Haploit Bitki Üretimi
Zeynep SALGIN – Biyoloji/ Yüksek Lisans, Fen Bilimleri Enstitüsü, Aydın Adnan Menderes Üniversitesi
Somatik hücrelerin en temel belirgin özelliği kromozom sayılarının ait oldukları bitki türündeki gamet hücrelerinde var olan ve bulunan kromozom sayısı kadar olan bitki türlerine denilmektedir. Haploit hücreler her bir lokustaki allel çiftinden sadece bir seri diziyi içermektedir ve bu özelliklerinden dolayı da ıslah çalışmalarında fazlasıyla önemli bir yer tutmaktadırlar. Ayrıca yine haploit bitkilerin homolog kromozomlardan sadece bir çiftini içermesi de resesif mutasyonların açığa çıkarılmasına olanak sağlamaktadırlar.
Bu özelliklerinin yanı sıra yine haploid bitki türlerinin kromozom sayılarının da katlanması sayesinde %100 homozigot saf hatlar da elde edilebilmektedir. Bu şekilde de uzun yıllara dayanan saflaştırma işlemleri de birkaç ay gibi kısa bir süre içerisinde yapılabilmektedir ve kombinasyon olarak ıslahı ve F1 hibrit ıslah programlarında da zamansal yönden önemli düzeylerde kazançlar sağlanabilmektedir.
Şekil 1: Direkt in vitro androgenesis ve dolaylı in vitro androgenesis [1].
Haploit bitkilerin birçok özelliği içerisinde barındırması onları daha avantajlı olmasına ve tercih edilmesine olanak sağlamaktadırlar. Örnek vermek gerekirse eğer; haploit bitkiler, genetik alanında, moleküler biyoloji alanında, biyoloji ve fizyoloji gibi temel bilimler yahut bitki yetiştirme, tarımsal araştırmalar, ya da ıslah çalışmalarında sağladıkları yüksek seviyedeki avantajları bulunmaktadır. Yine aynı şekilde tam bir homozigotiyi çok kısa bir süre içerisinde elde etme olanağı da bilim insanlarına sağlamaktadırlar. Dihaploid hatlarında kullanılmasıyla beraber genetik ve ıslah çalışmalarını da kolaylaştırmaktadır ve sonuçlar az bir vakit içerisinde hızlıca elde edilmektedir[1].
Yabani döllenme aşaması geçiren türlerde de yine heterozigot oranları çok yüksek olduğundan ötürü bunlarda homozigot hat çerçevesinin elde edilebilmesi için 10 ile 12 generasyon boyunca kendileme aşamaları gerekmektedir. Kendi içerisinde döllenme dönemi geçiren türlerde bile aynı amaç doğrultusunda 5-7 generasyon daha kendileme işlemine gereksinim duyulmaktadır. Dihaploidizasyon yöntemiyle devreye giren homozigot hatlarda da bir generayon dönemine ulaşmak daha olası bir hal almaktadır[2].
Şekil 2: Haploit bitkilerin meydana geliş süreci[3].
Dioik bitki türleri içerisinde ve kendileme aşaması nedeniyle klasik yöntemlere nazaran homozigotiye ulaşabilmenin zor olduğu lahana ya da çilek gibi bitki türlerinde dihaplodizasyon yöntemleri tercih edilerek bu tip sorunlarda bir generasyon hattı geçirerek çözümlenebilir. Diğer yandan çok yıllık meyve ağaçları ya da orman bitkileri gibi tohumlardan çiçeklenme devrine kadar oldukça uzunca bir gençlik kısırlığı geçiren bu tip bitkilerde haplodizasyon işlemi önem kazanmaktadırlar. Bu gibi türlerde kendileme işlemleri mümkün olsa da homozigotinin elde edilebilmesi için oldukça uzun bir süre gerekmektedir.
Başka bir açıdan baktığımız zaman F1 hibrit çeşitlerinin de geliştirilmesinde homozigot hatları arasında üstün bir kombinasyon yeteneği oluşturanlarının belirlenmesi yöntemleri kullanıldığında, haploidinin hibrit çeşitliliği bakımından araştırılan ıslahlarında önem bulunmaktadır. Diploit bitkilerden elde edilen saf hat bitki çeşitleri F1 hibrit çeşitli ıslahlarında özel bir önem bulunmaktadır. Diploit bitki türlerinden elde edilebilen saf hatlardan yine F1 hibrit çeşit ıslahlarında da ebeveyn olarak da tercih edilebilmektedir[3].
Doğada Haploitlerin Oluşum Yolları
Doğada haploit oluşum yolları genel itibariyle 5 şekilde gerçekleşmektedir. Bunlardan biri ginogenesis olarak isimlendirilmektedir. Bu şekilde gerçekleşen yumurta hücresi döllenmeler olmaksızın zigot gibi bölünmeler yaşayarak haploid yapıda bir embriyo oluşmaktadır. Dişi bir eşey hücresi ile bir erkek eşey hücresi birleşmediğinde; embriyo kesesi sekonder çekirdekleri ile polenin generatif olarak var olan çekirdeği birleşerek embriyonun gelişmesi ve çimlenebilmesi için gereksinim duyulan endospermi oluşturmaktadır.
Diğer bir yol ise yumurta hücresinin döllenme aşamasından önce dişi bireyin eşey hücresinin çekirdeği kaybolmaktadır veya inaktif hale gelmektedir. Bu yol ile oluşabilen haploitler, hücrelerinin içinde yalnızca erkek gamet hücresinin kromozom çiftlerini içerdiklerinden bu oluşum sürecinin adına androgenesis adı verilmektedir.
