarda biriken maddeleri bulmuşlardır. Bir süre için, blumenol C türevleri olarak adlandırılan bu maddelerin, özellikle de mutualistik mantarlarla kolonizasyondan sonra köklerde üretildiği bilinmektedir. Ancak şimdiye kadar, güvenilir ve spesifik bir yaprak markörü bulmaya yönelik tüm girişimler başarısız olmuştur.

Araştırmacılar, yaptıkları çalışmalar için yaprak maddelerini son derece hassas bir teknikle analiz ettiler ve bunları mantar birlikleri kuramayan bitkilerden elde edilen yaprak bileşikleriyle karşılaştırdılar. Jena Max Planck Enstitüsü'nden Ming Wang beklenmedik bulguları şöyle açıklıyor: “Hedeflenen ve son derece hassas kütle spektrometresi sayesinde, bitkilerin yer üstü kısımlarında da mikoriza özgü değişiklikler bulabildik. Diğer deneyler, gözlemlenen değişikliklerin kök kolonizasyonu mikorizal mantarlarla ilişkili olduğunu doğrulamıştır. Martin Schäfer, "Blumenoller büyük ihtimalle köklerde üretilir ve daha sonra bitkilerin diğer kısımlarına taşınır." Dedi.

Çoğu ekolojik etkileşim oldukça türe özeldir. Bununla birlikte, bilim adamları, önemli bitki çeşitleri ve sebzeler de dahil olmak üzere diğer bitki türlerinin yaprak dokularında blumenthal birikimini gösterebildiler. Uzak bitki ailelerindeki ateşteki belirteçlerin her yerde bulunması, muhtemelen mikorizal mantarların ve bitkilerin uzun yaygın geçmişinden kaynaklanmaktadır ve bu da tez belirteçlerinin arbusküler mikorizal mantarlarla kolonize edilen bitkiler için önemli bir rol oynadığını düşündürmektedir.

Bu maddelerin işlevi ne olursa olsun, yaklaşım, mikorizal araştırma ve bitki ıslahının geleceğini kökten değiştirebilecek potansiyele sahip, sağlam ve kolay uygulanabilen bir araç sağlar. Moleküler Ekoloji Bölümünün başkanı Ian Baldwin, yeni olasılıkları şöyle özetliyor: "Arbusküler mikoriza funguslarıyla kolonizasyon için tanı belirteçlerimiz sadece yüksek verimli taramalara dayanan yetiştirme programları için değil, mikorizal birlikleri incelemek için çok yararlı olabilir” Fosfat, gübrelerin önemli bir bileşenidir ve bu nedenle tarım ve gıda üretimi için vazgeçilmezdir. Bununla birlikte, fosfat yatakları sınırlıdır ve çoğunlukla tartışmalı bölgelerde bulunur. Uzmanlar hali hazırda bekleyen fosfat eksikliği ve küresel gıda krizine yol açabilecek gübrelerden bahsediyorlar. Yeni tarama yöntemi, fosfatı daha verimli bir şekilde elde etmek için mikorizal mantarlarla olumlu ilişkileri müzakere edebilen bitkilere yardımcı olabilir.

Bir ileri adımda araştırmacılar, fungal kolonizasyonla ortaya çıkan blumenol birikiminin rolünü aydınlatmak ve blumenollerin ayrıca bitki kökleri ve yaprakları arasında sinyal molekülleri olarak işlev görüp görmeyeceklerini öğrenmek istemektedir. Aynı zamanda, aynı türün farklı bitkileri ile farklı türlerdeki bitkilerin ortak mantar ağı üzerindeki iletişimi ile ilgili temel soruları araştırmak için yeni yöntemi kullanmayı da planlamaktadırlar.

Journal Reference:

1. Ming Wang, Martin Schäfer, Dapeng Li, Rayko Halitschke, Chuanfu Dong, Erica McGale, Christian Paetz, Yuanyuan Song, Suhua Li, Junfu Dong, Sven Heiling, Karin Groten, Philipp Franken, Michael Bitterlich, Maria J Harrison, Uta Paszkowski, Ian T Baldwin. Blumenols as shoot markers for root symbiosis with arbuscular mycorrhizal fungi. eLife, 2018; 7 DOI: 10.7554/eLife.37093

Kaynak: https://www.sciencedaily.com/releases/2018/08/180828103953.htm

Çeviren ve Derleyen: Nurefşan Cırık

---