FUNGAL PATOJENLERE KARŞI TRANSGENİK BİTKİLERİN GELİŞTİRİLMESİ ONDOKUZ MAYIS ÜNİVERSİTESİ ZİRAAT FAKÜLTESİ TARIMSAL BİYOTEKNOLOJİ ANABİLİM DALI GENETİĞİ DEĞİŞTİRİLMİŞ ORGANİZMALAR DERSİ FUNGAL PATOJENLERE KARŞI TRANSGENİK BİTKİLERİN GELİŞTİRİLMESİ Gizem TERZİ 04.04.2019

SUNUM İÇERİĞİ 1) Giriş 2) Bitkinin patojenlere karşı savunma sistemi A) Önceden var olan (genel) dayanıklılık B) Uyarılmış dayanıklılık 3) Bitkiler üzerinde dayanıklılığın temel mekanizması 1) Patojenle ilgili proteinler 2) Antifungal proteinler 3) Fitoaleksinler 4) Antimikrobiyal proteinler 5) Bitki ribozim inaktif proteinler ve diğer peptitler 6) Direnç genleri (R) 7) Fitotoksik metabolitlerin degredasyonu 4) Sonuç

GİRİŞ Fungal patojenler tarımsal alanlarda ciddi bir tehlike oluşturmaktadırlar. Ekimi yapılan türlerin çoğunda fungal saldırılardan dolayı önemli verim kayıpları görülür. Fungal hastalıklar özellikle çeltik, buğday, arpa, mısır gibi bitkilerde önemli zararlara neden olan faktörlerdir. Fungal bitki hastalıklarıyla genellikle kimyasal ilaç uygulamasıyla mücadele edilmesine rağmen her hastalık için kimyasallarla mücadele etkili değildir.

Patojenler yanında yararlı organizmaları da öldürür ve çevresel risklere, istenmeyen sağlık sorunlarına yol açar. Bitki hastalıklarına karşı koruma için en iyi mücadele hastalıklara dayanıklı bitki çeşidi geliştirmektir. Birçok dayanıklı bitki çeşitleri klasik ıslahla geliştirilmesine rağmen bu türler bitki patojenlerinin hızlı değişiminden dolayı kısa sürede yok olur. Islah programlarında sınırlı sayıda varyasyon olduğundan son zamanlarda istenilen direnç genleri ile birlikte eksprese edilmeyen karakterler de aktarılmıştır.

Hastalıklarla mücadele için biyoteknoloji mükemmel bir alan olup bu alanda fungal hastalıklara karşı direnç oluşturmak için gen izolasyonu ve gen aktarma teknikleri kullanılarak transgenik bitki geliştirilmektedir. Gen aktarım tekniklerinin gelişmesiyle çeltik, buğday, mısır ve meyve gibi birçok üründe genetik transformasyon yapılmıştır (Ceasar ve Ignacimuthu 2012).

Bitkinin Patojenlere Karşı Savunma Sistemi Bitkiler patojen saldırılarından kendilerini sahip oldukları birçok doğal savunma mekanizmasıyla kendilerinin korurlar. Bu savunma mekanizmaları bazı patojenlere etki ederken bazılarına etki etmeyerek hastalığa sebep olurlar ve bitki ölümlerine yol açarlar. Bitkilerde dayanıklılık, önceden var olan (genel) ve uyarılmış olmak üzere ikiye ayrılır.

A)Önceden var olan (genel) dayanıklılık Bu tip dayanıklılık genellikle uzun ömürlüdür. Genel dayanıklılığın mekanizması birçok durumda bitkinin patojen sporlarının gelişmesini, hücre ve dokuları enfekte etmesinin önleyicidir. Bitkideki tüyler, patojen geçişini zorlaştırır. Dış çeper kalınlığı, patojenin girşinin ve hastalığın dağılımını önler. Patojenler bazı durumlarda yeni biyokimyasal silahlar geliştirerek genel dayanıklılık mekanizmasını etkisiz hale getirirler.

B)Uyarılmış dayanıklılık Uyarılmış dayanıklılık, bitkinin geniş bir patojen ve zararlı dizisine karşı uygun bir uyarma sonucu savunma kapasitesi artışı olarak tanımlanır. Uyarılmış dayanıklılık, olmayan bir dayanıklılığın var edilmesi değil pasif durumdaki dayanıklılık mekanizmalarının aktifleştirilmesidir (Van Loon ve ark., 1998). Bitkilerdeki bağışıklık sistemini çeşitli biyotik ve abiyotik uyarıcılarla uyararak harekete geçirme prensibine dayanır.

Bitkiler, dayanıklılık genleri (R) aracılığı ile patojen saldırısına karşı savunma oluşturabilmektedirler. Şimdiye kadar çok sayıda dayanıklılık R-geni karakterize edilmiş ve bazıları bitki ıslahında başarıyla kullanılmaktadır. Ayrıca klasik ıslah metotları ile dayanıklı bitki elde edilmes çok uzun yıllar sürdüğü için araştırmacılar, modern ıslah yöntemlerinin daha ekonomik ve kısa süreli olduğunu düşünmektedirler.

BİTKİLER ÜZERİNDE HASTALIĞA DAYANIKLI GEN MEKANİZMASI Günümüzde fungal hastalıklarla ilgili yeni gelişmeler olmasına ramen bu hastalıklar için genetik mühendisliği sınırlıdır. Bitki hastalıklarına dayanıklılık mekanizmasında transgenik bitkiler aşağıdaki birkaç grupta verilmiştir:

1)Patojenle ilgili proteinler PR protein genleri fungal hastalıklar için kullanılabilecek genlerde çok önemli kaynak olarak görülür (Van loon ve Van strein 1999). PR proteinlerinin bir setini, tütün mozaik virüse entegre ettikten sonra PR proteinleri kodlayan transgenik tütün bitkileri hastalıklara dirençte ciddi ilerleme göstermiştir.

