Bitkilerde Gen Transferi (Transformasyon) ve Transgenik Bitkiler
Beyza Gülçin Eracun - Moleküler Biyoloji Ve Genetik – Haliç Üniversitesi
Yazıma başlamadan önce kendinize şu soruyu sormanızı istiyorum; bitkiler bizler için neden önemlidir? Siz cevabı düşünürken ben sizlere konumuzu anlatmaya başlayayım.
Şekil 1: Yeni filizlenen bitki (1).
Bitkilerde Gen
Transferi
Bitkilerde gen
transferi virüslerin, fungusların, bakterilerin, çeşitli hayvanların ve
evrimsel olarak birbirlerinden uzak olan çeşitli bitki genlerinin konak bitkiye
aktarılması işlemidir. Bitki transformasyonu da denilen bu işlem sonucunda
aktarılan gen dizilimleri bitki genomu ile rastgele kaynaşır ve transgenik
bitkiler ortaya çıkar.
Bitki transformasyonu dört aşamada gerçekleşmektedir;
1. İlk adım insersiyondur.
Bu aşama geçici transformasyon aşamasıdır. Aktarılmak istenen yabancı nükleik
asit molekülü (DNA) konak bitki hücresine giriş yapar.
2. İkinci adım
entegrasyondur. Entegrasyon aşamasında yabancı nükleik asit molekülü konak
bitki genomuna bağlanır. Bu aşamaya kararlı transformasyon basamağı da denilir.
3. Üçüncü adım
ekspresyondur. Konak bitki hücresine aktarımı yapılan nükleotid dizisini
bulunduran genin anlatımı gerçekleştirilir
4. Dördüncü adım
transmisyondur. Bu son aşamada ise yeniden oluşturulmuş gen ve dolaylı olarak
kazanılan yeni özellikler yeni yavrulara aktarımı gerçekleştirilir.
Transgenik Bitkilerin
Elde Edilmesi
Transgenik bitkiler
doğrudan gen aktarımı ve dolaylı gen aktarımı olmak üzere iki yolla elde
edilirler.
●
Doğrudan gen aktarım
sistemleri
Doğrudan gen aktarımı yönteminde vektör olarak kullanılacak bir hücreye
ihtiyaç duyulmamaktadır. Oldukça geniş bir alandır fakat en çok kullanılan
yöntemler Elektroporasyon, Biyolistik (gen tabancası) ve PEG aracılığıyla transformasyon
olarak sıralanabilir. Mikroenjeksiyon yöntemi de çok tercih edilmemesine rağmen
doğrudan gen aktarım sistemlerinde önemli bir role sahiptir.
Mikroenjeksiyon
Şekil 2: Tüp bebekte mikroenjeksiyon
yöntemi (2).
Tüp bebek tedavisinde kullanılan Mikroenjeksiyon yöntemi gen
transferi işlemi için de kullanılmaktadır. Bu yöntemde bir mikroenjeksiyon
pipeti yardımıyla yeni DNA dizisi doğrudan bitki hücresine aktarılır.
Profesyonellik isteyen bir yöntem olduğu için herkes tarafından uygulanamamaktadır.
Elektroporasyon
Elektroporasyon yönteminde yeni nükleik asit dizisi (DNA) aktarılacak bitki hücresine kuvvetli elektrik atılımları yapılır ve hücre membranının geçirgenliği arttırılır. Ardından yeni DNA hücre membranında bulunan porlardan hücre içerisine sokulur.
Şekil 3: Elektroporasyon cihazı
(Kalefetoğlu Macar T. Ve ark. (2017)).
Biyolistik (Gen
Tabancası)
Yüksek yoğunluğa sahip taşıyıcı partiküller genlerle
kaplanır. Hazırlanan partiküller hücrelere doğru hızlı şekilde atılır ve
adsorbsiyon mekanizmasıyla yeni DNA’nın hücre içerisine alınması sağlanır.
PEG (Polietilen Glikol)
aracılığıyla transformasyon
Bu yöntem geçici gen transformasyonu için kullanılmaktadır. Protoblastlar eksplant olarak
kullanılarak DNA bitki hücrelerine aktarılır.
●
Dolaylı gen aktarım
sistemleri
Dolaylı gen aktarımında yabancı nükleik asit molekülünün konak bitkiye
aktarımı çeşitli vektör bakteriler ile gerçekleştirilir. Örnek olarak Agrobacterium tumefaciens ve Agrobacterium rhizogenes olarak
sıralanabilir.
