HERBİSİTLERE DAYANIKLI TRANSGENİK BİTKİLERİN GELİŞTİRİLMESİ HAZIRLAYAN MERYEM AYKUTALP FAHRETTİN YAZAL DANIŞMAN: DR. ÖĞR. ÜYESİ YILMAZ KAYA

TRANSGENİK BİTKİ Genomuna biyoteknolojik yöntemlerle başka bir organizmadan gen aktarılmış bitkidir. Transgenik bitkiye aktarılan genin orijini genin aktarıldığı bitki ile melezlenemeyen başka bir bitki türüne ait olabileceği gibi bir hayvan veya bir bakteri gibi bitkiler alemi dışındaki diğer alemlerden bir organizma da olabilmektedir.

YABANCI OT NEDİR? Tarım alanlarında bulunan ve yarardan çok zarar veren bütün bitkiler olarak tanımlanabilir. Hububat, meyve, sebze ve bağlarda yabancı otlara bağlı olarak gözlenen ürün kayıpları oldukça önemli seviyelerdedir. Yabancı ot mücadelesinde kullanılan başlıca yöntemler; yöntemlerdir. mekanik biyolojik kimyasal

Bunlardan kimyasal yöntem olan yabancı ot öldürücüler (herbisitler) ile gerçekleştirilen, etkinliği ve ekonomik olması nedeniyle en yaygın yabancı ot mücadele yöntemidir.

• Mekanik mücadele yöntemler: Çapalama, elle yolma, toprak işleme ve su altında bırakma yöntemleridir.

• Biyolojik mücadele yöntemler: Bir canlı populasyonunu, bakteriler, böcekler ve mantarlar gibi diğer canlı organizmalar aracılığıyla azaltmak için kullanılan yöntemler • Kimyasal mücadele yöntemleri: Sentetik veya doğal yabancı ot öldürücüler (herbisitler) kullanılarak yürütülen mücadele yöntemleri

HERBİSİT NEDİR? Herbisitler, pestisit grubu içerisinde bulunup bitkilere toksik etkisi bulunan, genellikle sentetik bir organik kimyasal ya da yaşayan organizmalardır.

NE AMAÇLA KULLANILIR? Bitki (çalı, yabani ot, rakip ve istenmeyen ağaçlar gibi vejetasyonun) büyümesi, kontrolü veya öldürülmesi için kullanılılır.

. Geniş bir yabancı ot populasyonuna karşı etkin olması Bir kimyasalın ticari açıdan herbisit olarak nitelendirilebilmesi için; . Geniş bir yabancı ot populasyonuna karşı etkin olması Kültür bitkisine, memelilere ve omurgasız canlılara karşı toksik etki göstermemesi, Ekosisteme en az seviyede toksik etki vermesi , toprakta kalıcılığının kısa olması, Üretim maliyetinin düşük olması gerekmektedir.

Herbisitler, nihayi hedefi olan bitkiye zarar verdiklerinden dolayı, bitki üzerinden beslenen ve barınan tüm canlıları olumsuz etkilemektedir. Bu nedenle herbisitler, pestisitler içerisinde doğaya en fazla zarar veren grup olarak nitelendirilirler. Ancak çoğu insektisit , insan ve hayvanlar için toksik olmalarına karşın herbisitler bu organizmalar üzerinde toksik etki yapmamaktadır. Herbisitler genellikle bitkilere özgün biyokimyasal yolları etkilemekle birlikte değişik etki mekanizmaları olan farklı grup herbisitler de mevcuttur.

Şekil 1: herbisitin buğdaya verdiği zararlar

Herbisite dayanıklı bitki nedir? Kültürdeki bitki hücrelerinin ya da bir tür veya daha büyük bir takson içindeki bir bitki populasyonunun, normal yaşam siklusu sürerken, yabani ırkın dayanabileceği dozdan daha fazla herbisite dayanabilme kabiliyeti, özelliği ya da kalite özelliğine sahip bitkilerdir.

Niçin herbisite dayanıklı bitki? Pazar payları %60 olan dünyanın 7 büyük agrokimyasal şirketi GM bitkiler üretmektedir. Yıllık herbisit satışları 5 Milyar $’a ulaşmış olup yeni GM bitkilerin oluşturulması ile bu rakam artış gösterecektir. Ürün veriminin %20’si böcek ve hastalık kayıpları iken %20’si yabancı ot nedeniyle olan kayıplardır. GM bitkilerin üretilme amacı; total herbisitlerin tarlada kültür bitkileri de dahil tüm bitkileri öldürebilmesi, herbisite dayanıklı bitki üretimi ile kültür bitkilerine zarar vermeksizin yabancı ot kontrolü amacıyla geniş spektrumlu herbisitlerin kullanımının sağlanabilmesidir.

