Su olmadan ekinleri nasıl yaşatabiliriz?

Dünya nüfusu arttıkça ve iklim değişiminin etkileri daha net ortaya çıktıkça, daha fazla insanı daha az tarıma elverişli araziyi kullanarak beslemek zorunda kalacağız. Moleküler biyolog Jill Farrant buna yardımcı olabilecek seyrek görülen bir olguyu araştırıyor: "Dirilen bitkiler" -- âdeta ölümden dönen süper dayanıklı bitkiler. Daha sıcak, daha kuru dünyamızda gıda üretimi için umut vadediyorlar mı?

Bir şekilde dünyada gıda güvenliği
sağlayacak olan,

kuraklığa son derece dayanıklı tahıl
yetiştirilmesinin sırrının

son derece kurak durumda, bu resimde

görüldüğü gibi, dirilen bitkilerde
olduğuna inanıyorum.

Bu bitkilerin oldukça ölü göründüğünü
düşünüyor olabilirsiniz,

fakat değiller.

Onlara su verdiğinizde,

12 ila 48 saat içerisinde dirilecek,
yeşerecek ve büyümeye başlayacaklar.

Şimdi neden kuraklığa dayanıklı

tahıl üretiminin gıda güvenliği
sağlayacağını iddia edeyim?

Pekâlâ, dünya nüfusu şu an
7 milyar civarındadır.

2050 yılına kadar 9 ila 10 milyar

arasında olacağı tahmin edilmektedir.

Bu büyümenin çoğu Afrika'da olacaktır.

Dünyadaki gıda ve tarım kuruluşları

oluşacak bu talebi karşılamak için

mevcut tarımsal faaliyetlerin
yüzde 70 oranında

artışını önermektedirler.

Bitkilerin gıda zincirinin altında
olduğu düşünülünce

bunların çoğunun bitkilerden
gelmesi gerekir.

Bu yüzde 70 oranda

iklim değişikliğinin olası etkileri
göz önünde bulundurulmamıştır.

Bu, Dai tarafından 2011 yılında
yayınlanan bir çalışmadan alınmıştır,

burada iklim değişikliğinin

tüm olası etkilerini göz önünde

bulundurarak ifade etmiş --
diğer şeyler yanında --

yağmurun olmaması veya seyrek olması
yüzünden artan çoraklık.

Burada kırmızı ile görülen alanlar

son zamana kadar

çok başarılı bir şekilde tarım
için kullanılıyordu,

fakat kuraklık nedeniyle artık
kullanılamıyor.

Bu durumun 2050 yılında
olması öngörülüyordu.

Afrika'nın çoğu bölgesinde,
aslında dünyanın

birçok bölgesinde durum kötü olacak.

Gıda üretimi için birtakım akıllıca
yollar düşünmek zorunda olacağız.

Bunlar arasında tercihen
bazı kuraklığa dayanıklı tahıllar var.

Afrika hakkında
hatırlanacak bir diğer şey de

tarımlarının çoğunluğunun
yağmura dayanmakta olduğu.

Kuraklığa dayanıklı tahıllar elde etmek
dünyanın en kolay işi değil.

Bunun nedeni ise sudur.

Su gezegenimizde yaşam
için vazgeçilmezdir.

Mikroptan, size ve bana kadar,

yaşayan, aktif olarak metabolize
olan tüm organizmalar

baskın olarak sudan oluşmaktadırlar.

Tüm hayat reaksiyonları suda olur.

Suyun küçük bir miktar kaybı
ölümle sonuçlanır.

Bizlerin yüzde 65'i sudan oluşmaktadır --

bunun yüzde 1'ini
kaybettiğimizde ise ölürüz.

Fakat bundan kaçınmak için davranışsal
değişiklikler yapabiliriz.

Bitkiler yapamazlar.

Onlar toprağa sıkışmış durumdadırlar.

İlk başta bizden biraz
daha fazla suya sahiptirler,

yaklaşık yüzde 95 kadar su

ve bizden biraz daha
fazlasını kaybedebilirler,

türüne göre sadece kısa bir süreliğine

yaklaşık yüzde 10 ila 70 kadar.

Çoğu ya su kaybına direnecek
ya da önleyecektir.

Çok dirençli olanlara örnek olarak

sukulent (su depolayan bitkiler)
verilebilir.

Küçük ve çok çekicidirler,

ama sularını öylesine büyük
bir bedelle tutarlar ki

son derece yavaş büyürler.

