Bitkilerde Ploidi ve Çekirdeksizlik İlişkisi – Karpuz Örneği

Yazan: Atakan Şahin

Düzenleyen: Ümit Sözbilir & Alper Topal

Özet: Çekirdeksiz meyveler, son yıllarda dünyada ve ülkemizde yükselişte olan bir tercih hâline geldi. Özellikle karpuz, bu akıma öncülük eden meyvelerden biri. Alışık olmadığımız görünüşü ile çekirdeksiz karpuz, insanlara daha kolay bir yeme deneyimi sunuyor. Bu yazıda, çekirdeksiz meyve üretiminin farklı yollarına değinerek çekirdeksiz karpuz üretimindeki uygulamalar ve ardında yatan biyolojik temeller ele alınmıştır.

Çekirdeksizliğe Giriş

Meyve, normal şartlarda yumurta hücresinin sperm tarafından döllenmesi sonucu oluşan ve içerisinde soyun devamı amacıyla tohum barındıran bitki organı olsa da bazı bitkilerde döllenme olmaksızın meyve oluşumu bilinen bir gerçektir. Bitki biliminde bu durum, Alman Botanikçi Fritz Noll tarafından 1902‘de “Partenokarpi“ olarak adlandırılmıştır [1]. Bu terim Yunancada “bakire meyve” anlamına gelir [2]. Partenokarpinin, muz ve incir gibi bazı meyvelerin kültüre alınma sürecinde de rol oynadığı düşünülmektedir [3] [4].

Çekirdeksizliğin bir başka sebebiyse kromozom seviyelerindeki dengesizliklerdir. Muz örneğini inceleyecek olursak bugün tüketilen muzların çoğu çekirdeksiz triploid partenokarpik muzlardır yani 3 set kromozomları vardır ve bu meyveler tohum yoluyla değil, klonlama yoluyla çoğaltılırlar [5]. Triploidlerde mayoz bölünme sırasında homolog kromozomların her üçlüsü iki kardeş hücreye rastgele olarak atılır ve farklı kromozom sayılarına sahip (anöplioidi) kısır gametler üretirler [6]. Çift sayıda olmayan kromozom set sayısı, meyvenin çekirdeksiz olmasına sebep olur.

Çekirdeksiz karpuzda kullanılan yöntem de triploid tohum üretimine dayanır.

Ploidi Seviyesinin Bitki Islahında Kullanımı

Triploid hat üretiminin detayına girmeden önce, ploidi seviyesinin bitki ıslahındaki önemini ve kullanım alanlarını anlamak gerekir.

Ploidi seviyesi, bir somatik¹ hücredeki kromozom seti sayısı anlamına gelir [8]. Haploid bir hücrede tek set kromozom varken diploid hücrede 2 set, triploid hücrede 3 set, tetraploid hücrede ise 4 set kromozom vardır. Poliploidlik ise hücrenin kromozom seti sayısının ikiden fazla olması durumudur.

Poliploidi, evrimsel süreçte çeşitlilik yaratan önemli bir mekanizmadır. Doğada bitkilerde sıklıkla rastlanan poliploidlik, ıslahçılar tarafından yapay olarak da oluşturulmaktadır. Poliploitlik; bitki organlarında büyüme, zararlı mutasyonları tamponlama ve heterosisi artırma gibi durumlarla sonuçlanır [9].

Ploidi seviyesine bazen de melezleme bariyerini kırmak için müdahale edilir. Bazı durumlarda farklı ploidi seviyesine sahip bitkiler melezlenemez, bu gibi durumlarda poliploidler, farklı ploidi seviyesine sahip bitkiler arasında gen aktarımı için bir köprü görevi görür.

Poliploidinin örnek etkileri aşağıdaki şemada verilmiştir. [9]

Şemada görülen “allopoliploidi”, farklı genomların bir araya gelmesine; “otopoliploidi” ise tür içindeki genom sayısının katlanarak artmasına denir. Bu bağlamda, tetraploid tritikale melezinin elde edilmesinde iki farklı genom (buğday ve çavdar) kullanıldığı için tritikale allotetraploid bir bitkidir. Çekirdeksiz karpuzun kendisi veya üretiminde kullanılan tetraploid karpuz ise dışarıdan genom almadığı için otopoliploidlerdir.

Kolşisin ve Kromozom Katlama

Kolşisin, Güz Çiğdemi (Colchicum automnale L.) bitkisinden elde edilen ve oldukça zehirli olan bir kimyasaldır. Bitki bilimciler tarafından kromozom sayısını iki katına çıkarma amacıyla yaygın olarak kullanılır. Bu kimyasal, mitoz bölünmede metafazdan anafaza geçiş sırasında iğ iplikçiklerinin oluşmasını engeller. Bu sayede, iki katına çıkmış kromozomlar farklı kutuplara çekilemez ve bir hücre içerisinde normalde olması gerekenin iki katı kromozom olur. Bu uygulama, hayvan hücrelerinde ölümcül olabiliyorken bitki ıslah çalışmalarında sıklıkla kullanılır. [11]

Ek olarak; kolşisin, FDA onayıyla 2009 yılından beri gut ve Akdeniz ateşi hastalıklarına karşı kullanılmaktadır [12].

