Hilal Yıldırım Giriş
Aşılama, geçmiş çağlardan günümüze dek meyve ve süs ağaçlarının sayısını artırabilmek için kullanılan bir bahçecilik yöntemidir. Son yıllarda, aşılama tekniği sebze yetiştiriciliğinde de kullanılır olmuştur. Başarısının merkezinde yara iyileşmesi, hücre yapışması ve damar bağlantısına dayanan aşı birliğinin kurulması vardır.
Genel anlamda, yakın genetik ilişkilere sahip olan bitkiler, aşılamada daha yüksek bir başarı oranı gösterir. Buna karşın, yapılan son çalışmalar uzak genetik ilişkilere sahip türlerin de aşılama potansiyeli taşıdığını ortaya koymuştur. Bu durum, özellikle Nicotiana türlerinde bazı parazitik bitki-konak birleşimlerine benzer ksilem köprüleri oluşturan aileler arası ortak kabul edilmiş aşıların (iPAG) meydana çıkmasına sebebiyet vermiştir.
Ksilemin birincil bileşenlerini oluşturan trakeer elementler (TE’ler), su ve besin maddelerinin taşınmasında önemli bir rol üstlenmektedir. Bununla birlikte, Nicotiana iPAG’deki floem gibi belirli bağlantıların kurulmasında hala zorluklar olduğu görülür. Bu yüzden de, aşı kavşağında ksilem oluşmasının moleküler temelinin incelenmesi gerekmektedir. Bu inceleme, aileler arası aşılamanın başarılması için gereklidir.
Nisan 2023’te Horticulture Research, “Nicotiana benthamiana XYLEM CYSTEINE PROTEASE genleri, aileler arası gerçekleşen aşılamada trakeer element yapımını kolaylaştırmaktadır” başlıklığına sahip olan bir araştırma makalesi yayınladı.
Yapılan çalışmada, Nicotiana benthamiana, Arabidopsis’in (Nb/At) çiçeklenme sapı üzerine başarılı bir aileler arasında aşı kombinasyonu yapılarak aşılanmış ve uyumsuz Glycine max ve Arabidopsis (Gm/At) aşısı ile karşılaştırması yapılmıştır. Aşılamanın ardından yaklaşık 14 gün geçtikten sonra (DAG) yapılan gözlemler, Nb/At aşısında filiz ve meyve tutumu ile filiz ve stok arasında ksilem köprülerinin oluştuğunu, Gm/At aşılarında ise oluşmadığını göstermiştir.
Özellikle, Nb/At aşılarında spiral desenli TE’lerin olduğu gözlenmiştir. TE oluşumunun 2,3,5-triiodobenzoik asit (TIBA) ile bloke edilmesinin ardından, 14 DAG’den sonra filiz büyümesinin de engellendiği görülmüştür. Elde edilen bu sonuçlar göstermektedir ki, filizlerin büyümesi için de novo TE oluşumu ve ksilemin yeniden bağlanması gerekmektedir. Buna ek olarak, gen transkripsiyonunu incelenerek, aşılama esnasında ksilem oluşumuna yardımcı olan moleküler mekanizmanın araştırılması da yapıldı.
VND1-VND7, Arabidopsis’te ksilem oluşum süreçlerini başlatan ana transkripsiyon faktörleridir. Yapılan çalışmada elde edilen sonuçlar, ksilem oluşumunun 3 DAG etrafında başladığını ve ilerlemesinin zamanla olduğunu gösterdi. Daha sonrasında, ksilem oluşumuyla alakalı genlerin ifade şekillerinin incelenmesi gerçekleştirildi. Nb/At aşıları, N. benthamiana‘daki dört VND7 homolog geninin hepsinin artmış ifadesini göstererek, aşı sınırında ksilem oluşumundaki önemlerini ortaya koymuştur. Buna karşılık, Gm/At aşılarının VND7 homolog genleri arasında değişikliğe uğrayan ifade seviyeleri sergilediği gözlenmiştir.
Ağırlıklı Gen Korelasyon Ağı Analizi (WGCNA) ve Bayesian ağ analizinin kullanılmasıyla elde edilen daha ileri seviyedeki gen ağı analizlerinin, aşılama esnasında ksilem farklılaşması için öneme sahip olan olan çekirdek bir gen modülününün varlığını vurgulamaktadır. Önemli keşiflerden biri, aşılama esnasında de novo TE’nin oluşturulması için önem arz eden NbXCP genleriydi. Nb/At’de GUS ekspresyon analizi yapılmış ve GUS ekspresyonunun aşılamada yeni oluşturulan kallus TE’sinde yoğunluk gösterdiği bulunmuştur.
CRISPR/Cas9 sistemi kullanılmasıyla sentezlenen NbXCP1 ve NbXCP2’nin çift nakavt mutantları, yabani tipe (WT) kıyasla farklılaşan kök TE’lerde hücre sindirim kusurları meydana getirmiştir. Nbxcp1;Nbxcp2/At aşılarında hayatta kalma oranında azalma gösterirken, NbXCP1-OX/At aşıları artma eğilimi göstermiştir. Ayrıca, yapılan çalışmada VND7’nin NbXCP1 promotörüne bağlanarak ekspresyonunu, dolayısıyla da ksilem oluşumunu etkileyebileceğini ortaya koymuştur.
Yapılan bu çalışma göstermektedir ki, aşı kavşağında ksilem oluşumunun moleküler temelini araştırılmasıyla, başarılı aileler arası aşılamada ksilem ağlarının önemli rolü vardır. Transkriptom ve gen ağı analizleri sayesinde, TE oluşumundan sorumlu, ksilem hücre farklılaşması ve bağışıklık tepkisi ile bağlantılı gen modüllerinin varlığı tespit edilmiştir.
Çalışmada özellikle, Nicotiana benthamiana XYLEM CYSTEINE PROTEASE (NbXCP) genlerinde TE sentezindeki işlevleri doğrulandı. Ayrıca, aşılama sonrası büyüme oranının ve meyve boyutunun artırılmasındaki rollerinin altı çizildi. Elde edilen bulgular, aşılama tekniklerinin optimize edilmesi ve bitki direncinin artırılması için önem arz eden çıkarımlar sergilemektedir. Gelecekteki araştırmalar, ksilem oluşumu ve bitki bağışıklığı arasındaki etkileşimi en ince ayrıntısına kadar inceleyerek, aşılama tekniklerinde potansiyel atılımlar gerçekleştirebilir.
Kaynak: https://phys.org/news/2023-10-elucidating-xylem-reconnection-mechanisms-interfamily.html
Görsel Kaynak: https://phys.org/news/2023-10-elucidating-xylem-reconnection-mechanisms-interfamily.html
Editör: Ömer DEMİR
