Bitki Biyoteknolojisinde Genetik Kaynakların Önemi

02.05.24

Bitki Biyoteknolojisinde Genetik Kaynakların Önemi

Doğan İLHAN / Kafkas Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü

Genetik kaynakların tarihsel süreçte kullanımına, ilk olarak insanların çeşitli şifalı ya da yerel bitkileri küçük çapta ticarileştirerek çeşitli botanik bahçelerini kurmalarıyla başlanmıştır. Özellikle güney bölgelerde yer alan ülkelerde genetik kaynakların yoğun bir şekilde bulundukları ve zaman içerisinde bunların tüm dünya coğrafyasına yayıldıkları bilinmektedir. Genetik kaynakların özellikle tarımsal alanlardaki faaliyetlerin artması ve biyoteknolojik yöntemlerin geliştirilmesi paralelinde ülkelerin tarımsal dinamizmlerinin gelişmesiyle birlikte çok hızlı bir şekilde önem kazandığı görülmektedir. Genetik kaynakların varlığını ve önemini vurgulayan ilk kişi Rus bilim adamı Nikolai I. Vavilov’dur. Vavilov’un genetik kaynakları toplayarak dünyada ilk ve en gelişmiş olan gen bankasını kurduğu bilinmektedir. Bunun yanısıra Vavilov’un bitki genetik kaynaklarının orijin merkezini ‘’Ekilen her bitki belirli bir bölgeden ıslah edilmiştir ve bütün yabani varyeteleri de o bölgede yayılış göstermektedir’’ şeklinde ifade ederek genetik kaynakların doğal yayılış alanlarıyla olan ilişkisini de çok açık bir şekilde belirtmiştir (Kloppenburg, 2004). Vavilov birbirinden farklı, çeşitli tahıl ve baklagiller, yem bitkileri, sebze ve meyveleri içeren dokuz farklı orijin merkezini tanımlamıştır (Tablo 1). Dünya nüfusu ve paralelinde gıda ihtiyaçlarının artması, iklimsel değişiklikler, şehirleşme ve sanayileşme, ormanların yok olması gibi sorunlar her geçen gün ciddi bir problem haline gelmektedir. Dolayısıyla bu olumsuz durumların azaltılabilmesi açısından genetik kaynakların değerlendirilmesi oldukça büyük önem arz etmektedir (Karagöz ve ark., 2010).

Tablo 1. Vavilov’un tanımladığı dokuz orijin merkezi ve bu merkezlerdeki tarımsal ürünlerin genetik kaynakları (Kloppenburg, a.g.e.),

Genetik performansların artırılması ve yeni çeşitlerin geliştirilmesi amacıyla yabani ve modernize olmuş çeşitleri de içeren temel canlı kaynaklar olarak tanımlanmaktadır (Şakiroğlu, 2010). Bu kaynaklar özellikle ülkelerin tarımsal anlamda geliştirilmesinde önemli bir role sahiptirler. Gelişen teknoloji, bununla birlikte gelişen Biyoteknoloji bilimi, genetik kaynakların tarımsal üretimde kullanılmasına olanak tanımaktadır. Genetik kaynaklar olarak ifade edilen canlı kaynaklar üç grup altında sınıflandırılmaktadır:

(i) Yabani kaynaklar: Yabani bitki materyalleri, tamamen doğal koşullarda ve belirli coğrafik bölgelerde yayılış gösteren çeşitlerdir. Tarımsal ekonomik değerleri düşük olmasına rağmen ıslah açısından oldukça değerli kaynaklardır. Çünkü çeşitlerin çevresel adaptasyon sağlamalarında ve farklı stres koşullarına tahammül noktasında önemli olan genleri içermektedirler.