HERBİSİTLERE DAYANIKLI BİTKİ ELDE EDİLMESİ Kültür bitkilerine herbisitlere karşı dayanıklılık kazandırılması yönünde yapılan çalışmalarda 3 değişik strateji izlenmektedir: 3.Etken madenin detoksifikasyonu 2.Hedef molekülün fazla üretimi 1.Hedef genin modifikasyonu

Bu stratejilerin başarılı olarak uygulanabilmesi için, •moleküler biyoloji, •genetik mühendisliği, •genetik transformasyon, •bitki doku kültürü yöntem ve uygulamalarının birlikte kullanılması gerekmektedir. Moleküler Biyoloji Hedef gen klonlaması Genetik Mühendisliği Uygun bir transformasyon vektörünün oluşturulması Genetik Transformasyon Uygun bir gen aktarım sistemi ile kültür bitkisinin genetik transformasyonu Bitki doku kültürü Kültür bitkisinin rejenerasyonu

1)Hedef molekülün modifikasyonu Amaç herbisitin aktif maddesinin hedef aldığı proteinin modifikasyonu (proteinin aktif maddeye duyarsız hale getirilmesi)dur. Böylece kültür bitkilerine, normal hücresel fonksiyonunu yerine getirebilen fakat herbisitin aktif maddesince etkilenmeyen, yeni bir protein sentezlettirilir. Bu çalışmalarda iki farklı yaklaşım gözlenmektedir. Hedef proteinin sentezinden sorumlu gen, kültür bitkisinden izole edilip manipüle edildikten sonra tekrar kültür bitkisine aktarılır. Hedef proteinin sentezinden sorumlu gen, herbisitlere dayanıklılık gösteren bir diğer organizmadan izole edilip kültür bitkisine aktarılmaktadır.

HEDEF GENİN KÜLTÜR BİTKİSİNDEN İZOLASYONU Hedef genin manipülasyonu Manipülasyon yapılan genin gen aktarım vektörüne klonlanması Vektör aracılığı ile hedef genin bitki hücrelerine aktarımı Transgenik bitkilerin rejenerasyonu ve seçimi

HEDEF MOLEKÜLÜN FAZLA ÜRETİMİ Herbisite dayanıklı organizmanın belirlenmesi Hedef genin organizmadan izolasyonu Hedef genin vektörde kullanılması Hedef genin vektörde klonlanması Vektör aracılığı ile bitki hücrelerine aktarımı Transgenik bitkilerin rejenerasyonu ve seçimi

2)Hedef Molekülün Fazla Üretimi Bitkilerdeki hedef molekülün bazı genetik manipülasyonlarla daha fazla üretilmesi sonucu, herbisit aktif maddesinin varlığında da hedef molekülün sorumlu olduğu hücresel fonksiyonları yerine getirebilmesidir. Bu yöntem kullanılarak; Petunya da EPSPS aktivitesi 20 kez arttırılarak glifosata toleranslı bitkiler, Darıdan izole edilen EPSPS geni ,buğdaya aktarılarak glifosata dayanıklı kallus dokusu, Brassica napus ta glutamin sentetaz enziminin fazla sentezi ile PPT’ye dayanıklı bitkiler, Tütünde glutamin sentetaz enziminin fazla sentezi ile PPT’ye dayanıklı bitkiler elde edilmiştir.

3)Etken Maddenin Detoksifikasyonu Bitkiye herbisitin aktif maddesini detoksifiye eden yeni bir enzimin sentezlettirilmesidir. Bu amaçla, detoksifikasyon yapan enzimin sentezinden sorumlu gen bitkilere aktarılmakta ve bunun sonucunda herbisitin aktif maddesi hedef molekülü etkileyemeyen bir bileşiğe çevrilmekte ve dolayısıyla hedef molekül herbisitin varlığında bile normal hücresel işlevini sürdürebilmektedir. Bu yöntemle; Bitkilere 2-4,D detoksifikasyonunu sağlayan bakteri orjinli monooksigenaz enzimi sentezlettirilerek bu herbisite dayanıklı tütün ve pamuk bitkileri, PPT nin detoksifikasyonu amacıyla bakteri orjinli bar ve pat genleri bitkilere aktarılarak bialaphos ve glufosinat amonyuma dayanıklı transgenik bitkiker geliştirlmiştir.

