Kayın Ağaçlarında Direnç

Holden Arboretumu'ndaki bilim insanlarının yürüttüğü bir araştırma, kayın yaprağı hastalığının (BLD) belirtilerinin ortaya çıkmasında genetiğin etkili olduğunu gösterdi.

Bulgular, bazı Amerikan kayın ağaçlarının bu hastalığa karşı doğal bir genetik dirence sahip olabileceğine işaret ediyor. Araştırma, hastalığa dayanıklı ağaçlar yetiştirmek için yeni ıslah çalışmalarının önünü açabilir.

Hastalığın 2012'de keşfedilmesinden bu yana, kuzeydoğu Ohio'da hastalığın merkezine yakın bölgelerdeki kayın ağaçlarının yaklaşık üçte biri öldü. Ölen ağaçların büyük bölümünü daha küçük ve genç ağaçlar oluşturdu. Forest Pathology dergisinde yayımlanan araştırmaya, Holden Forests & Gardens'ın bilim ve koruma alanından sorumlu başkan yardımcısı David Burke liderlik etti. Çalışmada ayrıca ABD Tarım Bakanlığına (USDA) bağlı Orman Hizmetleri Kuzey Araştırma İstasyonu'ndan Mary Mason ve Jennifer Koch görev aldı. Bölgedeki orman uzmanları, kayın yaprağı hastalığının görüldüğü alanlarda bütün ağaçların aynı şiddette etkilenmediğini uzun süredir gözlemliyor. Hastalığın yaygın olduğu bölgelerde bile daha sağlıklı görünen ağaçlar belirleniyor, kayıt altına alınıyor ve düzenli olarak izleniyor.

Bu ağaçlar, hastalığa karşı olası genetik direncin yavru ağaçlara aktarılıp aktarılamayacağını araştırmak için korunacak. Bu adım, hastalığa dayanıklı kayın ağaçları yetiştirmeyi amaçlayan bir ıslah programı geliştirmek açısından büyük önem taşıyor.

Tesadüfen ortaya çıkan araştırma fırsatı

Araştırmacılar, Holden Arboretumu'nda bulunan mevcut bir Amerikan kayını (Fagus grandifolia) deneme alanından yararlandı. Ağaçlar, hastalık bölgeye ulaşmadan yıllar önce, 2005'te dikilmişti. ABD Orman Hizmetleri tarafından seçilen ve yetiştirilen bu ağaçlar, farklı bir hastalık olan kayın kabuğu hastalığına karşı direnç bakımından incelenmişti. Kayın yaprağı hastalığı bölgeye ulaştıktan sonra Burke ve çalışma arkadaşları, ağaçların bir bölümünün belirgin biçimde sağlıklı kaldığını fark etti. Burke, bazı ağaçların çevredeki ormanlarda hastalığın ağır belirtilerini gösteren ağaçlara benzer bir durum sergilemediğini belirtti. Hatta açıkça hasta görünen ağaçların yaklaşık 6 metre yakınında bulunan bazı kayınlar, sağlıklı görünümlerini koruyordu.

Deneme alanındaki ağaçların aynı toprakta, benzer ışık koşullarında ve birbirine yakın çevresel şartlarda yetişmesi, araştırmacıların dikkatini genetik farklılıklara yöneltti. Hastalığın şiddetindeki farklılıkların yalnızca çevre koşullarıyla açıklanamayabileceğini düşündüler.

Genetik direnç nasıl test edildi?

Araştırma ekibi, hastalıklı ve daha sağlıklı görünen ağaçların dal uçlarından örnekler alarak yeni bitkiler üretti. Bu parçalar, daha önce test edilmemiş genç ağaçların anaçlarına aşılandı. Ardından bitkiler, kontrollü koşulların sağlandığı bir serada yetiştirildi. Bir sonraki aşamada araştırmacılar, kayın yaprağı hastalığına neden olan Litylenchus crenatae adlı mikroskobik nematodları ağaçların tomurcuklarına aktardı.

Nematodları toplamak için ormandaki hastalıklı kayın yaprakları kullanıldı. Laboratuvarda kesilen yapraklar suya bırakılarak solucana benzeyen bu canlıların ayrıştırılması sağlandı. Araştırmacılar, mikroskop altında sayım yaparak her kayın tomurcuğuna aynı miktarda, yani 100 canlı nematod verilmesini sağladı. Nematodlar sonbaharda su aracılığıyla tomurcuklara aktarıldı. Bulaştırılan ağaçlar kış boyunca serada tutuldu ve ilkbaharda yapraklandıklarında hastalık belirtileri incelendi. Burke'e göre Amerikan kayınları arasındaki belirti farklılıkları ilk bakışta çok belirgin değildi. Ancak araştırmacılar, her ağaçtaki hastalıktan etkilenen yaprak alanını ölçtüklerinde anlamlı farklılıklar tespit etti. Burke, hastalığın tipik belirtilerinden biri olan ve yaprak damarları arasında görülen koyu renkli bantların kapladığı alanın yüzdesini kaydettiklerini açıkladı.