Su kaybını önleyenlere örnek
ağaçlarda ve çalılarda bulunabilir.

Çok derinlere köklerini gönderip

yer altındaki su tedariklerini bulurlar

ve durmadan içlerinden dolaştırıp

kendilerini sulu tutarlar.

Sağdakine "baobab" adı verilmektedir.

Baş aşağı ağaç adı da verilmektedir,

nedeni ise köklerin sürgünlere
oranı öylesine fazladır ki

ağaç sanki baş aşağı
dikilmiş gibi görünür.

Elbette kökler o bitkinin
sulu kalması için gereklidir.

Muhtemelen en çok görülen kaçınma
stratejisi bir yıllık bitkilerde bulunur.

Bir yıllıklar bitki besin tedariğinin
çoğunluğunu oluştururlar.

Ülkemin batı kıyılarında

yılın büyük bir bölümünde bitki örtüsünün
büyüdüğünü görmezsiniz.

Ama bahar yağmurları gelince,
bunu elde edersiniz:

Çölün çiçek açması.

Bir yıllıkların stratejisi

sadece yağmurlu mevsimde büyümek.

Mevsim sonunda kuru,

yüzde 8 ila 10'unun su olduğu,

ama canlı bir tohum üretirler.

Kuru ve hâlâ canlı olan bir şeye

kurumaya toleranslı denir.

Kuruma durumunda

tohumların yapabildiği şey
aşırı ortamlarda

çok uzun süre durmak.

Bir dahaki sefere yağmurlu
mevsim geldiğinde,

filizlenirler ve büyürler,

bütün döngü yeniden başlar.

Kurumaya toleranslı tohumların
evriminin çiçeklenen bitkilerin

ya da kapalı tohumlu bitkilerin toprakta

kolonileşmesine ve yayılmasına
yol açtığına inanılıyor.

Ancak ana besin kaynağımız olarak
bir yıllıklara dönelim.

Buğday, pirinç ve mısır bitkisel besin
kaynağımızın yüzde 95'ini oluşturur.

Bu çok iyi bir stratejiydi,

çünkü kısa zamanda çok fazla
tohum üretebilirsiniz.

Tohumlar enerji yönünden zengindir,
yani besin kalorisi çoktur,

kıtlık zamanları için bolluk
zamanında depolayabilirsiniz,

ama bir dezavantajı var.

Bir yıllıkların

bitkisel dokuları, kökleri ve yaprakları

kalıtımsal direnç,

kaçınma ve tolerans özellikleri
açısından çok fazla şeye sahip değildir.

Onlara ihtiyaçları yoktur.

Yağmurlu mevsimde büyürler ve

yılın geri kalanında hayatta kalmalarına
yardımcı olmak için tohumu vardır.

Tarımda ekinlerin daha iyi
direnç, kaçınma ve tolerans

özellikleri olmasını sağlamak için

toplu çabalara rağmen --

özellikle de direnç ve kaçınma,

çünkü bunların nasıl işlediğini anlamak
için iyi modellerimiz vardı --

hâlâ bunun gibi görüntüler alırız.

Afrika'daki mısır ekininde

iki haftalık yağmursuzluk

ve ölüler.

Bir çözümü var:

Dirilen bitkiler.

Bu bitkiler yüzde 95 kadar hücresel
sularını kaybedebilirler,

kuru, ölüye benzer durumda aylar
veya yıllar boyunca kalabilirler,

onlara su verdiğinizde,

yeşerirler ve tekrar büyümeye başlarlar.

Tohumlar gibi bunlar da
kurumaya toleranslıdır.

Tohumlar gibi aşırı çevresel
koşullara dayanabilirler.

Bu gerçekten nadir bir olgu.

Bunu yapabilecek sadece 135
çiçek açan bitki türü vardır.

Size sırayla bu üç türün

dirilme süreciyle ilgili

bir video göstereceğim.

En altta

ne kadar hızlı olduğuna dair
bir zaman ekseni görebilirsiniz.

(Alkış)

Oldukça harika, değil mi?

Son 21 senemi bunu nasıl yaptıklarını
anlamaya çalışarak harcadım.

Bu bitkiler ölmeden nasıl kuruyor?

Birçok sebeple sulu ve kurumuş hâlleri

burada gösterilen farklı türde
dirilen bitkiler

üzerinde çalıştım.

