Biyoteknoloji

Dünya nüfusunun hızla artması ve daha kaliteli besinlere duyulan gereksinim biz bitki bilimcilerinin işini her gün biraz daha güçleştirmektedir. Ancak mevcut koşullarda biyolojik çeşitlilikle beraber hedeflenen amaçlara ulaşmamıza yardımcı olabilecek çok çeşitli araçlar mevcuttur.

Meristem, Tomurcuk ve Doku Kültürleriyle In Vitro Çoğaltım: Daha önceleri tohum veya köklenebilme yeteneğine sahip bitki dokularıyla çoğaltma yapılırken günümüzde çok küçük bitki dokularıyla dahi bitkiler çoğaltılabilmektedir. Bu metodla;

• Çok sınırlı sayıda materyalin kısa sürede hızlı olarak çoğaltılması,
• Normal yollarla çoğaltma problemi bulunan bitkilerin çoğaltımı,
• Virüsten ari bitki eldesi,
• Gen kaynaklarının in vitro korunması,sağlanır. Günümüzde yaygın olarak muz, elma ve turunçgillerde kullanılmaktadır.

Embriyo kültürü:

Embriyo kültürü sağlam bir bitki elde edebilmek amacıyla embriyonun yumurtalık içerisindeki gelişmesinin belirli devresinde izole edilerek özel besi ortamında çimlendirilip geliştirilmesi işlemidir. Bitki ıslah programlarında yakın akraba olmayan başka bir türden bazı karekterlerin mevcut genotipe aktarılması gerekmektedir. Ancak melezleme sonucu elde edilen tohumlar zayıf çimlenme gücüne sahip olmaktadır. Genellikle bu durum uzak tür ve cinsler arası melezlemelerde genetik faktörler nedeniyle ortaya çıkmaktadır. Böyle durumlarda çimlenme gücü çok düşük embriyo in vitro koşullarda uygun besi ortamına alınarak normal gelişmesini tamamlaması ve melez bitki eldesi mümkün olmaktadır.

Haploid bitki eldesi:

Haploid bitkiler özellikle mutasyon çalışmaları ve homozigot bitkilerin elde edilmesinde büyük önem taşımaktadır. Klasik bitki ıslahı yöntemleriyle bu bitkilerin elde edilmesi çok uzun bir zamana ve fazla işgücüne gereksinim göstermektedir. Haploid bitki elde edilmesinde in vitro tekniklerin kullanılması bu bitkilerin eldesini önemli ölçüde hızlandırarak çeşit geliştirme süresini kısaltmaktadır. Haploid bitkilerin elde edilmesinde 3 farklı teknik kullanılmaktadır.
Maternal haploidi tekniği: Adındanda anlaşılacağı gibi elde edilen bitki somatik hücrelerinde sadece anadan gelen haploid (tek) yapıdaki kromozom setini içerecektir. Günümüzde yaygın olarak gamma ışınlarıyla uyarılmış polen tozlarının normal diploid yapıdaki ana olarak kullanılacak bitkilerle melezlenmesi sonucu oluşan tohumlardan haploid bitkiler elde edilmektedir.
Anter kültürü: Bu teknik ile haploid bitkilerin elde edilmesinde belirli gelişme devresindeki anterler uygun ortamlarda kültüre alınarak anterler içinde bulunan haploid yapıdaki mikrosporlardan bitkiler elde edilir.
Mikrospor kültürü: Anter kültürü tekniğinde sağlanan gelişmelerden sonra mikrosporların direk in vitro kültürü sonucunda da haploid bitkiler elde edilebilmektedir.

Somaklonal varyasyon:
İn vitro kültürün temel prensiplerinden birisi rejenere olan bitkilerin orijinal dokunun alındığı bitkinin aynısına benzemesidir. Ancak uygun fiziksel ve kimyasal mutajenlerin kullanımı ile genetik olarak farklı bitkiler elde edilebilmektedir. Bu şekilde istenilen bitkisel özellikler açısından yeni tiplerin oluşturulması mümkün olabilmektedir. Portakalda çekirdeksizlik, altıntopta renkli meyve suyu, hardalda farklı seviyelerde erurik asit içeriği elde edilebilmiştir.