Erkek ve dişi bireylerin eşey hücrelerinin bir araya gelmesiyle oluşan fakat çekirdek yönünden bir erime aşamasının olmaması durumuna semigami denilmektedir ve dişi ve erkek bireye ait hücrelerin bulunduğu kimerali haploit bitkiler oluşmaktadır.
Dördüncü sıradaki yöntem ise poliembriyoni olmaktadır ve normal döllenme aşaması gerçekleştikten sonra zigot bölünmeye başlamaktadır. Ancak buradaki döllenmiş yumurta hücresinin yanında yer alan sinerjit hücrelerinden biri de bölünme işlemi gerçekleştirir ve haploit hücre şekline dönüşmektedir. Bu şekilde yeni oluşan tohum içerisinde biri diploit diğeri ise haploit yapıya sahip olan iki embriyoyu oluştururlar. Bu olaya örnek bitkiler olarak biberi ya da şeftaliyi gösterebiliriz.
Son olarak ise haploit bitki oluşum yöntemlerinden biri olan kromozom eliminasyonu’dur. Yumurta hücresi ile polen generatif çekirdeği arasında birleşme gerçekleşir ve döllenme meydana gelmektedir. Ancak buradaki farklılık ise embriyonun gelişim sürecindeki ilk evrede paternlerden birinde genellikle erkek bireydeki kromozomlar eliminasyona uğrar ve gelişen embriyonun n sayısını içermektedir[4].
Yapay Haploit Bitki Üretimi
Haploit bitki türlerinin çeşitli şekillerde doğada kendiliğinden ortaya çıkma ihtimali aralığı türlerin ve hatta tür içerisindeki genotiplemelerine bağlı olarak değişiklik göstermektedir ve çoğunlukla da %0.1- 0.001 gibi çok düşük seviyelerde kalmaktadır. Birçok türde ise doğal bir şekilde haploid oluşumuna rastlanılmamıştır. Hal böyle olunca ıslah çalışmaları da belli bir düzeyde yetersiz kalmaktadır.
Islah çalışmaları aşamasında kullanılabilecek sayılarda ve düzenli bir şekilde haploitlerin elde edilmesiyle bitki ıslah çalışması yapan insanların kullanışlı bir yöntem aracı olmuş ve farklı araştırmacılar tarafından da türler arası melezleme çalışmaları, tozlaşma geciktirme çalışmaları, sıcaklık şok uygulamaları, ışınlanmış polenle tozlaşma deneyleri, X ve UV ışınlama çalışmaları ve benzerleri gibi bir çok farklı araştırma yolları denemiştir. Tüm bu farklı yolların denemesi ile beraber yine de günümüz şartlarında haploit bitkilerin elde edilebilmesine yönelik başarılarda en etkili ve en verimli yöntemler ise; erkek ve dişi paternlerin başlangıç olarak seçilen materyalleri in vitro tekniklerle sınırlı kalmaktadır.
Bu türün normal şekildeki kromozom sayısına (n) sahip olan eşey hücreleri de yani paternlerden yararlanarak bu türün gametik kromozom sayılarını taşıyan bitkilerin de elde edilmesinde ‘haplodizisyon’ uygulaması da yardımcı olmaktadır.
İn Vitro Anter Kültürü
Bu kültür yönteminde ise esas alınan temel ilke ise içinde henüz olgunlaşmamış (mikrosporlar) bulunduran anterlerin, tomurcuk yapısından ayrılmasıyla in vitro koşullar içerisinde ve yapay bir besin ortamı yerleştirilmesiyle ve devamında olgunlaşmamış polenlerden de haploit embriyolar elde edilmesi olayına da yine in vitro anter kültürü adı verilmektedir.
Şekil 3: Mikrospor embriyogenesis gelişimi[4].
Anter kültür uygulamaları aşamasında normal koşullarda iki çekirdekli bir yapıya dönüşecek olan polen tanelerinin gametik bir şekilde gelişme yönleri de henüz tek çekirdek bulunduran dönem içinde somatik geişim göstermeye doğru evrilmekte ve bu şekilde de ‘mikrospor androgenesisi’ ya da sadece androgenesis olarak isimlendirilen biyolojik mekanizma oluşumu gerçekleşmektedir[5].
Sonuç itibariyle haploit bitki üretim araştırmaları devam etmekte ve geliştirilmesi konusunda fazla üzerinde durulması gereken konular başında popülerliğini korumaktadır.
Referanslar:
Dayan, S., 2011, Ayçiçeğinde (Helianthus annuus L.) anter kültürü yolu ile haploid bitki eldesi üzerine araştımalar, Doktora tezi, Trakya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Edirne, 1-152.
Yaralı, F., & Yanmaz, R. Allium Türlerinin Islahında Haploidi Tekniğinden Yararlanma. Türk Bilimsel Derlemeler Dergisi, (2), 44-50.
Dinçer, D., Bekçi, B., & Bekiryazıcı, F. (2016). Türkiye’deki Doğal Bitki Türlerinin Üretiminde Doku Kültürü Tekniklerinin Kullanımı. Nevşehir Bilim Ve Teknoloji Dergisi, 5, 295-302.
Erol, O.R.A.L. (2010). Bitki Islahında Haploidi Ve Patates Bitkisinde Uygulanması. Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 8(2-3).
Çelik, B. Ö. (2018). Farklı Uygulamaların Patlıcan (Solanum Melongena L.)’Da Mikrospor Kültürü İle Habloid Embriyo Ve Bitki Üretimi Üzerine Etkileri.
Çetinkaya, E. (2015). Farklı Besi Ortamı Kombinasyonlarının Bazı Hıyar (Cucumis Sativus L.) Genotiplerinde Gynogenesis Yolu İle Embriyo Ve Haploid Bitki Oluşumu Üzerine Etkisi.