Bitki bilimlerinde yaygın olarak kullanılan bir model organizma olan Arabidopsis thaliana tohumunun kesiti. Kredi: UNIGE / Sylvain Loubéry
Araştırmacılar, tohumun “kış uykusunda” kalmaya veya dış sıcaklığa bağlı olarak çimlenmesini tetiklemeye karar verdiği mekanizmaları keşfettiler.{4 }
Çimlenme, bir bitkinin yaşamında çok önemli bir aşamadır, çünkü tohum aşamasını çeşitli çevresel kısıtlamalara (iklim koşulları, besin öğelerinin yokluğu vb.) karşı dirençli hale getirerek çok daha savunmasız bir fide haline getirecektir. Genç bitkinin hayatta kalması bu geçişin zamanlamasına bağlıdır. Bu nedenle, bu aşamanın hassas bir şekilde kontrol edilmesi önemlidir. Cenevre Üniversitesi’nden (UNIGE) bilim adamlarının liderliğindeki bir İsviçreli ekip, gelecekteki fideler için sıcaklıklar çok yüksekse çimlenmeyi geciktirebilen ve hatta engelleyebilen tohumların dahili termometresini keşfetti. Bu çalışma, küresel ısınma bağlamında bitki büyümesini optimize etmeye yardımcı olabilir.
Yeni oluşan tohumlar uykudadır: filizlenemezler. Birkaç gün (hatta türe bağlı olarak aylar) sonra tohumlar uyanır ve fide büyümesi ve yeni tohum üretimi için uygun mevsimde çimlenme yeteneği kazanır. Ancak uykuda olmayan tohumlar yine de kaderlerine karar verebilir. Örneğin, aniden aşırı yüksek sıcaklıklara (>28°C) maruz kalan uykuda olmayan bir tohum çimlenmeyi engelleyebilir. Bu sıcaklıkla bastırma mekanizması (termo-inhibisyon) çok ince bir düzenlemeye izin verir. Yalnızca 1 ila 2°C’lik bir değişim, gerçekten de bir tohum popülasyonunun çimlenmesini geciktirebilir ve böylece gelecekteki fidelerin hayatta kalma şansını artırabilir.
Anahtar bir protein: fitokrom B
UNIGE Fen Fakültesi Bitki Bilimleri Bölümü profesörü Luis Lopez-Molina, Brassicaceae familyasına ait bir bitki türü olan ve birçok araştırma projesinde model olarak kullanılan Arabidopsis thaliana’nın çimlenme kontrolü ile ilgileniyor. Bilim adamları, tohumların termo-inhibisyonu tetiklemesine izin veren saptama mekanizmalarını anlamak için, genç bitkilerde, yani gelişimin daha ileri bir aşamasında, daha önce tanımlanmış ve oldukça benzer fenomenlerin izini sürdüler.
Aslında, sıcaklık değişiklikleri de sıcaklıktaki hafif bir artışın gövde büyümesini teşvik ettiği fideler tarafından algılanır. Bu adaptasyon, bir bitkinin kendisini başka bir bitkinin gölgesinde bulduğunda gözlemlenene benzer: kendisini fotosentez için daha uygun olan güneş ışığına maruz bırakmak için gölgeden kaçmak için uzar. Bu varyasyonlar, normalde bitki büyümesi üzerinde bir fren görevi gören, ışığa ve sıcaklığa duyarlı bir protein olan fitokrom B tarafından tespit edilir. 1 ila 2°C’lik bir artış, fitokrom B’nin inaktivasyonunu teşvik eder ve bu da büyümeyi önlemede daha az etkili olmasını sağlar.
Dahili bir termometre
Fitokrom B’nin ısıl etkide de rol oynayıp oynamadığını anlamak için -çimlenme sırasında inhibisyon, yazarlar tohumları parçalara ayırarak tohum içindeki iki dokuyu ayırdılar: embriyo (genç bitkiyi verecek olan) ve endosperm (Arapidopsis tohumunda çimlenmeyi de kontrol eden besleyici doku). Araştırmacılar, endosperm ile temas halinde büyüyen embriyoların aksine, endospermlerinden yoksun bırakılan embriyoların çok yüksek sıcaklıklarda büyümelerini durduramadıklarını ve bunun da ölümlerine yol açtığını buldular.
“Arabidopsis’te termo-engelleme olduğunu bulduk. UNIGE Fen Fakültesi Bitki Bilimleri Bölümü araştırmacısı ve çalışmanın baş yazarı Urszula Piskurewicz, embriyo tarafından otonom olarak kontrol edilmediğini, endosperm tarafından uygulandığını ve bu doku için yeni bir temel işlevi ortaya çıkardığını açıklıyor. “Başka bir deyişle, endospermin yokluğunda, tohumun içindeki embriyo sıcaklığın çok yüksek olduğunu algılamaz ve çimlenmeye başlar, bu da ölümcül olur.”
Mahsul çimlenmesini optimize etme
{ 6}Çimlenmenin termal olarak engellenmesi, bitki yaşamındaki belirli döngüsel olaylar (çimlenme, çiçeklenme, vb.) üzerindeki iklimsel değişikliklerin etkisinin yeni bir örneğidir. Çalışmanın son yazarı Luis Lopez-Molina, “Bu özelliğin tür dağılımı ve bitki tarımı üzerinde bir etkisinin olması bekleniyor ve bu etki dünya çapında sıcaklıklar arttıkça daha da artacak” diyor. Işık ve sıcaklığın tohum çimlenmesini nasıl tetiklediğinin veya geciktirdiğinin daha iyi anlaşılması, gerçekten de çok çeşitli iklim koşullarına maruz kalan bitkilerin büyümesini optimize etmeye yardımcı olabilir.
Referans: “Arabidopsis endospermi, sıcaklığı algılayan bir dokudur. phyB aracılığıyla tohum termoinhibisyon” 7 Mart 2023, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-023-36903-4