Bitki bilimcileri bitkilerin hormonlara tepkisini açma/kapama anahtarını keşfetti

Wageningen Üniversitesi ve Araştırma'dan bilim adamları ve onların Japon ve İspanyol meslektaşları, bitkilerde bitki büyümesini kontrol eden bir 'açma/kapama' düğmesi ve bir 'ses düğmesi' buldular. Bu keşfin uygulanması, yetiştiricilerin hastalıklara, kuraklığa veya sellere karşı daha dayanıklı yeni mahsuller tasarlamasına yardımcı olabilir. Bulguları Nature Plants'te yayınlandı.

Araştırma ekibi, bitkilerin bitki hormonu oksine verdiği son derece karmaşık tepkinin basit bir değişim modeline indirgenebileceğini gösterdi. Temel olarak oksin, bir anahtarı 'kapalı'dan 'açık'a çevirir. Aynı zamanda ikinci bir faktör de bu 'anahtar' ile yarışarak her hücrenin hormona ne kadar duyarlı olacağını belirler. Bir bitkinin kökten çiçeklenmeye kadar oksine tepki verme şekli, deyim yerindeyse açma/kapama düğmesi ve ses kontrolü tarafından belirlenir.

Küçük oksin molekülünün, çeşitli genlerin aktivitesini değiştirerek bitki büyümesi ve gelişiminin birçok yönünü kontrol ettiği bilinmektedir. DNA'ya bağlanan ARF proteinleri genlere bağlanır ve onları açar veya kapatır. ARF proteinlerinin aktif olup olmadığını belirleyen oksindir. Çoğu bitkinin farklı ARF proteinleri vardır; bunlar, evrim sırasında birden fazla kopyanın yaratılması ve sonrasında özelliklerinin değişmesi nedeniyle oluşmuştur. Bütün bunlar, bir hormona karşı farklı reaksiyonlara neden olabilen son derece karmaşık bir ARF proteinleri ağına yol açar.

Ekip, şemsiye yosunundaki oksinin tepkisini inceledi Marchantia polimorpha. Bu bitki en basit oksin sistemine sahiptir ve daha önce araştırmacılar tarafından bir yayında anlatılmıştır. elifeHirotaka Kato ve Sumanth Mutte'nin 2019'da Wageningen Araştırma Ödülü'nü aldığı. Bu yeni araştırmada Doğa Tesisleri Ekip, Marchantia reaksiyon sisteminin basitliğinden yararlanıyor ve genetik ile protein biyokimyasının bir kombinasyonunu kullanarak sistemin işleyişini titizlikle haritalandırıyor. Bu, oksin sisteminin özünü oluşturan iki rakip ARF proteininden oluşan basit sistemi ortaya çıkardı.

Marchantia'daki ARF1 proteini - Açma/kapama düğmesi floresan bir proteinle işaretlenmiştir (fotoğraf: Shubhajit Das)

Temel bakış açısı değişikliği

Biyokimya Laboratuvarı başkanı ve araştırma ekibinin lideri Dolf Weijers, "Sonuçlarımızın, araştırmacıların önemli oksin hormonunun işleyişine bakışını temelden değiştireceğini düşünüyoruz" diyor. "Dahası, hücrelerin hormona nasıl tepki verdiğine dair bilgimizdeki bu büyük sıçrama, bize mahsullerin hormona hücresel düzeyde tepkisini etkilemek için benzeri görülmemiş fırsatlar sunuyor. Bitkilerin çoğalması, kök büyümesi ve diğer birçok özelliği oksine verilen cevaba bağlıdır.”

Karmaşıklığa aldanmak

Onlarca yıldır, thale tere modeli bitki de dahil olmak üzere çiçekli bitkilerin, hücrelerin aynı hormona farklı şekillerde tepki vermesini sağlamak için çok karmaşık bir tepki faktörleri sistemi kullandığına inanılıyordu. Böylece hücrelerin bir kısmı büyür, bir kısmı bölünür, bir kısmı da farklılaşır. Aynı hormonun, reaksiyonun bitkinin neresinde meydana geldiğine bağlı olarak kök gelişimine ve çiçeklenmeye neden olduğuna da inanılıyordu.

Araştırma ekibi şimdi bitki hormonu oksine verilen karmaşık tepkilerin altında yatan çok basit bir prensibi nasıl keşfettiklerini anlatıyor. Aynı prensibin, geniş ARF protein ailelerine sahip diğer bitki türleri için de geçerli olması muhtemeldir. Güncel araştırmalar bize, bitkiler de dahil olmak üzere bitkilerin hormona nasıl tepki verdiğini öğretiyor.

Eskiden Wageningen Üniversitesi'nde, şimdi ise Kobe Üniversitesi'nde olan deneysel biyolog Hirotaka Kato, çığır açan araştırmasında Wageningen Kimya ve Biyofizik Laboratuvarı, Barselona'daki Alba Synchrotron ve Kyoto Üniversitesi'ndeki meslektaşlarıyla işbirliği yaptı. Araştırma kısmen 2015 yılında Dolf Weijers'e verilen NWO-VICI hibesiyle finanse edildi.

 

Kaynak: https://www.wur.nl/nl/show/plantenwetenschappers-ontdekken-aanuit-knop-voor-reactie-van-planten-op-hormoon.htm