(ii)Yerel çeşitler: Modern çeşitlerin geliştirilmesinden önce insanların tamamen kendilerinin yetiştirdiği ve her sene elde ettikleri tohumları kullanarak yeni tohumları ürettikleri genetik kaynaklardır. Her sene üretilen tohumlar farklı bir genetik yapı ihtiva ettiğinden bu çeşitler de oldukça değerli olarak ifade edebileceğimiz genetik kaynaklardır. Ayrıca bu kaynakların diğer önemli bir yönü ise sadece bazı çiftçilerin elinde ve gen bankalarında mevcut olmalarıdır.

(iii) Modern Çeşitler: Bu variyeteler oldukça yüksek performansa sahiptirler. Yeni çeşitlerin geliştirilmesinde ve tarımsal uygulamalarda tercih edilebilecek olan variyetelerdir (Tanksley ve MacCouch, 1997).

Farklı coğrafyalara ait özellikleri taşıması, farklı ekolojik çevrelere ait özellikleri yansıtması, yüksek düzeyde allelik zenginlik içermesi, tarımsal faaliyetlerle birlikte yeni çeşitlerin geliştirilmesine olanak tanıması ve en önemlisi de geçmişten beri sahip olduğu zengin genetik özellikleri koruyarak nesiller boyunca taşıması, bitki genetik kaynaklarının önemini açıkça ortaya koyan karakteristik özellikleridir. Bitki genetik kaynakları tarihsel süreç içerisinde gelişen biyoteknoloji ve tarımsal çalışmalardan dolayı çeşitli ıslah çalışmaları sonucunda yeni çeşitlerin geliştirilmesine olanak sağlamaktadır. Çünkü bunlar yüksek düzeyde içermiş oldukları allelik zenginlikten dolayı genetik çeşitlilik için büyük bir gen havuzuna sahiptir. Özellikle farklı coğrafya ve iklimlerin özelliklerini yansıtabilmesi sebebiyle dünya çapında yayılış gösteren yabani kaynaklar bu bakımdan oldukça değerli olarak görülmektedirler. Oldukça eski bir zamandan itibaren kültüre alınarak zaman içerisinde korunmuş olan yerel çeşitler gerek yerel koşullara uyum ve gerekse evrimsel süreçle ilgili olarak genetik çeşitliliğin önemli bir potansiyelini sunmaktadırlar (Altındal ve Akgün, 2015).

Tarımsal dinamizmin sağlanabilmesi açısından genetik kaynaklar çok önemli role sahiptirler. Artan dünya nüfusu ve beslenme şartlarından dolayı tarımsal üretimin artırılması gerekmektedir. Ayrıca çeşitli hastalıklar, patojenler ya da küresel değişiklikler gibi çevresel faktörler de mevcut olan bitki türlerini olumsuz yönde etkilemektedirler. Tüm bu olumsuz durumların üstesinden gelebilmek için mevcut bitki kaynaklarının kalite ve verimlerini artırılması en doğru yoldur. Modern çeşitler olarak adlandırılan genetik kaynaklar, bu amaç doğrultusunda yetiştiricilere yüksek performanslar sunmasının yanı sıra alternatif çeşitlerin geliştirilmesine de olanak tanımaktadırlar. Yeni çeşitlerin geliştirilmesinde özellikle son yıllarda tohum şirketlerinin etkin bir rol oynadığı bilinmektedir. Çünkü üreticilerin ihtiyaçları doğrultusunda artan rekabet temelinde yeni çeşitlerin elde edilmesinde sürekli olarak tohumları geliştirmeyi hedeflerler (Wang, ve ark., 2009).

Genetik kaynakların bitki biyoteknolojisindeki yeri

Bitki biyoteknolojisinde sağlanan moleküler düzeydeki çalışmalar paralelinde genetik kaynakların daha fazla değerlendirilmesi ve geliştirilmesine imkan sunulmuştur. Genetik kaynakların modernize edilerek değerlendirilmesinde biyoteknolojinin bazı alanlarından yararlanılmaktadır. Bu alanlar;