Somatik melezleme:
Protoplast kültürü tekniğinde sağlanan gelişmelerle seksüel olmayan yolla gen transferi mümkün hale gelmiştir. Farklı tür ve cinslerin somatik dokularından elde edilen protoplastların füzyonuyla elde edilen somatik hibrit protoplastları in vitro kültürü ile bitkiciklere dönüştrülebilmektedir. Bu yolla iki farklı bitkideki olumlu özellikler tek bir bitkide toplanabilmektedir.

Gen Aktarılması:

Somatik melezlemede arzu edilen özelliklere sahip bireylere ait hücrelerin füzyonla biraraya getirilmesi gerekir. Buna karşılık gen aktarılması tekniği ile daha önceden genin izole edilmesi şartıyla istenilen bitkilere istenilen gen direk olarak aktarılabilmektedir.  Aktarılması istenen gen temel olarak iki yolla bir bitkiye taşınabilir.

• Agrobacterium tumefaciens kullanılarak gen transferi
• Direkt gen transferi

Birincisinde bir toprak bakterisi olan Agrobacterium tumefaciens hücreleri içerisinde bakteriyle simbiyotik bir şekilde yaşayan arzu edilen genin aktarıldığı Ti plasmidi ile gerçekleştirilir. Ti plasmid bitki hücre çekirdeğinde bulunan bitki DNA’sına kendisini kopyalayabilmektedir. İkincisinde ise aktarılacak gen direk olarak (elektroforasyon, partikül bombardı ve mikro injeksiyon metodlarıyla) transfer edilir. Bu yolla elde edilen bitkiye transgenik bitki adı verilir. Dünyada özellikle belli bitki guruplarında önemli oranda transgenik bitkiler kullanılmaktadır. Bunlara örnek kelebekgiller (Lepidopter) familyasına ait yeşil kurt, mısır koçan kurdu gibi) bitki zararlılarına karşı geliştirilen transgenik mısır, pamuk ve soya gösterilebilir.

Sekonder metabolit üretimi:

Genel olarak bitkilerde sayıları 20.000 kadar olan sekonder metabolit olarak adlandırılan bir grup madde bulunur. Bu tip maddeler bitki hücresi içinde gerçekleşen biyokimyasal reaksiyonlarda son ürün olarak sentezlenmekte ve tekrar reaksiyonda kullanılmamaktadır. Bunlar hücre dışında, vakuolde veya sitoplazmasında depolanırlar. Bunlardan bazıları bikilerden izole edilerek ilaç hammaddesi olarak kullanılmaktadır. reaksiyonda kullanılmamaktadır. Bunlar hücre dışında, vakuolde veya sitoplazmasında depolanırlar. Bunlardan bazıları bikilerden izole edilerek ilaç hammaddesi olarak kullanılmaktadır.

Genetik çeşitlilik haritalama ve diğer moleküler çalışmalar:
Morfolojik ve biyokimyasal metodlara nazaran moleküler seviyede yapılan çalışmalarla daha doğru bir şekilde veri elde edilir. Veri sağlamak için PCR (polimorfik zincir reaksiyonu)’na dayalı teknikler ile RFLP (restriction fragment length polymorphism) tekniği kullanılır. Yaygın olarak kullanılan PCR temeline dayalı teknikler RAPD (random amplified polymorphic DNA), ISSR (intersimple sequence repeats). SSR (simple sequence repeats), AFLP (amplified fragment length polymorphism)’dir. Bu yolla sonuç olarak daha doğru;

• Genetik çeşitlilik tespit edilebilir,
• Çeşit tanılama ve tescilinde kullanılabilir,
• Bitkiler arası akrabalık seviyeleri daha doğru belirlenebilir,
• Bitkilerin genetik orijinleri belirlenebilir,
• Dünya üzerindeki yayılış ve muhtemel taşınma yolları hakkında daha doğru tespitte bulunulabilir,
• Bitki kromozomları üzerinde önemli bitkisel özellikleri kontrol eden genlerin yerleri gösterilebilir (genetik haritalar),
Kök, yaprak ve diğer bitki kısımlarında aktif olarak protein sentezi yapan genler tespit edilerek bitki fizyolojisinin daha kesin açıklaması yapılabilir.
• Bitkisel karekterleri belirleyen proteinlerin ve DNA’ların dizinleri çıkarılıp bu dizindeki polimorfizm ve bunun sonuçları bulunabilir.