Araştırmacılar, Frantoio ve Leccino Genomlarının Haritalandırılmasını Tamamladı
İki yıllık titiz bir çalışmanın ardından, araştırmacılar bazı zeytinlerin iklim değişikliğinin etkilerine neden daha dayanıklı olduğunu ortaya çıkarmaya bir adım daha yaklaştılar.
Uluslararası bir araştırma ekibi, Leccino ve Frantoio zeytin ağacı çeşitlerinin tam genom haritasını çıkardı.
Günümüzde düzinelerce ülkede yetiştirilen bu iki İtalyan yerli çeşidin genom haritalandırılması, araştırmacıların bunları karşılaştırmasına olanak tanıyacak ve zeytin ağacı genetiğinin daha derinlemesine anlaşılmasının önünü açacaktır.
Luca Sebastiani, “İklim değişikliğinin yaşandığı bu dönemde, zeytin ağaçlarının genomikleri hakkında daha fazla bilgi sahibi olmak, bu ağaçların büyük ve bazen de yeni çevresel stres faktörlerine nasıl tepki verdiklerini daha iyi anlamak anlamına geliyor” dedi.
“Sekanslama, bu iki kültür çeşidinin neden farklı olduğunu anlamamızı sağlayacak bir kelime dağarcığına sahip olmamızı sağlıyor.
–
Aynı zamanda Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa’da bahçe bitkileri bilimleri profesörü olan çalışmanın koordinatörü, Olive Oil Times’a genomik biliminin Akdeniz havzasında daha dayanıklı zeytinlikler ortaya çıkarabileceğini söyledi.
Sebastiani, “İklim değişikliğine uyum sağlamak için, uygun tarım tekniklerinin yanı sıra dirençli genotiplere de ihtiyacımız var” dedi. “Su sıkıntısı yaşanırsa, sulamaya ihtiyaç duyulacak, ancak suyu verimli kullanan çeşitlere de ihtiyaç duyulacak. Ayrıca, artan sıcaklıklar, yeni patojenlere karşı duyarlılık ve böcek saldırıları ile ilgili zorluklar da var.”
“Gen haritalama, çözümleri daha hızlı bulmamızı sağlayan araçlardan biri,” diye ekledi.
Zeytin ağacı gen düzenlemesi henüz emekleme aşamasında olsa da, iki çeşidin genomlarını karşılaştırmak, geleneksel ıslah programlarına göre daha dayanıklı ağaçları daha hızlı bir şekilde elde etmeyi sağlayabilir.
Genetik ve genomik
Genetik, tek tek genlerin, bunların özellikleri ve kalıtımı nasıl etkilediğinin incelenmesidir. Genomik ise, genomdaki tüm genlerin ve bunların birbirleriyle ve çevreyle olan etkileşimlerinin incelenmesidir.
Hem Frantoio hem de Leccino, çevresel stresle başa çıkma davranışları gibi bilimsel literatürde iyi bir şekilde belgelenmiştir.
Sebastiani, “Kuraklık ve özellikle tuzluluk gibi stres faktörlerine verdikleri tepkiler çok ilginç modeller oluşturuyor, çünkü Frantoio toleranslıyken Leccino o kadar toleranslı değil,” dedi.
“Bu farkın arkasındaki mekanizmayı açıklamak için yıllardır çalışıyoruz, ancak genomik veriler olmadan hangi genlerin rol oynadığını tam olarak anlamak her zaman zordu,” diye ekledi.
Ayrıca bakınız: Fenol içeriği daha yüksek zeytinler antraknoza karşı daha dirençlidir“Sekanslama, bu iki çeşidin neden farklı olduğunu anlamamızı sağlayacak bir kelime dağarcığına sahip olmamızı sağlıyor,” diye belirtti Sebastiani.
Araştırmacılara göre, geleneksel ıslah yoluyla zeytin çeşitlerini seçme uygulaması zaman alıcıdır ve her zaman en iyi sonuçları vermez.
