Biomedya - Biyoteknoloji & Yaşam Bilimleri

Salk Enstitüsü ve Cambridge Üniversitesi’nden araştırmacılar eskilere dayanan bu tekniği modern genetik araştırmalarıyla birleştirerek aşılanan bitkilerin, epigenetik özellikleri paylaşabileceklerini gösterdiler. Araştırma, geçtiğimiz hafta Proceedings of the National Academy of Sciences dergisinde yayınlandı.

Salk Enstitüsü Genomik Analiz Laboratuvarı’ndan Joseph Ecker “Aşılama ticari açıdan sürekli yapılan bir şey olsa da, bu iki bitki arasındaki sonuçları tümüyle anlamıyorduk. Fakat yaptığımız çalışma, bir bitkiden diğerine genetik bilgi aktarıldığını gösterdi" diyor.

Bitkiler arasında paylaşılan genetik bilgi DNA değil, aşılanan iki bitki orijinal genomlarını koruyor  fakat epigenetik bilgi ile bitkiler iletişim kuruyor.

Epigenetiklerde kimyasal etiketler bitkinin veya hayvanın DNA’sında genleri açıp kapatabilir. Epigenetikler hücrenin kas veya deri hücresi olmasını belirleyebilir. Böylece bitkinin farklı topraklar, iklimler ve hastalıklara karşı reaksiyonunu değiştirebilir. Yani onu uyumlu hale getirebilir. Araştırmanın yazarlarından Mathew Lewsey “Bu araştırma sayesinde, belki de yetiştiriciler epigenetik bilgiden yararlanarak, bitkileri ve verimi arttırabilir" diyor.

Salk ve Cambridge ekipleri epigenetik bilgi akışını izlemek için küçük RNA moleküllerine yani sRNA’lara odaklandı. Farklı epigenetik proses tipleri olsa da sRNAların katkısıyla DNA metilasyon adı verilen işlemle genler susturulabiliyor. DNA metilasyonunda moleküler işaretçiler DNA boyunca bağlanarak, hücre mekanizmasın moleküler işaretçiler altında gen ifadesi ya da okumasını bloke ediyor. 

Cambridge tarafından yapılan önceki çalışmalarda sRNAların sürgünlerden köklere doğru hareket ettiği gösterilmişti. İşte bu nedenle araştırmacılar Arabidopsis thaliana (Fare kulağı teresi) bitkisinin üç farklı varyasyonunda aşılama deneyi yaptı. Bu iki tür yabani iken, bir tür sRNA’ya sahip olmayan mutant bir türdü.

Her aşılamadan sonra araştırmacılar sürgün ve kök dokusunu analiz ederek DNA metileasyonu değişimlerini farklı genomlarda inceledi. Böylece sRNA’ların sadece yabani tür bitkilerden ilerlediğini, mutant tür sayesinde onayladılar.

“Bu kurulum sayesinde eşsiz bir gözlem yapma şansımız oldu: gerçekten gen çiftine (allele) denk epialleleri aktarıyorlardı,” diyor Lewsey. Allele adı verilen gen türler arasında paylaşılıyor, fakat bireyden bireye değiştiğinden örneğin Huntington hastalığına neden oluyor. Bu doğrultuda araştırmacılar bitkilerin epigenomu boyunca, allelelerin epigenetik prosesler boyunca değiştiği bölgeleri aradı.

Araştırmanın kıdemli yazarlarından David Baulcombe bu yeni bulguların tümüyle beklenmedik olduğunu belirtiyor. Önceleri yapılan küçük çaplı çalışmalar sRNA’ların orta epigenetik değişimler boyunca hareket edebileceğini göstermişti. Binlerce arabidopsis genom bölgeleri sRNA’lar tarafından susturuldu. Epiallelerdeki bu bölgeler incelenerek ipuçları arandı.Genelde epiallelerin genomlardaki transposon adı verilen değiştirilebilir bölgeleri susturduğu gözlendi.

Transposonlar karanlık DNA adı verilen kısmı tamamlıyor ki, genomun büyük kısmında genler kodlanmıyor. Kökende “zıplayan genler” olarak adlandırılan transposonlar genom boyunca aşağı yukarı ilerleyerek, yakınlardaki gen ifadesini etkileyebilirler. Deneydeki sRNA’lar tarafından hedeflenen transposonlar aktif gen bölgelerine çok yakındırlar.

Transposonlardaki bu sessizleşmeye karşın, yabani bitki türleri ve mutant bitkiler arasındaki bu gen ekspresyonu değişimi çok küçüktür. “Bunun A. Thaliana’nın genomunun kompakt doğasından kaynaklandığını düşünüyoruz. Daha uzun genom ve daha aktif transposonlara sahip türlere ilerledikçe daha fazla fark olacağını düşünüyoruz,”diyor Lewsey.

Yeni gen düzenleme teknikleri sayesinde, benzer aşılama türlerini daha karmaşık genomlara sahip mahsullerde denemek mümkün olacaktır. Daha kompleks bitkilerde etkinin yüzlerce kat daha fazla olacağı düşünülüyor.

Kaynak                      : http://www.sciencedaily.com/releases/2016/01/160119153508.htm

Araştırma Referansı  : Mathew G. Lewsey, Thomas J. Hardcastle, Charles W. Melnyk, Attila Molnar, Adrián Valli, Mark A. Urich, Joseph R. Nery, David C. Baulcombe, and Joseph R. Ecker. Mobile small RNAs regulate genome-wide DNA methylation. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2016; DOI: 10.1073/pnas.1515072113