Çiçekten Yaprağa

Bilim insanları, bakterilerin ürettiği bir proteinin bitkilerde çiçek gelişimini kontrol eden mekanizmayı nasıl bozduğunu ortaya çıkardı.

Bu protein, üreme organlarının yaprak benzeri yapılara dönüşmesine neden oluyor.

Araştırma, iklim değişikliğinin böcek taşıyıcıların daha kuzey enlemlerde yayılmasını artırmasıyla etkisi genişleyebilecek bir bitki hastalığına ışık tutuyor. Bilim insanları çalışmada Fransa'nın Grenoble kentindeki Avrupa Sinkrotronu ESRF'de özel bir ışınım tekniğinden yararlandı. Araştırmanın sonuçları, <i>Journal of Biological Chemistry</i> dergisinde Editörün Seçimi olarak yayımlandı.

Bitkilerin gelişimi yeniden programlanıyor

Fitoplazmalar, böcekler aracılığıyla bitkilere taşınan bakterilerdir. Bu patojenlerin neden olduğu belirtiler, bitkinin bodur kalmasından gelişim sürecinin büyük ölçüde yeniden programlanmasına kadar değişebiliyor. Bazı durumlarda bitkiler çiçek üretmek yerine tüm çiçek organlarını yapraklara dönüştürüyor. Çanak yapraklar, taç yapraklar, erkek organlar ve dişi organlar yaprak benzeri yapılara dönüşebiliyor. Bu durum ayçiçeği, susam ve üzüm asması gibi farklı tarım ürünlerini etkileyebiliyor.

Bu değişim tarımsal üretim açısından ekonomik sonuçlar doğurabiliyor. Hastalıktan zarar gören ürünlerin gıda olarak kullanılabilirliği azalabiliyor. Örneğin Afrika'da 1930'lardan bu yana görülen fitoplazma kaynaklı hindistan cevizi ölümcül sararma hastalığı, Tanzanya'da yüzde 40'a, Gana'da ise yüzde 20'ye varan ciddi ürün kayıplarına yol açtı.

İklim değişikliği yayılımı artırıyor

İklim değişikliği, hastalığı taşıyan böceklerin daha kuzey enlemlerde görülme sıklığını artırdı. Bu durum, fitoplazmaların daha geniş alanlarda bulunmasına zemin hazırlıyor. Bilim insanları, bitkinin normal gelişimini etkileyen PHYLOY adlı fitoplazma proteinini incelemek için ESRF'den yararlandı.

Bakteriyel protein haritalandı

Araştırmanın lideri, CEA'de Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale'de görev yapan ve aynı zamanda ESRF'de misafir bilim insanı olan Chloe Zubieta, böceklerin bitkinin kendi gelişim mekanizmasını nasıl ele geçirdiğini anlamanın tarımsal etkileri azaltmaya yönelik stratejiler geliştirilmesine yardımcı olabileceğini belirtti. Zubieta, ESRF bilim insanları Mark Tully ve Max Nanao ile birlikte PHYLOY proteinini inceledi. Candidatus Phytoplasma asteris'in soğan sarılığı suşundan elde edilen bu protein, bitkinin normal gelişim sürecine müdahale ediyor.

Proteinler arasındaki etkileşim incelendi

PHYLOY, MADS-box transkripsiyon faktörleri olarak adlandırılan bitki proteinlerini hedef alıyor. Bu proteinler, çiçeklerin nasıl gelişeceğinin belirlenmesinde önemli rol oynuyor. MADS-box transkripsiyon faktörleri, dörtlü gruplar halinde birlikte çalışıyor. DNA'ya bağlanarak bitkiye çiçeğin hangi bölümlerinin oluşturulacağını belirleyen genleri etkinleştiriyorlar.

Araştırmacılar, PHYLOY'un üç önemli MADS-box transkripsiyon faktörüyle nasıl etkileşime girdiğini incelemek için ESRF'nin BM29 ışın hattında küçük açılı X-ışını saçılması (SAXS) adı verilen sinkrotron tekniğini kullandı.

Deneyler, PHYLOY'un daha önce düşünülenden daha geniş bir MADS-box transkripsiyon faktörü kombinasyonuyla etkileşime girebildiğini gösterdi. ESRF bilim insanı Mark Tully, elde edilen verilerde esneklik gözlemlediklerini ve bunun fitoplazma proteini ile bitkinin transkripsiyon faktörleri arasındaki etkileşimdeki yapısal esnekliğe karşılık geldiğini ifade etti.

Yapısal taklit çiçekleri bozuyor

Araştırmacılar daha sonra bölgeye özgü mutagenez adı verilen teknikle bu proteinlerin belirli bölümlerini değiştirdi. Böylece bazı etkileşimleri engelleyebildiklerini, bazılarını ise mümkün hale getirebildiklerini gördüler. Bu sonuç, PHYLOY'un farklı MADS-box transkripsiyon faktörlerinin ortak özelliklerini tanıdığını ortaya koydu. Böylece patojen, yapısal taklit yoluyla bitkinin gelişim mekanizmasına müdahale ediyor.

Çiçek organlarının kimliği değişiyor

Fitoplazma proteini, MADS-box transkripsiyon faktörlerinin düzgün şekilde birlikte çalışmasını engelliyor. Bunun sonucunda çiçek organlarının kimliği değişiyor ve bu organlar yaprak benzeri yapılara dönüşüyor. ESRF bilim insanı Max Nanao, araştırmacıların MADS-box transkripsiyon faktörü ile PHYLOY arasındaki kompleksin yüksek çözünürlüklü kristal yapısını elde etmek için çalıştığını belirtti. Ekip, bu verileri yüksek verimli sanal tarama yöntemleriyle birlikte kullanarak söz konusu etkileşimi engelleyebilecek inhibitörler tasarlamayı hedefliyor.