Araştırmacılar makalelerinde, “genlerin konumu ve yapısı hakkında kesin moleküler bilgilerin büyük ölçüde eksik olması” nedeniyle karışık sonuçlar elde edildiğini belirtti. Bilim insanlarının haritalamayı tamamlaması iki yıldan fazla sürdü.
Sebastiani, “İtalya’nın Ulusal İyileştirme ve Dayanıklılık Planı’ndan sağlanan fonlar ve oldukça büyük bir grup olmamız sayesinde bunu başardık,” dedi. Bu gruba Arizona Üniversitesi ve Suudi Arabistan’daki Kral Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden meslektaşlar da dahildi.
Her iki kültür çeşidinde de yüksek oranda Uzun Terminal Tekrarlamalar (LTR) bulundu; bu da genomlarında önemli bir benzerlik olduğunu gösteriyor.
Tekrarlanan DNA dizileri rastgele değildir, çünkü bunlar evrim tarafından şekillendirilmiştir ve genomun istikrarını ve bütünlüğünü korumaya yardımcı olmak gibi önemli roller oynayabilirler.
Sebastiani, “Genomun farklı bölümlerinin birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğini henüz tam olarak bilmiyoruz” dedi. “Artık farklı çeşitlerde bu bilgiye sahip olduğumuza göre, bu farklılıkları görmeye başlayabiliriz ve bu, önümüzdeki yıllarda türü daha iyi anlamamıza yardımcı olabilir.”
Araştırmacıların iki çeşidin genomlarını haritalandırırken karşılaştıkları zorluğu, parçalarının yarısı masmavi gökyüzü olan bir yapbozu tamamlamaya benzetti.
“Böyle bir durumda, çok sayıda varyasyon içeren bir yapboza kıyasla parçaları birleştirmek çok daha karmaşıktır,” dedi. “Zeytinlerde bu bir sorundur, çünkü çok sayıda yüksek oranda tekrarlanan bölgeye sahibiz.”
Genom içindeki genlerin konumunu belirlemek, ham DNA dizilerini pratik bilgiye dönüştürmek için temel önemdedir ve araştırmacıların bir geni verim, yağ bileşimi veya zararlılara ve hastalıklara karşı direnç gibi belirli bir özellikle ilişkilendirmesine yardımcı olur.
Bu bilgi, ıslah programlarını hızlandırır ve yavaş, rastgele seçilimi hedefli yaklaşımlarla değiştirir.
Gen konumu ayrıca genlerin nasıl düzenlendiğini ve etkileşime girdiğini ortaya çıkararak, adaptasyon ve evcilleştirme konusunda içgörüler sunar.
Zeytinlerde, doğru haritalar bilim insanlarının çeşitleri karşılaştırmasına, evrimsel değişiklikleri izlemesine ve daha dayanıklı ve yüksek kaliteli çeşitler geliştirmek için işaretleyici destekli ıslah veya gen düzenleme gibi hassas araçlar tasarlamasına olanak tanır.
Sebastiani, “Bu yüksek kaliteli haritalama, çok büyük fragmanları dizileyen tekniklere sahip olduğunuzda yapılabilir, bu da işi kolaylaştırır” dedi.
“Yıllar içinde tekniklerde büyük bir evrim yaşandı,” diye ekledi. “Bugün, daha uzun DNA parçalarının dizilemesine olanak tanıyan PacBio’ya sahibiz; bu, daha önce mümkün olmayan bir şeydi.”
Toprak tuzluluğu veya kuraklık gibi stres koşullarında, sadece birkaç gen rol oynayabilir ve iki çeşit arasında farklılıklar gözlemlenebilir.
“Gen yapısındaki küçük bir fark, hatta genin ne kadar işlev gördüğünü düzenleyen promotör bölgesindeki küçük bir fark bile, bir genin hiç çalışmamasına, daha az aktif olmasına veya daha aktif olmasına neden olabilir,” dedi Sebastiani.
Bu farklılıkları belirlemek ve anlamak çok önemli” diye ekledi.
