Bitkiler besin (karbonhidrat) ve oksijen üretimi için gereken enerjiyi güneşten alır. Güneş ışınının sağladığı enerji besin üretimi için gerekli olsa da fazlası bitkinin besin üretimini gerçekleştiren moleküler sisteme zarar verebilir.
Bu duruma karşı bitkileri koruyan bir moleküler ‘savunma sistemi’ vardır. Bu sistem ışıktan gelen aşırı enerjiyi besin üretiminin bir adımı olan karbondioksit özümsenmesi yerine, ısı enerjisine çevirir. Böylece bitki zarar görmekten kurtulmuş olur.
MOLEKÜLER CEVABIN GECİKMESİYLE BİTKİLER CİDDİ VERİM KAYBI YAŞIYOR
Diğer yandan doğada güneş ile aydınlanma sabit bir frekans izlemez. Örneğin, bulutlar güneş ışınlarının önüne geçip bitkinin üzerine ulaşan enerjiyi azaltabilir.
Bitkilerin maruz kaldığı ani aydınlanma değişimlerine karşı hızlı cevap üretebilmesi uzun dönemde enerjinin daha verimli kullanılması açısından önemlidir.
Aydınlanma miktarının ani azalmasına verilecek ideal yanıt, enerjinin ısı üretimine giden miktarının hızla besin üretimine yönlendirilmesidir. Bu moleküler yanıt gecikirse bitkinin besin üretme potansiyeli düşebilir.
Teorik modellemeler, moleküler yanıtın gecikmesi ile bitkilerin ürün-verim potansiyelindeki (ve tarımsal üretimde) kaybın %20 civarında olduğunu göstermektedir.
Dolayısıyla bitkiler değişen aydınlanma miktarlarına daha hızlı yanıt verebilirse tarımsal arazi başına elde edilen verim önemli miktarda artabilir.
TARIMSAL BİTKİLERİN YANIT HIZINI ARTIRMAK MÜMKÜN MÜ?
Bilim insanları bitkilerdeki aşırı aydınlanma ile baş eden savunma sisteminin bileşeni olan genleri genetik tekniklerle değiştirerek aydınlanmada meydana gelen dalgalanmalara daha hızlı cevap verebilen tarımsal bitkiler elde edilip edilemeyeceği sorusundan hareketle geçtiğimiz günlerde etkileyici sonuçlar içeren bir çalışma yayımladılar.
Araştırmacılar, savunma sistemi bileşeni üç farklı gen üzerine odaklandılar. Bu üç genin, genomu dizilenen ilk bitki olan Arabidopsis thaliana bitkisinde bulunan kopyalarını farklı bir bitki türü olan tütün bitkisine aktardılar ve tütün bitkisinde bu üç genin ürünü olan protein miktarlarının arttığını gözlemlediler.
Ardından bitkileri aydınlanmanın artıp-azaldığı ortamda büyüten araştırmacılar, ışık yoğunluğu azalmasına genetiği değiştirilmiş bitkilerin ne kadar hızlı yanıt verdiklerini izlediler.
Sonuçlara göre genetiği değiştirilmiş tütün bitkileri, yabani tip (genetiği değiştirilmemiş) tütün bitkilerine göre aydınlanma miktarı azalmasına daha çabuk yanıt veriyordu ve ısı üretimini bırakıp besin üretimine geçmeleri arasında geçen zaman aralığı genetiği değiştirilmiş bitkilerde daha kısaydı.
BİTKİ BÜYÜMESİNİN VERİMİ NE YÖNDE DEĞİŞTİ?
Araştırmanın asıl hedefi bitki büyüme veriminin artırılması idi.
Bitkinin enerjiyi daha verimli kullanıp kullanmadığı ise bitkilerin ağırlıkları, yaprak yüzey-alanları ve boyları gibi daha sağlıklı/verimli büyümeyi gösteren özellikleri dikkate alınarak incelendi.
Bulunan sonuç bir hayli çarpıcıydı: Genetiği değiştirilmiş tütün bitkileri, yabani tip kontrol bitkilerine göre ortalama %15 oranında daha verimli büyüyordu.
EVRİMSEL OLARAK KORUNMUŞ MEKANİZMALAR
Arabidopsis bitkisinin genlerini kullanarak, tütün gibi farklı bir bitki türünün verimini artırabilmek, evrimsel olarak bitkilerin ortak bir atadan gelmelerinin bir getirisi.
Isı/besin enerji dengesini düzenleyen genetik/moleküler sistemin, diğer tarımsal bitkilerde de evrimsel olarak korunmuş olduğu düşünülebilir. Bu varsayımdan hareketle , ilgili genlerin, örneğin domates, mısır, pirinç gibi diğer tarımsal bitkilere aktarılmasıyla tarımsal arazilerden daha fazla verim alınabilir.
Bu doğrultuda gerçekleştirilecek bilimsel çalışmaların olumlu sonuçlarını şimdiden beklemeye başlayabiliriz.
Şekil 1. Genetiği değiştirilmiş üç adet tütün bitkisinin (VPZ-23, VPZ-34, VPZ-56 kodlu) yabani tip kontrol bitkilerine oranla (% olarak) daha verimli büyüdüğü üç farklı özellik (bitkinin kuru ağırlığı, yaprak yüzey alanı ve bitkinin boyu) ölçülerek gösterilmiş. Tüm özelliklere üç farklı transgenik bitkide yapılan ölçümlerin ortalaması alınarak bakıldığında ortalama verimin %15 artmış olduğu söylenebilir. Şekil Kromdijk vd. 2016’dan uyarlanmıştır.
İlgili makale: Kromdijk vd., 2016, “Improving photosynthesis and crop productivity by accelerating recovery from photoprotection”, Science 354:6314