Farklı genetik özelliklere sahip kayın ağaçlarının hastalık belirtilerini farklı şiddetlerde geliştirmesi, genetiğin hastalığın ilerleyişinde rol oynadığını gösterdi. Deneydeki ağaçların kayın kabuğu hastalığına karşı da belirli bir dirence sahip olduğu biliniyordu. Bu sonuç, her iki hastalığa karşı dirençli ağaçların geliştirilebileceği yönündeki beklentileri güçlendirdi.

Nematodların rolü doğrulandı

Deney düzeneği, kayın yaprağı hastalığının belirtilerine canlı nematodların tek başına neden olduğunu doğrulamaya da yardımcı oldu. Böylece nematodlarla birlikte bulunabilecek bakteri veya diğer mikroorganizmaların hastalığın asıl nedeni olduğu yönündeki olasılıklar elendi. Araştırmacılar aynı zamanda Avrupa kayını ve Japon kayınını da aynı miktarda nematoda maruz bırakarak tepkilerini karşılaştırdı. Avrupa kayını (Fagus sylvatica), Amerikan kayınına benzer bir sonuç verdi. Yaprak alanının ortalama yüzde 40 ila 50'sinde hastalık belirtileri görüldü. Buna karşılık, hastalığa neden olan nematodun doğal olarak bulunduğu Japonya'ya özgü Japon kayınında (Fagus crenata) belirtiler, toplam yaprak alanının yalnızca yaklaşık yüzde 4'ünde ortaya çıktı.

Burke, iki tür arasındaki farkın çok belirgin olduğunu ifade etti. Japon kayınının, nematoda karşı dirençli veya toleranslı olabileceğini belirten araştırmacı, bu durumun türün söz konusu canlıyla aynı doğal yaşam alanını paylaşması nedeniyle şaşırtıcı olmadığını söyledi.

Araştırmaların sonraki aşaması

Ekip, kayın yaprağı hastalığının en az 10 yıldır görüldüğü ormanlarda, hastalık belirtisi az olan veya hiç belirti göstermeyen Amerikan kayınlarını aramayı sürdürecek. Genetik etkinin doğrulanması, bu etkinin ağaçlar arasında nasıl değiştiğinin anlaşılması ve direncin gücünün belirlenmesi için daha fazla ağacın test edilmesi gerekiyor. Ayrıca her ağaçtan çoğaltılan örnek sayısının artırılması planlanıyor.

Araştırmacılar, en dirençli ağaçları kontrollü tozlaşma yoluyla birbiriyle çaprazlamayı da hedefliyor. Böylece direncin kalıtsal olup olmadığı doğrulanabilecek ve her iki hastalığa karşı dayanıklılığın artırılması mümkün olabilecek. Holden araştırmacıları ayrıca hastalığın şiddetini azaltma potansiyeli taşıyan PolyPhosphite 30 adlı potasyum içerikli gübreyle yürütülen, birkaç yıla yayılan bir deneme üzerinde çalışıyor. Bu uygulamanın etkinliğine ilişkin sonuçların gelecek yıl içinde açıklanması bekleniyor.

Kayın ormanlarının geleceği tehlikede

Burke, kayının orman ekosistemleri açısından temel türlerden biri olduğunu vurguladı. Özellikle kayın ve akçaağaçların birlikte yetiştiği ormanlarda kayın ağaçlarının ürettiği tohumlar, çok sayıda yaban hayvanı için önemli bir besin kaynağı oluşturuyor. Bu nedenle kayın ağaçlarının ormanlardan kaybolmasının ekosistem üzerinde ciddi sonuçları olabileceği belirtiliyor. Araştırmacılar, hastalığın uzun süredir etkili olduğu Ohio, Pennsylvania'nın batısı ve New York'un batısı gibi bölgelerde sağlıklı Amerikan kayınları gören vatandaşlardan da destek bekliyor. Bu ağaçların konumu, ücretsiz TreeSnap uygulaması üzerinden araştırmacılara bildirilebiliyor. Paylaşılan gözlemler, hem hastalığa yönelik araştırmaların ilerlemesine hem de gelecekte dikilmek üzere hastalığa dirençli kayın ağaçlarının yetiştirilmesine katkı sağlayabilir.