Mısır ve çeltikle birlikte dünyanın en yaygın tahıllardan olan ekmeklik buğday, günümüzde insanlığın kalori ihtiyacının %20'sini karşılamakta. Ancak buğday üretimi optimalin çok uzağında. En iyi koşullarda hektar başına 12 ton buğday üretilebilirken, dünya ortalaması hektar başına yalnızca 3 ton. Sulama yapılamayan bölgelerde bu rakam 2 tona düşebiliyor.
Islahçılar, buğday soylarını sıcaklık ve kuraklık gibi streslere ve hastalıklara karşı daha dayanıklı kılmak ve verimi artırmak için sürekli çalışmaktalar. Bu ıslah çalışmaları giderek daha fazla genetik verilerden yararlanıyor. Yine bu çalışmalar buğdayın yabani akrabalarındaki dayanıklılık genlerini kullanıyorlar.
Ekmeklik buğdayın ıslahı için harcanan yoğun çabaya rağmen, bu tek çenekli bitkinin genomu halen dizilenmiş değil. Bunun sebebi, ekmeklik buğdayın devasa bir genomu olması.
Mezopotamya'da 15-20 bin yıl öncesinde başlamak üzere yabani buğday tüketilmişse de, evcilleşmiş, yani ıslah edilmiş buğdayın izlerine ilk defa olarak 10 bin yıl kadar önce rastlanıyor. DNA analizi, günümüz evcil buğdayının atasının günümüzde Şanlıurfa'da bulunan yabani buğdaylar olduğuna işaret ediyor.
Evcilleşme, yabani buğdayda danelerinin dağılmasını sağlayan genin, bir mutasyon sonucu susmasına dayanıyor. Bu da daneler olgunlaştığında dağılmadan biçmeye izin veriyor. Ayrıca evcilleştirme sonrasında ıslah çabaları sonucu daha büyük buğday danelerinin evrildiği biliniyor.
İlk evcilleştirilen makarnalık buğday dört genomlu bir tür. İnsanlar ve çoğu hayvan çift genomludur (diploit) - her birey anneden ve babadan gelen birer genom taşır (toplam 46 kromozom). Bitkilerde ise ikiden çok genomluluğa sık rastlanır. Makarnalık buğdayın yabani atası da iki farklı çift genomlu yabani buğday türünün karışması sonucu (AA ve BB) 3-4 milyon yıl önce ortaya çıkmıştır.
Ekmeklik buğday ise 8 bin yıl önce makarnalık buğdayın, çift genomlu (DD) bir başka yabani buğday türüyle karışmasından doğmuştur. Dolayısıyla ekmeklik buğday altıgenomludur (AA BB DD).
Bu karışma işleminden doğan ekmeklik buğday, makarnalık buğdaya göre soğuğa daha dayanıklıdır, zira iki genomlu yabani atası soğuğa çok dayanıklı bir ottur. Ekmeklik buğday en başta bu özelliği nedeniyle zamanın çiftçileri tarafından tercih edilmiş olmalı.
Ekmeklik buğdayın toplam genomunun DNA dizisi, insanınkinin beş katını aşkındır. Genomun kendisi %80 oranında çoğunlukla işlevsiz tekrarlardan oluşmaktadır. Bu tekrarlar ve toplam hacmi nedeniyle ekmeklik buğdayın genomunu dizilemek şimdiye dek mümkün olmamıştı.
İngiltere'den bir dizi grubun öncülüğünde gerçekleştirilen ve geçen hafta Nature dergisinde yayınlanan bir çalışma, bu eksiği giderme yönünde önemli bir adım oldu. Açık erişim olan makaleye göre araştırmacılar, ekmeklik buğdayın yabani atalarını farklı yöntemler kullanarak dizilediler. Ardından bu dizileri hesaplamalı çözümleme yöntemleri kullanarak birleştirmeye ve ekmeklik buğdayın genomunu kabaca da olsa çıkarmaya çalıştılar. Bu çabaları sonucu ekmeklik buğday genomundaki 100 bine yakın geni dizileyip, her birinin hangi atadan geldiğini tahmin edebildiler.
Çalışmanın sonuçları buğdayın ehlileştirme sonucu evrimine dair ilginç ipuçları verdi. Bir defa evcilleştirme ve ıslah süreçlerinin sonucu olarak buğdayda genetik çeşitlilik, yani bireyler arasında kalıtsal farklar, buğdayın yabani atalarına göre çok düşüktü. Bu sonuç, yabani atalardaki yararlı genetik özellikleri bulup bunları ekmeklik buğdaya aktarma stratejisinin önemine işaret ediyor.
Çalışmada ayrıca altı genomlu (AA BB DD) ekmeklik buğdayın genomu, mısır ve çeltik gibi başka tek çeneklilerle karşılaştırıldı. Bu suretle, genomların karışmasının ardından türün nasıl evrildiği incelendi.
Beklendiği üzere, yeni genomla (DD) eski genomlar (AA BB) arasında çok sayıda ortaklık olduğu için, fazlalık olan çok sayıda gen, ekmeklik buğdayda mutasyon sonucu işlevsizleşmiş ya da silinmiş.
Öte yandan evcil buğdayın ıslahı sırasında seçilime uğrayan işlevlerle ilgili genler, tam tersine genomda çoğalmışlar. Örneğin enerji metabolizması ve büyümeyle ilgili gen aileleri, yabani atalara göre ekmeklik buğdayın genomunda daha yaygın. Ayrıca yazılım faktörlerinin de kaybolmayan genler arasında olması dikkat çekici.
Buğday genomunun daha ayrıntılı ve kesin dizisinin, önümüzdeki yıllarda yayınlanmasını bekleyebiliriz.
Nature dergisinin aynı sayısında arpa genomunun bir taslağı da yayınlandı. Buğdaydan daha dayanıklı olan ve bir zamanlar buğday gibi yaygın olarak ekilen arpa, günümüzde hayvan yemi ve bira üretimi için kullanılıyor.
BilimsoL ekibinden Mehmet Somel hazırladı.
facebook.com/BilimsoL
twitter.com/BilimsoL
İlgili makaleler:
Brenchley R vd., Analysis of the bread wheat genome using whole-genome shotgun sequencing, 2012, Nature, doi:10.1038/nature11650.
Langridge P, Decoding our daily bread, 2012, Nature, doi:10.1038/491678a