Bitkilerin Üremesi

 

Doğa Bahçeci - Moleküler Biyoloji ve Genetik,  Doğu Akdeniz Üniversitesi, Kıbrıs

Çiçekli bitkiler (anjiyospermler) tüm canlı bitki türlerinin %90'ını temsil eder. Anjiyospermler eşeyli veya eşeysiz olarak çoğalabilir ve yeni nesillere kadar hayatta kalmalarını sağlayan tohumların oluşumuna yol açar. Çiçekli bitkilerin üreme tarzları, çoğu ekosistemin baskın tür ve biyokütlesi olmalarına izin vermiştir [1, 2, 3].

Şekil 1: Bazal Anjiosperm Filogenisi [1].

Angiospermlerin en büyük evrimsel özelliği, içlerinde karpel ve stamenleri yani üreme organlarını taşıyan çiçeklerdir. Bu güzel ve oldukça avantajlı yapı, farklı tozlaşma türlerinin gerçekleşmesine izin veren çok çeşitli tasarımlar geliştirmiştir [1, 2, 3]. Dişi veya erkek yapılarda, germ hattı oluşumu, gelişim programını dişi veya erkek gametogenez başlatmak için değiştirecek olan tek bir somatik hücreye bağlıdır. Tüm süreç, erkek gametogenezi için iyi tanımlanmıştır, ancak esas olarak ovüler dokulara derinden gömülü olan megaspor ana hücresinin konumu nedeniyle mekanizmaların hala tam olarak anlaşılmadığı dişi gametogenez için böyle değildir [1, 2, 3].

 

Hayvanlarda erkek ve dişi germ hatları gelişimin çok erken döneminde oluşturulurken, bitkilerde bu, yaşam döngüsünün sonraki aşamalarında meydana gelir. Bu, bitkilerde, bir somatik hücre havuzunun, sporofitik bir gelişmeden gametofitik bir gelişmeye hızla geçmek için "her zaman hazır" olması gerektiği anlamına gelir. Tüm bu süreç, gen baskısı ve aktivasyon yolları tarafından sıkı bir şekilde düzenlenmelidir. Örneğin epigenetik yolların germ hattı gelişimini nasıl düzenlediğini açıklayan son keşifler ve AGO proteinlerinin ve sRNA'ların germ hattı oluşumunda önemli rollere sahip olduğu sonucuna varılmıştır. Bu, belirli genlerin ekspresyonunu hızla susturan ve aktifleştiren histon kodundaki hızlı değişikliklerle desteklenebilen, bitkilerde germ hattı oluşumu için hızlı bir hücre kimliği değişikliği ihtiyacı ile tutarlıdır [1, 2, 3].

Şekil 2: Eşeyli Bitki Üremesi [2].

 

Eşeyli bitki üremesi, bir polen tanesinin alıcı bir damganın yüzeyine inmesiyle başlar. Burada uyumlu bir polen tanesi, pistil dokularında hızla büyüyen polen tüpünü nemlendirir ve çimlendirir. İki sperm hücresi taşıyan polen tüpü, bir ovüle ulaşana kadar ona rehberlik edecek birkaç ipucunu takip ederek stil ve iletici kanal hücreleri boyunca büyüyecektir. Fünikülün yakınında, büyüme yönünü yumurta girişine çevirerek filiform aparata ulaşır - sinerjitlerden gelen kalınlaşmış hücre duvarı invaginasyonları tarafından oluşturulan özel bir yapı. Bu, polen tüpünün yumurta dokularına derinden gömülü olan embriyo kesesine girişidir. Polen tüpü, daha sonra dejenere olacak olan sinerjitlerden biri tarafından embriyo kesesine çekilecek ve girecektir. Polen tüpü tarafından patladığında salınan iki sperm hücresi, sırasıyla yumurta hücresi ve merkezi hücre (çift döllenme) ile birleşerek sırasıyla embriyo ve triploid endospermi oluşturur. Bu noktada tohum gelişimi nihayet başlar. Mayoz bölünme ve çift döllenme olmadan, eşeysiz üreme (apomiksis) yoluyla bir tohum üretilebilir ve bu da maternal bir klon oluşturur. Bu durumda, normal cinsel hücrelere bitişik ovülden gelen hücreler, bir tür gametofit gelişimini başlatarak kendiliğinden germ hattı hücrelerinin kimliğini üstlenebilir [1, 2, 3].

 

Hem eşeyli üreme hem de apomiksis bitkilerin hayatta kalması için avantajlıdır ve tarımsal kullanımları vardır. Eşeyli üreme, bitkinin genetik değişkenlik üreterek sürekli değişen bir ortama uyum sağlamasına olanak tanır ve ayrıca yeni çeşitler üretme olasılığını da sunar (Schmidt ve ark., 2015). Apomiksis tarım için önemli bir süreçtir, çünkü bir yetiştirme teknolojisi olarak büyük bir potansiyele sahiptir, ana bitkinin klonlarını üretmeyi mümkün kılar ve böylece mahsul türlerinde ilgi duyulan genotipleri tespit eder. Bitkilerdeki farklı apomiksis mekanizmalarını evrimsel bir bakış açısıyla derinlemesine incelenmiştir. Ne cinsiyetin apomiksisten ne de apomiksisin cinsiyetten evrimleştiğini, ancak apomiksis ve eşeyli bitki üremesinin birbirinin polifenizmlerinden başka bir şey olmadığını öne sürülmüştür. Yani, farklı çevresel koşullarla karşı karşıya kalan bitkiler, yumurtaların metabolik durumunu etkileyen belirli genleri açıp kapatacak ve böylece tohum üretimi için apomiktik veya cinsel bir yolu seçecektir. Yani aynı genom hem cinsiyeti hem de apomiksiyi kodlar. Ayrıca epigenetik mekanizmaların bu anahtarları nasıl düzenlediği tartışılıyor. Bununla birlikte, hangisinin en ilkel süreç olduğu bilinmemektedir: seks veya apomiksis. Apomiksis, büyük tohumlu ürünlerde hiçbir zaman tanımlanmamıştır, bu nedenle apomiksiyi açmak için genomu manipüle etme yeteneği tarımda büyük önem taşımaktadır ve bu ancak onu kontrol eden epigenetik ve genetik faktörlerin daha derinden anlaşılmasıyla başarılabilir [1, 2, 3].

 

Referanslar

Yazı Referanları

[1] Eckardt, N. A. (2002). Plant Reproduction. The Plant Cell, 14(8), 1669–1673. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC526030/

[2] Hiscock, S. J. (2011). Sexual Plant Reproduction. Annals of Botany, 108(4), 585. https://doi.org/10.1093/aob/mcr217

[3] Pereira, A. M., & Coimbra, S. (2019). Advances in plant reproduction: from gametes to seeds. Journal of Experimental Botany, 70(11), 2933–2936. https://doi.org/10.1093/jxb/erz227

Şekil Referansları

[1] Eckardt, N. A. (2002). Plant Reproduction. The Plant Cell, 14(8), 1669–1673. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC526030/

[2] Sexual Reproduction in Plants- Features and its Process. (n.d.). BYJUS. https://byjus.com/biology/sexual-reproduction-plants/