Genetik kaynakların korunması ve devamlılığının sürdürülebilmesi açısından DNA’larının laboratuvar şartlarında dondurularak saklanması § Klasik metodların yanısıra modernize biyoteknolojik yöntemler aracılığıyla genetik kaynakların tanımlanabilmesi açısından moleküler destekli çalışmalar (Moleküler Destekli Seleksiyon (MAS), Markör tekniklerin kullanılması, Doku kültürü çalışmaları, Gen klonlanması ve gen aktarım tekniklerinin kullanımı ve transgenik hatların eldesi
Genetik kaynakların çoğaltılabilmesi açısından klon hatların oluşturulması ve kültüre alınarak geliştirilmesi
Yerel ve yabani genetik kaynakların yüksek allelik zenginliğinden dolayı bunların klasik ıslah yöntemlerinin yanısıra yeni in vitro çalışmalarla geliştirilmesi şeklinde ifade edilebilir (Tan ve ark., 2013).

Bitki genetik kaynaklarının korunması

Genetik kaynaklar sürdürülebilirliğinin sağlanması için biyoteknolojik yöntemler kullanılarak belirli koşullarda muhafaza edilip korunabilmektedirler. Bu amaçlarla genetik kaynakların in vitro üretimi, aşırı soğuk koşullarda muhafaza yöntemi ve DNA’nın saklanması yöntemleri kullanılmaktadır. Genetik kaynakların in situ korunması için çeşitli karakterizasyonlar yapılmaktadır. Bunlar özellikle genetik içerik bakımından farklılık gösteren populasyonlar ve türler açısından önem arz etmektedir. Genetik kaynakların korunması için kullanılabilecek biyoteknolojik yöntemler aşağıda gösterilmiştir (Tablo 2).

Tablo 2. Bitki genetik kaynakların korunması için kullanılan yöntemlerin karşılaştırılması

Genetik kaynakların in vitro korunması birçok tür için oluşturulan kültürlerle ve bu kültürlerin gelişimlerinin takip edilmesiyle sağlanabilmektedir. Genetik kaynakların oldukça düşük sıcaklıklarda (-196 0C) sıvı azot tanklarının içerisinde dondurularak da korunması mümkün olan tekniklerden birisidir. Bu teknik oldukça kullanışlı ve bitkisel materyalin oldukça muazzam bir şekilde yapısını koruyarak korunmasına olanak verdiğinden etkinliği ve ekonomik değeri oldukça yüksektir. Kullanılan bu teknikte bitkinin birçok vejetatif ve generatif yapısı genetik yapısını kaybetmeden korunabilir duruma gelmektedir. Bitkisel organizmaların farklı dokularından elde edilen DNA örneklerinin korunması bitki genetik kaynaklarının kullanımına imkan tanıyan en önemli yöntemlerden birisidir. Genom düzeyinde birçok canlıya ait bilgi taşıdıklarından bunların pek çok farklı amaç doğrultusunda kullanımı da yeni nesiller açısından önem teşkil etmektedir (Tan, 2010).

Bitki genetik kaynaklarının tanımlanması

Bitki genetik kaynakları bulundukları coğrafik koşullar ya da yetişme ortamları temelinde farklı kategorilerde tanımlanmaktadırlar. Belirli bir coğrafik alanda yayılış gösteren ve yabani olarak adlandırılan genetik kaynaklar zaman içerisinde sadece belirli bir izolasyon bölgesi ile sınırlandırılmış şekilde (yerel genetik kaynaklar) ortaya çıkabilmektedirler. Gerek yabani ve gerekse yerel genetik kaynaklardan elde edilen örneklerin zaman içerisinde istenilen özellikleri bakımından kültüre alınarak çoğaltılması mümkün hale gelmiştir (Şakiroğlu, 2010). Temelde arzu edilen özelliklerin elde edilmesi, geliştirilen ıslah metotları sayesinde modernize olmuş yeni çeşitlerin ve varyetelerin ortaya çıkmasını sağlamıştır. Bitkilerden elde edilen tohumlar, çeşitli proteinler ve morfolojik veriler ve farklı dokularından elde edilen DNA’lar, hem tür bazında hem de populasyon bazında genetik kaynakların tanımlanmasını ve teşhis edilmesini mümkün duruma getirmektedir. Geçmiş yıllarda kullanılan fenotipik verilerin yanı sıra özellikle son yıllarda geliştirilen moleküler markör yöntemleriyle bitki genetik kaynaklarının gen düzeyinde karakterizasyonları yapılmaktadır. Gerçekleştirilen flow sitometri analizi ile bitkilerin nukleuslarında yer alan genetik materyal miktarı ve ploidi düzeyleri belirlenmektedir (Laurentin, 2009).

