Araştırma, Dünyanın En Hızlı Büyüyen Bitkisini Yakalıyor

Su mercimeği olarak da bilinen Wolffia, bilinen en hızlı büyüyen bitkidir, ancak bu garip küçük bitkinin başarısının altında yatan genetik bilim adamları için uzun zamandır bir gizem olmuştur. Bitkinin genomuyla ilgili yeni bulgular, bitkinin nasıl bu kadar hızlı büyüyebileceğini açıklıyor.

Su mercimeği olarak da bilinen Wolffia , bilinen en hızlı büyüyen bitkidir, ancak bu garip küçük bitkinin başarısının altında yatan genetik bilim adamları için uzun zamandır bir gizem olmuştur. Şimdi, genom dizilemedeki gelişmeler sayesinde, araştırmacılar bu bitkiyi benzersiz kılan şeyleri öğreniyorlar ve bu süreçte bitki biyolojisi ve büyümesinin bazı temel ilkelerini keşfediyorlar.

Salk Enstitüsü’nden bilim adamlarının önderlik ettiği çoklu araştırmacı çalışması, bitkinin genomu hakkında nasıl bu kadar hızlı büyüyebildiğini açıklayan yeni bulgular bildiriyor. Genome Research’ün Şubat 2021 sayısında yayınlanan araştırma, bilim insanlarının bitkilerin büyüme ile diğer işlevler arasında nasıl değiş tokuş yaptığını anlamalarına yardımcı olacak, örneğin kök salmak ve kendilerini zararlılardan korumak gibi. Bu araştırmanın, iklim değişikliğinin ele alınmasına yardımcı olmak için karbon depolamanın artırılması gibi belirli işlevler için optimize edilmiş tamamen yeni tesislerin tasarlanması için çıkarımları var.

Makalenin ilk yazarı ve Salk’ın Bitki Moleküler ve Hücresel Biyoloji Laboratuvarı’nda araştırma profesörü olan Todd Michael, “Maya, bakteri ve solucanlar gibi gerçekten basit organizmalar sayesinde bilimde pek çok ilerleme kaydedildi,” diyor. “Buradaki fikir , bir bitkiyi bitki yapan şeyin temel işleyişini anlamak için Wolffia gibi kesinlikle minimal bir bitki kullanabileceğimizdir.”

Antarktika hariç her kıtada tatlı suda yetişen Wolffia , her bir bitkinin sadece toplu iğne başı büyüklüğünde yüzen minik yeşil tohumlara benziyor. Kökleri yoktur ve sadece yaprak adı verilen tek bir kaynaşmış gövde-yaprak yapısı vardır. Bir yavru bitki anneden tomurcuklandığında mayaya benzer şekilde çoğalır. Günün iki katına çıkma süresi ile bazı uzmanlar Wolffia’nın Dünya’nın artan nüfusunu beslemek için önemli bir protein kaynağı olabileceğine inanıyor . (Güneydoğu Asya’nın “su yumurtası” olarak çevrilen khai-nam olarak bilinen bölgelerinde zaten yenmiştir.)

Wolffia’nın genomundaki hangi adaptasyonların hızlı büyümesini açıkladığını anlamak için araştırmacılar, bitkileri aydınlık / karanlık döngüleri altında büyüttüler ve ardından hangi genlerin günün farklı saatlerinde aktif olduğunu belirlemek için onları analiz ettiler. (Çoğu bitkinin büyümesi aydınlık ve karanlık döngü tarafından düzenlenir ve büyümenin çoğu sabah gerçekleşir.)

Michael , “Şaşırtıcı bir şekilde, Wolffia diğer bitkilere kıyasla aydınlık / karanlık döngüleri tarafından düzenlenen gen sayısının yalnızca yarısına sahiptir” diyor. “Bu yüzden bu kadar hızlı büyüdüğünü düşünüyoruz. Büyüyebileceğini sınırlayan düzenlemelere sahip değil.”

Araştırmacılar ayrıca, bitkilerde savunma mekanizmaları ve kök büyümesi gibi diğer önemli davranış unsurlarıyla ilişkili genlerin mevcut olmadığını buldular. Michael, “Bu bitki ihtiyaç duymadığı genlerin çoğunu attı” diye ekliyor. “Sadece kontrolsüz, hızlı büyümeye odaklanacak şekilde evrimleşmiş görünüyor.”

HHMI Araştırmacısı ve aynı zamanda Salk’ın Genomik Analiz Laboratuvarı yöneticisi ve makalenin yazarlarından biri olan Profesör Joseph Ecker, ” Wolffia genomu hakkındaki veriler, bitkilerin vücut planlarını nasıl geliştirdikleri ve nasıl büyüdükleri arasındaki etkileşime önemli bir bakış açısı sağlayabilir” diyor. “Bu bitki, genlerin farklı biyolojik aktivitelere nasıl katkıda bulunduğu da dahil olmak üzere bitki davranışının temel özelliklerini incelemek için yeni bir laboratuvar modeli olma ümidini taşıyor.”

Michael’ın laboratuvarının bir odak noktası, belirli davranışlar için optimize edilebilmeleri için yeni bitkilerin nasıl geliştirileceğini öğrenmek. Bu çalışma, temel bitki biyolojisi bilgisini genişletmenin yanı sıra mahsulleri ve tarımı iyileştirme potansiyeli sunuyor. Bilim insanları, bitkileri atmosferden karbonu köklerinde daha iyi depolayabilecek hale getirerek, Salk’ın Bitkilerden Harnessing Initiative’in öncülüğünü yaptığı bir yaklaşımla, bitkileri iklim değişikliği tehdidiyle başa çıkmaya yardımcı olacak şekilde optimize edebilir.

Michael , kaderi kontrol eden ağları anlamak için bu basitleştirilmiş tesisi kullanarak bitki gelişiminin genomik mimarisi hakkında daha fazla bilgi edinmek için Wolffia’yı incelemeye devam etmeyi planlıyor .