Agrobacterium Tumefaciens
Agrobacterium tumefaciens bakterilerin taşıdığı Ti plazmidleri
normal şartlarda bitkilerde taç tümörüne neden olmaktadır. Fakat çeşitli
aşamaların ardından Ti plazmidleri vektör olarak kullanılarak bitki hücrelerine
istenilen yabancı nükleik asit molekülleri aktarımı yapılır.
Agrobacterium rhizogenes
Agrobacterium rhizogenes bakterilerinin taşıdıkları Ri
Plazmidleri ise normal şartlarda saçak kök hastalığına neden olmaktadır. Fakat Agrobacterium tumefaciens bakterilerinde
olduğu gibi bu bakterilerin de plazmidleri çeşitli aşamaların ardından vektör
olarak kullanılarak bitki hücrelerine istenilen yabancı nükleik asit
molekülleri aktarımı yapılır.
Gen aktarım
yöntemlerinin en önemli noktaları hem başarılı olması hem de tekrarlanabilir
olması. Proje başlarında gen aktarım yöntemleri seçilirken bu iki unsura dikkat
edilmelidir.
Transgenik bitki üretiminin yani gen transformasyonu
işlemlerinin başarılı sayılabilmesi için;
●
Gen aktarımı için uygun transformasyon teknikleri hazırlanmalıdır,
●
Oluşturulan transgenik bitkiler çoğaltılabilmeli ve geri
kazanılabilmelidir,
● Yeni Transgenik bitkilerin kararlı ve etkili gen ifadeleri
oluşturabilmesi için bitkilerin genetik ve moleküler karakterizasyonu
yapılmalıdır,
● Gerektiği taktirde yeni oluşturulan genler de dahil olmak üzere
transgenik bitki genlerinin elit çeşitlere geleneksel ıslah yöntemleriyle
aktarımı yapılabilir olmalıdır,
●Oluşturulan Transgenik bitkilerin çevrede bulunan abiyotik ve
biyotik stres üzerindeki etkileri incelenmelidir,
●
Ve son olarak güvenilir doku kültürü rejenerasyon sistemleri
oluşturulmalıdır (Kalefetoğlu Macar T. Ve ark. (2017)).
Gen transformasyon işleminin tekrarlanabilir olması için;
●
Kullanılacak yöntem ve malzemeler tehlikeli olmamalıdır ve işlem
sırasında ve sonrasında güvenlik sağlanmalıdır,
●
Yöntem düşük maliyetli olmalıdır ve en az düzeyde düzenlemeler
gerektirmelidir,
●
Teknik sırasında tek seferde çok sayıda transformasyon işlemi gerçekleştirilebilmelidir,
●
Her hücreye az sayıda genetik kopya aktarılabilmeli ve gen
aktarımı yapılmış bir tane hücreden tüm transgenik bitki rejenere
edilebilmelidir,
●
Aktarılmak istenilen yeni nükleik asit molekülünün istenmeyen
vektör dizileri olmadan hücreye aktarılabilmesi gerekmektedir (Riveraet A.L. Ve
ark. (2012)).
Peki transgenik bitkileri neden oluşturuyoruz ve hangi
alanlarda kullanıyoruz?
Transgenik Bitkilerin
Kullanım Alanları
Transgenik bitki
ilaç teknolojilerinden, diyetlerde kullanılan besinlerin iyileştirilmesine
kadar pek çok alanda kullanılmaktadır. Kullanım alanları;
●
Besin kalitesinin iyileştirilmesi.
Şekil 8: Altın pirinç başakları (4).
● Bitkilerin böceklere dayanıklılığını arttırma.
Böceklere karşı dayanıklı hale getirilen transgenik bitkiler böceklere karşı toksik protein üretimi gerçekleştirmektedirler. Örneğin zararlılara karşı genetiği değiştirilmiş mısır bitkisi üretimi günümüzde çokça kullanılmaktadır.
Şekil 9: Genetiği değiştirilmiş mısır bitkileri (5).
● Bitkilerin çeşitli virüs ve fungal hastalıklarına karşı dayanıklılığı arttırılması, özellikle tarımda hastalıklar nedeniyle bitki kayıplarının yaşanmasını önleyerek ekonomik açıdan katkı sağlamaktadır.
● Herbisit dayanıklılığını arttırma.
