Bitkilerde Kırışıklık Sırrı

Bitkilerin yaprak ve çiçek gibi organlarının neden bazen düz ve pürüzsüz, bazen de kırışık veya kıvrımlı göründüğü hücrelerin büyüme biçimiyle bağlantılı olabilir.

Yeni bir araştırma, bitki organlarının şeklini belirleyen mekanik süreçlere ışık tuttu.

Çanak yapraklar, çiçek tomurcuğu açılmadan önce onu örten ve koruyan yaprak benzeri organlardır. Araştırmaya göre çanak yaprakların iç ve dış hücre katmanları aynı yönde, yukarı doğru büyüdüğünde organlar pürüzsüz ve boyunca benzer sertlikte kalıyor. Bu yapı bitki açısından da daha uygun bir sonuç ortaya çıkarıyor. Current Biology dergisinde yayımlanan çalışmada, normal bir Arabidopsis bitkisi ile kırışık çanak yapraklara sahip mutant bir bitki karşılaştırıldı. Araştırmacılar ilk kez çanak yaprakların hem iç hem de dış katmanlarını görüntüleyerek pürüzsüzlük ve kırışıklığı kontrol eden faktörleri inceleyebildi. Bu keşif, canlı materyallerin farklı şekillerde tasarlanmasına da katkı sağlayabilir. Hindistan'da kauçuk ağacı köklerinden "yaşayan köprüler" yetiştirilmesi ve lahananın kırışık yerine daha düz olacak şekilde yetiştirilmesi bu tür uygulamalara örnek gösteriliyor.

Bitki şeklinden mühendislik uygulamalarına

Araştırmacılar, bazı doğal yapıların neden düz ve pürüzsüz biçimde oluşurken bazılarının beyin, bağırsaklar veya orkide çiçeklerinin taç yapraklarında görülen karmaşık kıvrım ve katlanmalara sahip olduğunu anlamak istedi. Çalışmanın kıdemli yazarı ve Weill Hücre ve Moleküler Biyoloji Enstitüsü ile Entegre Bitki Bilimleri Fakültesi Bitki Biyolojisi Bölümü'nde profesör olan Adrienne Roeder, canlı bitkilerin geleceğin gelişmiş materyalleri olarak kullanılabilmesi için bitki organlarının büyüklük ve şeklinin kontrol edilebilmesinin önemli olduğunu belirtti.

Roeder, pürüzsüz bir yüzey elde etmek için iç ve dış bölümlerin büyümesinin aynı şekilde yönlendirilmesi gerektiğini ifade etti. Eğri bir yüzey oluşturulmak isteniyorsa büyümenin farklı yönlere yönlendirilebileceğini söyledi.

Kırışıklıkların oluşumu izlendi

Araştırma, gelişmekte olan çiçek tomurcuğunu düzgün şekilde çevreleyip korumaları gereken çanak yapraklara odaklandı. Yapraklarda olduğu gibi çanak yaprakların da fotosentez için düz bir yüzeye sahip olması gerekiyor. Bu sayede güneş ışınlarını daha etkili şekilde alabiliyorlar. Araştırma ekibi, kırışık ve düzensiz çanak yapraklara sahip bir Arabidopsis mutantı belirledi. Bu durumun, çanak yaprağın hem iç hem de dış katmanlarında bir genin normalden fazla ifade edilmesinden kaynaklandığı belirlendi. Araştırmacılar daha sonra bitkileri 24 saatte bir canlı olarak görüntüledi. Böylece mutant bitkide kıvrımın nasıl oluştuğunu ve normal bitkinin nasıl pürüzsüz kaldığını takip ettiler. Ekip, görüntülerden hücrelerin büyüme ve bölünme hızlarını ve büyüme yönlerini ölçtü. Elde edilen veriler daha sonra bilgisayar modelleriyle birleştirildi. Araştırmacılar başlangıçta kıvrımların mekanik burkulmadan kaynaklandığını öne sürdü. Model ise burkulmanın gerçekleşmesi için iki koşulun gerekli olduğunu gösterdi. İlk olarak dış yüzeyin, özellikle genişlik yönünde, iç yüzeyden daha fazla büyümesi gerekiyordu. İkinci olarak dış yüzeyin iç yüzeyden daha yumuşak olması gerekiyordu.

Büyüme yönleri çatışınca

Ekip daha sonra canlı görüntüleme sonuçlarını ayrıntılı şekilde inceledi. Roeder'in açıklamasına göre normal bitkide hem dış yüzey hem de iç yüzey çanak yaprağın ucuna doğru, yani yukarı yönde büyüyordu. Mutant bitkide ise dış yüzeydeki hücrelerin yönü yana doğru değişmişti. Böylece hücreler yukarı yerine genişlik yönünde büyümeye başladı.

Mutant çanak yaprağın iç yüzeyi ise yukarı doğru büyümeye devam etti. İki yüzeyin farklı yönlerde büyümesi, aralarında bir çatışma oluşmasına neden oldu. Roeder, bu durumun sıkışma ve kırışıklığın ortaya çıkmasına katkı sağladığını belirtti.

Sertlik açısından bakıldığında normal bitkinin iç ve dış çanak yaprağı yüzeyleri benzer sertlikteydi. Mutant bitkide ise dış yüzey yumuşakken iç yüzey daha sert durumdaydı.

Sertlik ve yön yeniden düzenlendi

Araştırmacılar, mutant bitkideki sorunu düzeltip düzeltemeyeceklerini ve problemin hücrelerin büyüme yönü ile yüzeylerin sertliğinin birleşiminden kaynaklanıp kaynaklanmadığını test etti.

Ekip, genetik bir yöntem kullanarak tüm büyümenin yeniden yukarı doğru yönlendirilmesini sağladı. Bu müdahalenin ardından çanak yapraklarda artık burkulma meydana gelmedi. Aynı zamanda iç ve dış hücre katmanları arasındaki sertlik farkı da ortadan kalkarak daha uniform bir yapı oluştu. Roeder, uygulamanın hem sertliği hem de büyüme yönünü düzelttiğini ve bunun sonucunda burkulmanın ortadan kaldırıldığını belirtti.