Bitki genetik kaynaklarının önemi

Gelişen tarımsal faaliyetler ve teknoloji ile birlikte gerek zirai özelliklerin gerekse verimsel artışın sağlanması açısından bitki genetik kaynaklarının kullanılması daha kolay duruma gelmiştir. Tarımsal ürünlerdeki artış ve bu alanların daha etkin bir biçimde kullanılabilmesi için genetik kaynakların doğru ve uygun tekniklerle değerlendirilmesi gerekmektedir. Tarımsal faaliyetlerin iklim şartları, toprak yapısı, nem dengesi, coğrafi koşullar ve nüfus oranları gibi temel öğeler üzerine kurulduğu düşünüldüğünde tarımsal dengenin sağlanabilmesi için verimin yüksek düzeyde olması her daim istenilen bir özellik haline gelmiştir. Artan nüfusa paralel olarak artan besin gereksinimi, endüstrileşme süreci, artan hayvan sayısı ve beslenme ihtiyacı, hastalık ve çeşitli çevresel risklerden dolayı tarımsal verimin artırılması oldukça elzem bir duruma gelmiştir (Wang ve ark., 2009). Özellikle son yıllarda gelişen Genetik Mühendisliği ve Biyoteknolojik yöntemler sayesinde çeşitli çiftlik hayvanlarında besin ve kaliteyi artırmak amacıyla istenilen özelliklere sahip olan genlerin transferleri başarılı bir şekilde gerçekleştirilmekte ve bu özellikler ürün eldesine başarılı bir şekilde yansıtılmaktadır. Aynı şekilde tarımsal alanlarda ekili olan çeşitli yem bitkilerinin yanı sıra ekonomik öneme sahip olan çeşitli sebze ve meyvelerin ıslah çalışmaları da her geçen gün artmaktadır. Vitamin ve protein içeriği bakımından zengin, verim açısından daha yüksek ve kaliteli yeni çeşitlerin geliştirilmesi, çeşitli patojenler, hastalık ya da böcek ve istilacılara karşı dirençli hatların elde edilmesi günümüzde kullanılan biyoteknolojik yöntemler sayesinde kolaylıkla yapılabilmektedir. Birtakım fenotipik değerlendirmelere ilaveten genetik karakterizasyon çalışmaları da bu bağlamda destekleyici niteliktedir. Tarımsal üretimle ilgili önemli gelişmelerden birisi de hem devlet aracılığı ile hem de özel sektör tarafından oluşturulan tohum ve gen bankalarıdır. Bunlar bitkisel organizmalara ait her türlü genetik kaynakları içerebilen kapsamlı şekilde oluşturulmuş olan büyük depolar ya da laboratuvarlar şeklinde hizmet vermektedirler. Bitki genetik kaynaklarının korunması ve muhafazası için son derece öneme sahiptirler (Balkaya ve Yanmaz, 2001). Bu gelişmelerin sağlanabilmesinde belki de en önemli unsurlardan birisi genetik kaynakların doğru ve stratejik olarak kullanılması ve yeni çeşitlerin geliştirilmesine imkan sunmasıdır. Bu amaçla bitki genetik kaynakları yabani, yerel ve modern çeşitler olmak üzere moleküler ıslah çalışmalarıyla değerlendirilmek zorundadırlar. Çünkü bunlar taşıdıkları zengin allelik içerik ve genetik çeşitlilikten dolayı yüksek verim ve kalitenin eldesinde en temel