Çekirdeksiz Karpuz Üretimi

Japon Genetikçi Hitoshi Kihara, 1939 yılında başladığı çalışmalarının meyvesini 1951 yılında Proceedings of the American Society for Horticultural Science dergisinde “Triploid Watermelon” isimli makaleyle duyurmuştu [13]. Bugün market raflarında görülen çekirdeksiz karpuzların üretiminde çoğunlukla Kihara’nın kullandığı tetraploid anne ile diploid baba hattının melezlenmesi yöntemi kullanılır.

Bu yöntem 3 ana aşamadan oluşur. Diploid hat seçimi, tetraploid hat üretimi ve hibrit üretimi [14].

Diploid hat seçimi: Diploid hat seçiminde karpuzun istenen kalite özelliklerine ek olarak dış kabuk renk ve desenine dikkat edilir. Dış kabuk rengi, melezlemeler sonucunda elde edilen karpuzları seçmede bir morfolojik markör² olarak kullanılır. Eğer tetraploid hatlar gri kabuğa sahip olursa, diploid hat ile melezlendikten sonra triploid ploidi seviyesine sahip karpuzlar diploidlerle aynı renge sahip olmaktadır. Gri renk görülen karpuzlar ise tetraploid bitkinin kendi kendine döllenmesi sonucu oluştuğu için rengi gri olacak, triploid çekirdeksiz olmayacaktır. Bu morfolojik markör, laboratuvar ortamına gerek kalmaksızın bitkiyi sahada seçmeye yardımcı olur, ıslahın temel aşamalarından olan seçme aşamasında ıslahçıya kolaylık sağlar.

Tetraploid hat üretimi: Normal şartlarda diploid olan bitkiden tetraploid bitki üretiminde kullanılan yaygın yöntem kolşisin kullanımıdır. İğ ipliklerinin oluşumunu engelleyerek mitoz bölünmeyi manipüle eden kolşisin, mitozun anafaz evresinde kromozomların ayrılmasını engelleyerek hücredeki kromozom set sayısının iki katına çıkmasına sebep olur. Kolşisin, bitki fide dönemindeyken sürgün ucuna³ uygulanır.

Tetraploidinin tespiti farklı yollarla yapılabilir. İlk şemada da söylendiği gibi, kromozom set sayısındaki artış bitki organlarının daha büyük olmasına sebebiyet verir. Daha net sonuç veren bir yöntem ise mikroskop yardımı ile kromozomların sayılmasıdır. Bir başka yaygın yöntem de yine mikroskop aracılığıyla stoma bekçi hücrelerindeki kloroplast miktarının sayımıdır. Tetraploidlerde, bu hücrelerdeki kloroplast sayısının iki katına çıkması beklenir.

Kolşisin uygulanarak elde edilen tetraploid bitkiler, kendi kendine tozlaştırılır ve eldeki tetraploid tohum sayısı arttırılır. Daha sonra eldeki tetraploid bitkiler ana, diploid bitkiler de baba olarak kullanılarak çapraz tozlaşma sağlanır. Bu melezleme sonucu oluşan tohumlar ise triploid çekirdeksiz hibrit olmaktadır.

Sonuç

Tohum, bitkilerin eşeyli üremesinin olmazsa olmaz bir parçasıdır. Fasulye, nohut, pirinç, kahve gibi birçok bitkide çekirdekler doğrudan tüketim amacıyla kullanılsa da meyvelerin içindeki çekirdekler tüketici açısından istenmeyen bir özellik olabilir. Bu sebeple bazı meyveleri çekirdeksizleştirme çalışmaları ıslahçılar tarafından yürütülmektedir.

Çekirdeksiz meyveler yaygın olmasa da doğada bulunabilir. Yapay yollarla üretilen çekirdeksiz meyveler GDO (Genetiği Değiştirilmiş Organizma) olmadığı gibi genetik mühendisliği tekniklerine de dayanmaz. Doğada her an gerçekleşmekte olan tozlaşmanın kontrollü koşullar altında ıslahçı tarafından gerçekleştirilmesi, bir tozlayıcı böceğin bitkilerin döllenmesine katkı sağlaması kadar doğaldır. Ek olarak burada dikkat edilmesi gereken nokta şudur ki oldukça zehirli bir kimyasal olan kolşisin; ne triploid çekirdeksiz karpuzla, ne tetraploid ana bitki ile ne de diploid baba bitki ile doğrudan temas eder.

¹ “Somatik” kelimesi, “vücut” anlamına gelen Yunanca “soma“ kelimesinden türetilmiştir. Bu nedenle, bir organizmanın tüm vücut hücreleri -sperm ve yumurta hücreleri, bunların ortaya çıktığı hücreler (gametositler) ve farklılaşmamış kök hücreler dışında- somatik hücrelerdir [10].

² Markör: Bitki ıslah ve genetiğinde bir bitkiyi diğerlerinden ayırma amacıyla kullanılan moleküler, biyokimyasal veya morfoljik olmak üzere 3 belirteç çeşidi vardır. Bu belirteçler “markör” olarak adlandırılmaktadır. Morfolojik belirteçler, bir bitkinin belirli tür veya cinsine özgü fenotipik karakterlerdir [15].

³ Bitkilerin değişik uzunluk ve büyüklükteki, genellikle yapraksız, küçük filiz ve dalcıkları. (Veteriner Hekimleri Sözlüğü, 2017).