P.Hybrida’dan EPSPS üretimi Petunya hybrida yüksek EPSPS seviyeleri gösteren bitkilerin seçimi Enzimin saflaştırılması EPSPS geninden mRNA izolasyonu cDNA hazırlanması Ti vektör içine ekleme Petunya yaprak disklerinin transfekte edilmesi Kallus dokusunun alınıp bitki rejenerasyonu yapımı EPSPS in 40- 80 kez fazla üretimi

Glutamin Sentetaz İnhibitörleri ya da PPT’ye Dayanıklı Bitki Üretilme Mekanizması Gram pozitif toprak bakterileri olan Streptomyces hyproscopicus ve Strepromyces viridochromogenos suşları fosfonotrisil-alanil-alanin yapısında bir tripeptid üretir. Bu bileşik bialafos adında bir antibiyotiktir.

Glutamik asit + NH4 + ATP---------Glutamin +ADP +Pi + H+ GS ENZİMİ Glutamik asit + NH4 + ATP---------Glutamin +ADP +Pi + H+ GS enzimi, glutamik asit ile amonyumun tepkimeye girerek glutamini oluşturduğu tepkimeyi katalizleyen bir enzimdir.

PPT’ye DAYANIKLI TRANSGENİK BİTKİ GELİŞTİRİLMESİ PPT’nin kontrakt etkili total herbisit olması, yani seçiciliğinin olmaması yaygın olarak kullanımını etkileyen en önemli faktördür. Bu nedenle PPT’ye dayanıklılık gösteren kültür bitkilerinin geliştirilmesi yönünde birçok çalışma gösterir. a) GS enziminin miktarının arttırılması b) PPT’nin hücre içindeki detoksifikasyonunun sağlanması

a)GS enziminin miktarının arttırılması: Bialafos, Streptomyces hyproscopicus ve Strepromyces viridochromogenos suşları tarafından üretilmektedir. Bu suşlarda, PPT’nin biyokimyasal sentez yolları detaylı olarak incelenmiştir. Biyosentezin 10. kademesindeki enzim, hem biyosentezin devamını sağlamakta hem de PPT’yi asetilasyon yoluyla etkisiz hale getirmektedir.

GEN AKTARIM ÇALIŞMALARI PPT’ye dayanıklı transgenik bitki eldesinde pat geni ile karşılaştırıldığında bar geni daha çok çalışma yapılmaktadır.

Bugüne kadar PPT’ye dayanıklı tütün, domates, patates, şeker pancarı, buğday, çeltik, mısır, arpa, bezelye ve karanfil elde edilmiştir. Farklı gen aktarım yöntemleri kullanılmakta ve farklı promotör ve terminatör bölgeleri kullanılmıştır.

BİZİ DİNLEDİĞNİZ İÇİN TEŞEKKÜR EDERİZ.

TRANSGENİK BİTKİ NEDİR? Genomuna biyoteknolojik yöntemlerle başka bir organizmadan gen aktarılmış bitkidir. 2. YABANCI OT NEDİR, MÜCADELE YÖNTEMLERİ NELERDİR 1 TANESİNİ AÇIKLAYINIZ? Tarım alanlarında bulunan ve yarardan çok zarar veren bütün bitkiler olarak tanımlanabilir. Mekanik, kimyasal ve biyolojik mücadele yöntemidir. Kimyasal mücadele yöntemi; Sentetik veya doğal yabancı ot öldürücüler (herbisitler) kullanılarak yürütülen mücadele yöntemidir.

3.HERBİSİT NEDİR? Herbisitler, pestisit grubu içerisinde bulunup bitkilere toksik etkisi bulunan, genellikle sentetik bir organik kimyasal ya da yaşayan organizmalardır. 4. HERBİSİTLERE DAYANIKLI BİTKİ ELDE EDİLİRKEN HANGİ STRATEJİLER İZLENİR? 1. Hedef genin modifikasyonu 2. Hedef molekülğn fazla üretimi 3. Etken maddenin detoksifikasyonu

5. AŞAĞIDAKİLERDEN HANGİSİ HERBİSİTLERE DAYANIKLI BİTKİ ELDE EDİLMESİ İÇİN KULLANILAN BİYOTEKNOLOJİK YÖNTEM VE UYGULAMALARINDAN DEĞİLDİR? A. Moleküler Biyoloji B. Moleküler Genetik C. Genetik mühendisliği D. Genetik transformasyon E. Bitki doku kültürü Cevap: B