Sonuç

Bitki Biyoteknolojisi ve Genetik Mühendisliğindeki gelişmeler 1990’lı yıllardan itibaren klasik ıslah yöntemlerinin yanı sıra DNA ile ilişkili moleküler çalışmaların hızını artırmıştır. Klasik ıslah metotlarının dışında geliştirilen biyoteknolojik ıslah yöntemleri ile istenilen hedeflere uygun ürünlerin eldesi mevcut hale gelmiştir. Birtakım morfolojik kriterler ya da proteinler temelinde yapılan karakterizasyonlar yerini tamamen moleküler temelli olarak yapılan DNA çalışmalarına bırakmıştır (Bradshaw, 2017). Bitkisel organizmaların istenmeyen özelliklerinin zaman içerisinde değiştirilerek hedeflenen özelliklerinin kazandırılması sayesinde yeni karakterlerin ve çeşitlerin eldesi sağlanabilir duruma gelmiştir.

Genetik çeşitliliğin bitkilerde nesiller boyunca sürdürülebilmesi açısından kullanılan bitki gen kaynakları ve gen havuzları oldukça kritik öneme sahiptirler. Bu amaçla bunların bulundukları coğrafyalarda tespit edilerek koruma altına alınmaları gerekmektedir. Farklı iklimsel koşullara adapte olarak gelişen bitki genetik kaynaklarının yabani, yerel ve bunların çeşitli özellikler bakımından kültüre alınarak geliştirilen modern formları zengin genetik mirasın sürdürülebilmesi için çok değerli gen kaynakları olarak bilinirler (Jarvis and Hodghin, 1998; Maxted ve ark., 2000). Bundan dolayı bu genetik kaynakların geliştirilmiş olan çeşitli yeni yöntemler sayesinde muhafaza altına alınarak gen yapılarının korunması oldukça önemlidir.

Koruma altına alınarak genetik kararlılığının sürdürülebildiği bu kaynakların metodolojide uygulanabilmesi ve bunların değer kazanabilmesi açısından morfolojik karakterizasyonlarının yanısıra özellikle de moleküler olarak tanımlanmalarının gerektiği şüphesiz bir olgudur (Rao, 2004). Bitkilerin verim ve gelişimsel profillerinin sağlanabilmesi için bunların çeşitli moleküler ve biyoteknolojik yöntemlerle teşhis edilmesi ve potansiyel olarak bilimsel çalışmalara kaynak oluşturabilmesi açısından incelenmesi gerekmektedir. Özellikle bitki genetik kaynaklarının tohum ve çiçek gibi generatif yapılarının bu noktada değerlendirilebilmesi oldukça önemli bir husustur.

Bitki genetik kaynaklarının tarımsal ve ekonomik açıdan değer kazanabilmesi için bunların çeşitli ürünlerin ve özelliklerin elde edilmesinde kullanılabilmesi amacıyla doğru ve uygun tekniklerle değerlendirilmesi gereklidir. Zirai açıdan verim ve kalitenin artırılmasında, çeşitli hastalıklara ya da çevresel patojenlere dirençli hatların elde edilmesinde, istenilen karakterlerin sağlanmasında bitki genetik kaynaklarının doku ve hücre kültürü, gen transferi, Moleküler Markör Destekli Seleksiyon (MAS), Kantitatif Karakter Lokusu (QTL) haritalama vb. gibi birçok yeni biyoteknolojik yöntemlerin kullanılarak yeni klonların ve nesillerin oluşturulması sağlanmaktadır (Henry, 2017).

Artan dünya nüfusu ve endüstrileşme ile birlikte artan besin gereksinimi, doğal afetlerden kaynaklanan zararlar, bilinçsizce açılan araziler ya da bu arazilerin yanlış kullanımları, yabancı otlar ya da böcekler için kullanılan herbisit ve pestisitler, yabani genetik kaynakların yok edilmesi gibi birçok nedenden dolayı bitki genetik kaynakları zarar görmekte ve her geçen gün azalmaktadır (Balkaya ve Yanmaz, 2001). Bu tahribatın ve yok oluşun önüne geçebilmenin en iyi yolu yine bu bitki genetik kaynaklarının tarımsal verimin artırılması amacıyla uygun stratejik yöntemlerle kullanılarak artırılmasıdır. Bu amaçla uygulanan biyoteknolojik yöntemlerin başarı payı oldukça yüksektir.