Bunlardan birisi, bu bitkilerin
her biri kuraklık toleranslı

yapmak istediğim bir tahıl için
bir model teşkil ediyor.

Örneğin, en üst solda çim var,

"Eragrostis nindensis" adı verilir,

"Eragrostis tef" adında
yakın bir akrabası var --

çoğunuz "teff" olarak bilebilirsiniz --

Etiyopya'da temel bir gıdadır,

glutensizdir

ve kuraklığa dayanıklı
yapmak istediğimiz bir şey.

Birçok bitkiye bakmamızın
bir diğer sebebi,

en azından başında,

şunu bulmak istedim:
Aynı şeyi mi yapmak istiyorlar?

Bütün o suyu kaybedip ölmemeyi

başarmak için aynı
mekanizmayı mı kullanıyorlar?

Kurumaya toleransı kapsamlı
olarak anlamak için

sistem biyolojisi yaklaşımı

denen şeyi benimsedim,

ki bununla molekülden

bitkinin tamamına ekofizyolojik
seviyede her şeye bakarız.

Örneğin, kurudukça bitkinin

anatomisindeki değişim ve ince yapı

gibi şeylere bakarız.

Transkriptoma bakarız,
ki bu kurumaya karşı

açılıp kapanan genlere

baktığımız teknoloji için bir ifadedir.

Çoğu gen proteinler için kodlayacaktır,
bu yüzden proteoma bakarız.

Kurumaya karşı proteinler ne yapar?

Bazı proteinler metabolitleri oluşturan
enzimler için kodlayacaktır,

bu yüzden metaboloma bakarız.

Bu önemlidir, çünkü
bitkiler yere çakılıdır.

Çevrenin tüm stresinden
kendilerini korumak için

çok iyi ayarlanmış kimyasal bir depo
dediğim şeyi kullanırlar.

Yani kurumaya dâhil olan

kimyasal değişikliklere bakmamız önemli.

Yaptığımız son araştırmada
moleküler seviyede

lipidoma bakıyoruz --

kurumaya karşılık olarak lipit değişiyor.

Bu da önemli,

çünkü tüm biyolojik membranlar
lipitlerden oluşmuştur.

Membran olarak tutulurlar,
çünkü suyun içindeler.

Suyu alırsanız, bu membranlar bozulur.

Lipitler genleri açmak için
sinyal olarak da davranır.

Sonra esasında diğer
çalışmalarımızda keşfettiğimiz

varsayılan koruyucuların
fonksiyonunu anlayabilmek için

fizyolojik ve biyokimyasal
çalışmaları kullanıyoruz.

Sonra da bitkinin doğal çevresiyle nasıl

başa çıktığını anlayabilmek için
tüm bunları kullanıyoruz.

Biyotik bir uygulamaya anlamlı
önerilerde bulunmak için

kurumaya tolerans mekanizmasını

kapsamlı olarak anlamaya ihtiyacım
olduğu felsefesine hep sahiptim.

Eminim bazılarınız şöyle düşünüyor,

"Biyotik uygulamayla

genetik olarak değiştirilmiş
tahılları mı kastediyor?"

Bu soruya cevap şu:

Genetik değişiklik
tanımınıza göre değişir.

Bugün yediğimiz tüm mahsuller,
buğday, pirinç ve mısır

atalarına göre genetik
olarak hayli değiştirilmişlerdir,

ama onları genetik olarak
değiştirilmiş saymayız.

Çünkü geleneksel üretimle
üretilmektedirler.

Eğer dirilen bitkilerin genlerini
tahıllara koyacağımı düşünüyorsanız,

cevabım evet.

Zaman içinde bu yaklaşımı denedik.

Daha da önemlisi, UCT'de
bazı işbirliği yaptığım kişiler,

Jennifer Thomson, Suhail Rafudeen

bu yaklaşıma önayak oldular

ve size yakında bazı veriler göstereceğim.

Ancak son derece hırslı
bir yaklaşıma girişmek üzereyiz,

ki her tahılda hâlihazırda mevcut olan

gen takımının hepsini açmayı hedefliyoruz.

Çok kurak koşullarda hiç açılmadılar.

Bunlara genetik modifiyeli

denip denmemesine karar vermeyi
size bırakıyorum.

Şimdi size bu ilk yaklaşımdan
bazı veriler sunacağım.

Bunu yapmak için

genlerin nasıl işlediğini
biraz açıklamam lazım.