Herbisit istenmeyen bitkilerin ve zararlı otların ortadan kaldırılması amacıyla kullanılan ilaç türüdür. Bazı bitki türlerine herbisite dayanıklı olabilmeleri için çeşitli işlemler yapılır. Bu işlemler aynı zamanda toprak florasına da faydalı olmaktadır (Yılmaz Eker F. Ve ark. (2015)). Bu sayede su kaybı ve toprağa uygulanan işlemler azalmaktadır.
Şekil 10: İstenmeyen otlar için Herbisit ilaçlaması (6).
●
Biyo-ilaçların üretimi (moleküler tarım).
Biyo-ilaçlar canlı
organizmalardan üretilen etkin maddeleri içeren ilaçlardır. Bu amaçla çeşitli
proteinler tarla şartlarında istenildiği miktarda üretilebilmektedir. Üretilen
maddelerin saflaştırılması daha kolaydır ve memeli dokuları veya hücrelerinde
bulunan bulaşıcı hastalıklar ile kontamine olma olasılığı yoktur.
●
Abiyotik stres şartlarına dayanıklılığı arttırma.
Tuza, dona ve kurağa
dayanıklı transgenik bitkilerin üretilmesi ekonomik açıdan oldukça katkı
sağlamaktadır. (Örneğin tuza dayanıklı domateslerin üretimi)
●
Transgenik yenilebilir aşıların oluşturulması.
Transgenik bitkiler
ile oluşturulan yenilebilir aşılar normal aşılara göre daha düşük maliyetli,
ısıya dayanıklı ve daha kolay dağıtılabilme özelliklerine sahip oldukları için
tercih edilen yöntemlerden biridir.
Baştaki soruya geri
dönecek olursak; siz de düşünürken fark edeceksiniz ki bu sorunun tek bir
cevabı yok. Bitkiler çeşitli hastalıkların tedavisi, ilaçlar, diyetler gibi pek
çok alanda kullanılmakta ve hayati önem taşımaktadırlar. Bilimsel açıdan çokça
zengin bu canlıları her gördüğünüzde bilim sevginizin artması dileğiyle.
Referanslar
●
Kalefetoğlu Macar T., Macar O., Yalçın E., Çavuşoğlu K. (2017). Gen Teknolojisi ve Bitkilerde Genetik Transformasyon Yöntemleri,
Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, Cilt:17 Sayı: 2
Sayfa: (377-392)
https://dergipark.org.tr/tr/pub/akufemubid/issue/43399/524616 (Erişim Tarihi: 02.04.2022)
●
Artam Tarhan E., Doğan İ., Özyiğit İ. İ. (2013). Agrobacterium rhizogenes-Mediated Transformation and Its
Biotechnological Applications in Crops,
Crop Improvement Cilt:1 Sayfa:1-48
https://gcris.iyte.edu.tr/handle/11147/5254 (Erişim Tarihi: 02.04.2022)
●
(Riveraet A.L., Loske A. M., Fernández F., Gómez-Lim M. (2012)). Physical methods for genetic plant transformation, Physics of Life Reviews, Cilt:9 Sayfa: 308–345
https://www.tarjomefa.com/wp-content/uploads/2017/04/6505-English-TarjomeFa.pdf (Erişim Tarihi: 02.04.2022)
●
Özcan S. (2009). Modern Dünyanın Vazgeçilmez Bitkisi Mısır:
Genetiği Değiştirilmiş (Transgenik) Mısırın Tarımsal Üretime Katkısı, Türk
Bilimsel Derlemeler Dergisi, Cilt:2 Sayı:2 Sayfa: 01-34
https://dergipark.org.tr/tr/pub/derleme/issue/35075/389010 (Erişim Tarihi: 02.04.2022)
●
Yılmaz Eker F., Muratoğlu K., Özgen Arun Ö. (2015). Genetiği
Değiştirilmiş Organizmalar Kavramına Genel Bakış, İstanbul Üniversitesi
Veteriner Fakültesi Dergisi Cilt: 41 Sayı: 1 Sayfa: 113-123
https://www.researchgate.net/publication/271208683_Genetigi_Degistirilmis_Organizmalar_Kavramina_Genel_Bakis
(Erişim Tarihi: 02.04.2022)
●
https://pixabay.com/tr/photos/yat%c4%b1r%c4%b1m-kavram-i%c5%9fletme-finans-5241253/ (1)
●
https://www.anatoliatupbebek.com.tr/mikroenjeksiyon-nedir (2) (Erişim Tarihi:
03.04.2022)
●
http://www.genomenewsnetwork.org/articles/12_01/A_tumefaciens_genome.shtml (3) (Erişim Tarihi:
03.04.2022)
Yorumlar
Yorum Gönder