Bitki genetik kaynaklarının sadece insanların faydalanması bakımından değil aynı zamanda tüm canlıların ekosistemlerindeki dengenin kurulabilmesi için önemli bir unsur oldukları görülmektedir. Ülkelerin ekonomik anlamda gelişmelerine yardımcı olabilmek adına tarımsal performanslarının iyileştirilmesinde genetik kaynakların rolü şüphesiz ki tartışmasızdır. Bu sebeple, tarımsal ürünlerin ve genetik kaynakların doğru stratejilerle kullanılması gerekmektedir. Bu önemli bilgi ışığında bitki genetik kaynaklarının özellikle klasik ıslah yöntemlerinin yanı sıra modern biyoteknolojik ve moleküler destekli çalışmalarla desteklenmesi ve insanların kullanımına arz edilmesi gerekmektedir.

KAYNAKLAR

Altındal D., Akgün İ. (2015). Bitki Genetik Kaynakları ve Tahıllardaki Durumu. Adnan Menderes Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi 12(1), 147-153

Balkaya A., Yanmaz R. (2001). Bitki Genetik Kaynaklarının Muhafaza İmkanları ve Tohum Gen Bankalarının Çalışma Sistemleri. Ekoloji Çevre Dergisi, 10(39), 25-30.

Bradshaw J.E. (2017). Plant Breeding: Past, Present and Future. Euphytica, 213:60.

Deo P.C., Tyagi A.P., Taylor M., Harding R., Becker D. (2010). Factor Affecting Somatic Embryogenesis and Transformation in Modern Plant Breeding. The South Pacific Journal of Natural and Aplied Sciences, 28(1), 27-40.

Gepts P. (2006). Plant Genetic Resources Conservation and Utilization: The Accomplishments and Future of a Societal Insurance Policy. Crop Sci. 46, 2278-2292.

Haussmann B.I.G., Parzies H.K., Presterl T., Susic Z., Miedaner T. (2004). Plant Genetic Resources in Cop Improvement. Plant Genetic Resources. 2(1), 3-21.

Henry R.J. (2017). Aplication of Genomics to Enhance Utilization of Plant Genetic Resources. Indian Journal of Plant Genetic Resources, 30(1), 20-24.
Jarvis D.I., Hodghin T. (1998). Strengthening the Scientific Basis of In Situ Conservation of Agricultural Biodiversity on Farm. Options for data collecting and analysis. Proceedings of a Workshop to Develop Tools and Procedures for In Situ Conservation On-farm, 25-29 August 1997, Rome, Italy, IPGRI.

Jauhar P.P. (2006). Modern Biotechnology as an Integral Supplement to Conventional Plant Breeding: The Prospects and Challenges. Crop Sci. 46, 1841-1859.

Kami J., Velasquez B.B., Debouck D.G., Gepts P. (1995). Identification of presumed ancestral DNA sequences of phaseolin in Phaseolus vulgaris. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92,1101–1104.

Karagöz A., Zencirci N., Tan A., Taşkın T., Köksel H., Sürek M., Toker C., Özbek K. (2010). Bitki genetik kaynaklarının korunması ve kullanımı. Türkiye Ziraat Mühendisliği VII. Teknik Kongresi, s,155- 177.

Kloppenburg J.R. (2004). First The Seed: The Policital Economy of Plant Biotechnology, 1492-2000. University of Wisconsin Pr. Kloppenburg J.R. AGE.
Laurentin H. (2009). Data Analysis For Molecular Characterization of Plant Genetic

Makale

Bitki Biyoteknolojisinde Genetik Kaynakların Önemi

Başlık