Bilim İnsanları Fotosentezi ve Mahsül Verimini Geliştirmek İçin Bitki Genlerini Ayarlıyor

Dünya ısınıyor. Sadece bu da değil; aynı zamanda gittikçe kalabalıklaşıyor. Bu durum gezegende yaşayan herkes ve herşey için problem yaratıyor. Küresel iklim değişikliği dikkate alındığında, çiftçilerin karşısına iki emsalsiz görev çıkıyor: mahsül daha sıcak ve kuru koşullara dayanabilmeli; ve çiftlikler daha çok insan besleyebilmeli. Sıcak ve kalabalık geleceğimizin türüne az rastlanır sorunlarının aynı şekilde özgün çözümlere ihtiyacı var.

Neyse ki çok geç olmadan araştırmacılar, geçen hafta içerisinde bitkileri genetik seviyede değiştirip güneş enerjisini daha verimli kullanabilmelerini sağlayarak mahsülü arttırmanın bir yolunu bulduklarını duyurdular. Bilim insanları bu gelişmenin çiftçilere, artan nüfusun ihtiyaçlarını karşılamada yardımcı olacağını umuyor.

Projeye katılan araştırmacılardan Krishna Niyogi, Popular Science’a verdiği röportajda “Amacımız bu gelişmenin dünyanın her yerindeki ihtiyaç sahibi çiftçilere ulaşabilmesi. Eski tas eski hamam bitki yetiştirme bizi amaca ulaştırmayacak.” şeklinde açıklamada bulundu.

Tarımsal üretimi geliştirmek için bilim insanlarının önce bitkilerin doğal savunma sistemlerini aşması gerekti. Bitki, üstesinden gelemeyeceği kadar fazla güneş ışığına maruz kaldığında; hücreleri aşırı ışık enerjisi ile baş edebilmek için bir süreç başlatıyor.

Klorofil ışınımın fotokimyasal olmayan sönümü (nonphotochemical quenching of chlorophyll fluorescence ya da NPQ) olarak bilinen bu süreç, bitkinin maruz kaldığı fazla ışık enerjisini ısı olarak salıp, yanmasını engelliyor. Güneş gökyüzünden kayıp bitkilerin üstünü gölgeler kaplarken NPQ yavaşlar. Ancak bu biraz zaman alır ve NPQ’nun yavaşlamaya başladığı süreçte fotosentez de yavaştır.

NPQ zaman içerisinde bitkilerde doğal bir savunma olarak gelişti; ki bu bitkiler için gayet iyi bir durum. Fakat tarım, sadece bitkilerin kendi doğal bitki işlerini yapmasına izin vermek değildir.

Tarım mümkün olan en çok insani kazanç için bitkilerden faydalanmaktır. Dolayısıyla 21. yüzyıl tarımı da hızla artan nüfusun iklim değişikliği etkilerinden kurtulabilmesine yardım etmek için, mahsülün ve çiftçilik yöntemlerinin geliştirilmesi üzerine kurulu.

NPQ’nun tarım için olumsuz tarafı bitkilerin, aldıkları karbondioksidi daha çok şeker (dolayısıyla meyve, sebze, vb.) üretmede kullanabilmesini sağlayacak yüksek miktarda ışık enerjisini kaçırmasıdır. Bu sebeple bilim insanları NPQ’yu değiştirerek kayıp enerjinin bir kısmını daha kullanmanın mümkün olup olmayacağını merak ettiler.

Çeşitli araştırma enstitülerinden bir araya gelen bir grup bilim insanı Nicottiana tabacum (tütün) bitkisinde NPQ ile ilgili genler üzerinde ufak değişiklikler yaparak, bitkinin güneş etkisi geçtikten sonra NPQ’yu çok daha hızlı bir şekilde zayıflatmasının ya da durdurmasının bir yolunu buldu.

Değişiklikler NPQ sürecinin yavaşlatılmasında etkili olan üç proteinin üretimini hızlandırdı. Bilim insanları NPQ’nun zayıflamasını hızlandırarak tütün bitkisinin fotosentetik verimini %15 arttırdı.

O halde bu gelişmeler artık %15 daha çok tütün yetişeceği anlamına mı geliyor? Tabi ki hayır! Niyogi diyor ki; “Elbette amacımız tütün üretimini arttırmak değil. Araştırmada tütünü kullanma sebebimiz laboratuvarda çalışmanın kolay olması ve bitkinin tıpkı gıda ürünlerindekine benzer bir tepe tacı olması.

” Çalışma şu anda bilim insanlarının dünyaya bunun yapılabilirliğini göstermek için tasarladığı bir kavram kanıtlama deneyi. Niyogi’ye göre ekibinin yaklaşımı tüm bitkilerde bulunan genleri ve proteinleri kullandığı için, bu sonuçlar çoğu kültür bitkisine uygulanabilir; özellikle manyok, sorgum ve pirinç gibi küresel temel gıdalara.

Dolayısıyla bu yöntem sonraki araştırmalarda diğer bitkiler için de doğrulanırsa, potansiyel olarak tüm dünyada uygulanabilir ve böylece birçok insanın gıda güvencesine ulaşmasına yardımcı olur.

Çalışma ekibinde olmayan UCLA (University of California at Los Angeles-Kaliforniya Üniversites, Los Angeles) biyokimyageri Sabeeha Merchant LA Times’a verdiği röportajda “Bu muhteşem! Eğer bu çalışma tüm gıda, yem ve yakıt mahsulüne uygulanabilirse; bu tarım ürünlerine önümüzdeki 10 yıl veya fazlasında olacak ihtiyacı karşılama problemini çözecektir.”