“Belirli bir stres türünde rol oynayan bir genin Frantoio’da bir yapıya, Leccino’da ise başka bir yapıya sahip olduğunu ve Frantoio’da daha iyi, Leccino’da ise daha kötü çalıştığını anlarsam, o zaman RNA dizileme veya diğer teknolojilerle gen ekspresyon analizi tekniklerini de kullanarak bu yapısal varyasyonun aktiviteyi etkileyip etkilemediğini görebilirim,” dedi Sebastiani.
“Etkilediğini keşfedersem, artık genetik düzenleme imkanımız da var,” diye ekledi. “Zeytinlerde henüz çok etkili değil, ancak Leccino genini Frantoio geninin biçimini taklit edecek şekilde yeniden yazabilir ve bu bilgiyi aktararak farklı şekilde çalışmasını sağlayabilirim.”
Ancak Sebastiani, zeytin ağacı genlerinin düzenlenmesi konusundaki araştırmaların, diğer türlere kıyasla henüz deneme aşamasında olduğunu açıkladı.
“Grubumla birlikte kavak [35 tür söğüt ağacını içeren cins] üzerinde de çalışıyorum,” dedi Sebastiani. “Kavakta bunu zaten yapabiliyoruz. Zeytin ağaçlarında ise sorun, bu düzenleme teknikleriyle ilgili transformasyon zorlukları; bu yıllar sürebilir.”
Gen düzenleme teknolojisinde hızlı ilerlemeler olsa da, Sebastiani bunun ne kadar süreceğini tahmin etmenin imkansız olduğunu kabul etti.
Yine de, genomik ve ilgili teknolojilerin hızlı gelişiminin, önceki yaklaşımlara kıyasla nispeten kısa bir sürede etki yaratabileceğini umuyor.
“Bugün, geleneksel teknikleri kullanarak ama moleküler biyolojinin yardımıyla, tuz toleransını aktarmak için Leccino ve Frantoio'yu melezlersem, bitkinin büyümesini beklemem ve ardından test etmem gerekir. Bu çok uzun zaman alır,” dedi.
“Bunun yerine doğrudan gen yapısını araştırırsam, genomik veya diğer tekniklerle bunu şimdiden takip edebilirim,” diye ekledi Sebastiani. “Bugün, tüm genomu daha düşük maliyetle dizileyebiliyorum ve referans genomum zaten elimde olduğu için, o genin tam olarak nerede ve hangi konumda olduğunu görebiliyorum.”
“Leccino’yu alıp, iki veya üç genin toleransı artırdığını bilerek, sadece onları modifiye edebilirim,” diye belirtti. “Düzenlemeyle, her şey yolunda giderse, bir veya iki yıl içinde laboratuvarda yapılabilir. Bu, büyük bir adım olur.”
Genomik ve zeytin ağacı genlerinin haritalandırılması, zeytin ağacı yetiştiriciliğine yeni bir yaklaşımın önünü açabilir.
Geleneksel tarım genellikle asırlık zeytin bahçelerini içerirken, gen düzenlemesi yapılmış zeytin çeşitleriyle dikilen yeni bahçeler, daha sıcak ve kurak bir Akdeniz iklimi koşullarında üretimi desteklemek açısından hayati öneme sahip olabilir.
Sebastiani, “Bu tür yeni bilgiler, üreticiler için verimlilik, inovasyon ve çözümler açısından değişikliklere yol açabilir” dedi.
Araştırma ekibi, tuz stresine tepki olarak iki kültür çeşidi arasındaki farkları daha iyi anlamak için yeni genomik bilgileri kullanacak.
“Ayrıca, mümkünse, kirleticiler de dahil olmak üzere diğer streslere verdikleri tepkiler nedeniyle ilgimizi çeken daha fazla çeşidin dizilimini yapmayı planlıyoruz,” diye ekledi Sebastiani. “Mekanizmaları daha iyi anlamak için kesinlikle genomik bilimini kullanacağız.”