PR proteinleri yalnızca patojenlere karşı dayanıklılık deil aynı zamanda ağır metallere, UV ışığına, fungal hücree duvarı elisitörlerine ve yaralanmaya karşı da dayanaıklılık göstermişlerdir. PR proteinleri yüksek hassasiyet sırasında ve sistemik dayanıklılıkta uyarılır. Bu yüzden bitki patojenlerinin doal savunmasında PR proteinlerinin rolü olduu düşünülmektedir.

2)Antifungal proteinler Kitinaz geninin tütün ve çeltik bitkilerine aktarılmasıyla bitkilerde fungal hastalığa direncin arttığı görülmüştür. Kitinaz enzimi fungal hücre duvarının bileşenlerin bozar.

Antifungal protein ve kitinaz genini birlikte içeren transgenik kavun bitkileri Rhizoctania solani ve Fusarium oxyspourum hastalığına karşı dayanıklılık saladığı gözlemlenmiştir. Hastalık semptomu oluşumu 7 gün gecikmiş ve transgenik bitkilerde hastalık semptomlarının büyüklüğü azalmıştır (Bezirganoglu et al. 2013).

3)Fitoaleksinler Fitoaleksinler, abiyotik strese veya mikroorganizmalara maruz kaldığında bitkilerde sentezlenen antimikrobiyal özelliğe sahip düşük molekül ağırlıklı bileşiklerdir. Bakteri ve fungal patojenlere karşı dayanıklı bitki çeşitlerinin üretilmesinde uygulanır.

Hidrojen peroksit içeren aktif oksijen türleri patojen enfeksiyonunda bitki savunmasında önemli rol oynar (Hain ve ark 1993). Transgenik patates bitkileri üretilmiştir. Hem fungal hem de bakteriyel patojenlere karşı ve özellikle verticullum hastalıına karşı direnç sağlamıştır (Wu ve ark 1995).

4)Antimikrobiyal proteinler Antimikrobiyal peptitler daha küçük (10-20 aminoasit uzunluunda) molekülleri üretmek için sentezlettirilip fungusa karşı direnç artırmak için kullanılır. Trangenik bitkilerde thionin, defensinin aşırı ifadesi Alternaria, Fusarium ve Plasmodiophora içeren birkaç patojenin gelişimini azalttıı göstermiştir ve tarla koşullarında patateste verticillum hastalığına karşı direnç sağlamıştır.

5)Bitki ribozim inaktif proteinler ve diğer peptitler Ribozom inaktif proteinler bitki enzimleri olup 28S rRNA azot glukozidas aktivitesine sahiptir ve yabancı ribozom veya birkaç spesifik proteini inaktive edebilir. Bu yüzden protein sentezinin durdurup bitki ribozom inaktif proteinleri daha uzak akraba türlerdeki ve fungusu içeren diğer ökaryotların yabancı ribozomlarını inaktive eder. Arpadan saflaştırılmış ribozom inaktif proteinler in vitro da birkaç fungusun büyütülmesinin engeller.

6)Direnç genleri (R) Direnç genleri Arabidopsis, tütün, çeltik gibi daha birçok bitki türünden klonlanıp diğer bitki türlerine bir veya daha fazla benzer motifler aktarılmıştır. Bitki savunma genlerini kodlayan proteinler, patojen saldırısı sırasında patojen sinyallerinin algılanmasıyla uyarılarak bitki hücrelerinde yüksek düzeyde protein üretimi gerçekleştirir. Buradaki amaç bitkiyi patojen saldırılarından korumaktır.

7)Fitotoksik metabolitlerin degredasyonu Bitki hücre duvarı fungal patojenlerin penetrasyonunda bir duvar olarak görev alır ve bitki patojenleri arasında birçok strateji bu bariyeri aşmak için geliştirilir. Miyotoksin, oksalik asit gibi fungal patojenlerin fitotoksik metabolit üretiminin konukçu dokuya enfeksiyonundan sonra hücrenin ölümü hızlanmıştır.

Transgenik bitkilerde eksprese edilen enzimler tarafından bu bileşiklerin degradasyonu hastalığa direnci artırmak için bir fırsat olabilir. Transgenik tütünde Fusarium sporotrichioide’ de eksprese olan trichothecene enziminin bozulmasıyla bitki doku hasarı azalmış ve fidelerin ortaya çıkmasını hızlandırmıştır.

SONUÇ Son zamanlarda fungal hastalıklara karşı dayanıklı bitkilerin üretilmesinde çeşitli mekanizmalar tartışıldıktan sonra patojene dayanıklı geliştirilen türler için değişik stratejilerin ortaya çıktığı sonucuna varılmıştır. Transgenik biyoteknoloji teknikleri, bitkilerde hastalığa dayanıklı yeni çeşitlerin oluşturulmasında araştırmacılara farklı imkanlar sunarak bu gibi gelişmeler tarımsal alanlarda kullanılan kimyasal ilaçlara duyulan ihtiyacı azaltır.

Hastalığa dayanıklı olarak geliştirilen transgenik bitkiler gelecekte hastalıkla mücadele programlarında önemli bir yere sahip olacaktır. Bu yüzden klasik ıslaha ek olarak biyoteknolojik teknikler biyotik streslerden dolayı oluşan Kayıpları minimize etmeye yardımcı olarak sürdürülebilir tarıma daha fazla katkı sağlar.

KAYNAKÇA