Muhtemelen hepiniz biliyorsunuz ki

genler çift sarmallı DNA'dan oluşmuştur.

Vücudunuzdaki veya
bir bitkinin gövdesindeki

her hücrede mevcut olan
kromozomlara sıkıca bağlıdırlar.

Eğer bu DNA'yı açarsanız,
genleri bulursunuz.

Her genin, sadece bir
açma-kapama düğmesi olan

bir başlatıcısı,

gen kodlama bölgesi

ve sonra bu genin sonu olduğunu

ve diğer genin başladığını
belirten bir sınırlayıcısı var.

Başlatıcılar basit açma-kapama
düğmeleri değildir.

Normalde çok fazla
ince ayar gerektirirler,

gen açılmadan önce birçok şey
mevcut ve doğru olmalı.

Biyoteknoloji araştırmalarında
tipik olarak yapılan şey,

nasıl açılacağını bildiğimiz

uyarılabilir bir başlatıcı kullanmak.

Bunu ilgilendiğimiz genle birleştirip

bir bitkiye koyarız ve bitkinin
nasıl cevap verdiğine bakarız.

Size bahsedeceğim çalışmada,

işbirliği yaptığım kişiler dirilen
bir bitkide keşfettiğimiz

kuraklık uyarılmış
başlatıcıları kullandılar.

Bu başlatıcı ile ilgili olarak
güzel olan şey bir şey yapmamamız.

Bitkinin kendisi kuraklığı hissediyor.

Bunu dirilen bitkilerden antioksidan
genleri sürmek için kullandık.

Neden antioksidan genler?

Bütün stresler,
özellikle de kuraklık stresi

serbest radikallerin veya
reaktif oksijen türlerinin

oluşmasıyla sonuçlanır,

ki bunlar oldukça zarar vericidir
ve ekin ölümlerine neden olabilir.

Antioksidanların yaptığı şey,
bu zararı durdurmaktır.

İşte burada Afrika'da çok kullanılan
bir mısır türünden birtakım veriler var.

Okun solunda gensiz bitkiler var,

sağda --

antioksidan genleri olan bitkiler.

Su vermeden geçen üç haftadan sonra,

genleri olanlar çok daha iyi durumda.

Şimdi de son yaklaşım.

Araştırmam, tohumlarda kuruma
toleransı ile dirilen bitkilerin

mekanizmasında dikkat çekici
benzerlikler olduğunu gösterdi.

Bundan dolayı şu soruyu soruyorum,

aynı genleri mi kullanıyorlar?

Ya da biraz farklı ifade edersek,

dirilen bitkiler kökleri ve yapraklarında
tohum kuruma toleransıyla evrilmiş

genleri mi kullanıyorlar?

Dirilen bitkilerin kökleri
ve yapraklarında

bu tohum genleri tekrar mı
görevlendirilmiş?

Bu soruyu grubumda yapılan

bir sürü araştırmanın
ve Hollanda'dan Henk Hilhorst,

Birleşik Devletler'den Mel Oliver
ve Fransa'dan Julia Buitink'ten

oluşan bir grupla yeni yapılan

bir işbirliğinin sonucu
olarak cevaplıyorum.

Cevap evet,

her ikisinde de mevcut
ana gen seti bulunuyor.

Bunu mısır için kabaca göstereceğim,

ki burada kapama düğmesinin
altındaki kromozomlar

kuruma toleransı için gerekli
genlerin tümünü temsil eder.

Mısır tohumları gelişim dönemlerinin
sonunda kuruduklarında,

bu genleri açarlar.

Dirilen bitkiler aynı genleri

kuruduklarında açarlar.

Bundan dolayı tüm modern tahılların

kökleri ve yapraklarında
bu genler bulunmaktadır,

ama bunları hiç açmazlar.

Sadece tohum dokularında açarlar.

Şu an yapmaya çalıştığımız şey,

tahıllarda bu süreci taklit etmek için

dirilen bitkilerdeki
bu genleri açan çevresel

ve hücresel sinyalleri anlamak.

Ve son bir görüş.

Hızlıca yapmaya çalıştığımız şey,

dirilen bitkilerin evriminde doğanın
10 ila 40 milyon yıl kadar önce

yaptığı şeyi tekrar etmek.

Bitkilerim ve ben dikkatiniz
için teşekkür ederiz.

(Alkış)