Katalog

OENETİK BİLİM Bakteriler: Doğal genetik mühendisler Tek hücreli mikroorganizmalardan olan bakteriler çıplak gözle görülmesi mümkün olmayan, ışık ve elektron mikroskobu gibi optik aletlerle görülebilen küçük canlılardandır. Aralannda yararlı olanlan olduğu gibi insan, hayvan ve bitkiterde hastalık oluşturanlan da vardır. Mukadder Kıyım, N. Kemal Koç* (itkılerde hastalıklara neden olan |bakterilerden birisi de Agrobacteri'um cinsi bakterilerdir. Bitkilerde oluşturduğu hastalıklar nedeniyle bitki patologları bir taraftan bunlarla mücadele imkânlannı araştırırken, diğer taraftan bitki biyoteknolojisınde son yıllardaki akıllara durgunluk veren gelişmeler sayesinde bu mıkroorganizmalar bitki genetik mühendislerinin gözde canljları haline v gelmiştir. Agrobacterium toprak kökenli bitki patojen bir bakteri grubu olup, bu cins içerısinde yer alan Agrobacterium tümefaciens meyve ağaçlarında, bazı orman ve park süs bitkilerinın kök ve kökboğazında, asma kollarında Crovvn gall adı verilen tümörler oluşturarak bitkinin ölümüne yol açar (Resim a,b). A. rhizogenes ıse bitkıye girdiği yerde bitkinin hormonal dengesinı bozarak bir bitki hastalığı olan saçak köklerin oluşumuna neden olur. (Resim c). Bitkilerde oluşturduğu hastalıklar açısından oldukça önemli bir patojen grubu olan Agrobacterium'un genetik mühendislığindeki önemı tümör ve saçak köklere neden olan 200 kb (200.000 baz çifti) büyüklüğünde plazmid adı verilen DNA halkalarına sahip olmasından kaynaklanmaktadır. (Şekil 1). A. tümefaciens'in bünyesındekı plazmidlere Ti (tü mör teşvik eden) A. rhizogenes'in bünyesindekilere ise Ri (kök oluşumunu teşvik eden) plazmidleri adı verilir. Hastalık etmeni bu bakterilerin bitki hücresine saldırmasıyla birlikte bakteri ile bitki arasında özel bir ıletişim başlar (Şekil 2). Bu iletişim bakterınin kendi kromozomları üzerinde bulunan genler tarafından teşvik edilir. Bakterınin bitki dokusuna girmesinden sonra yaralı bitki hücrelerinden asetosiringon gibi fenolik bileşıkler salgılanarak plazmid üzerinde bulunan virulens genlerin aktivitesı teşvik edilir. Sonuçta bakteri plazmidi üzerinde bulunan TDNA'dan (gen) tek sarmal yeni gen (TDNA) sentezlenır ve daha sonra bunlar bir protein kılıf ile kaplanarak bakteri hücresinin plazma zarındaki boşluklardan bitki hücresine geçer. Bu şekılde bitki hücresinin çekirdeğine giren gen, bitki kromozomuna bir veya birkaç kopya halinde tesadüfi olarak yerleşir ve sonuçta bakteri türüne bağlı olarak bitki b) Ti plazmid içeren Agrobacterium tümefaciens'in A281 ırkıyla tütün yapraklarına gen aktanldıktan sonra gelişen tümörler (Ç.Ü. Ziraat Fakültesi, Bitki Koruma Bölümü çalışmalanndan). a) Agrobacterium tümefaciens'ln meyve ağaçlannın kök boğazında oluaturduğu tümörler. edilen lusiferinin transgenik (gen aktarılmış) dokularda çevreye ışık vermesi nedeniyle 19861987'lı yıllarda bunun işaretleyici gen olarak kullanımı buyük bir yankı yapmıştı. Ancak pahalı olması ve saptama analizlerinin zorluğu nedeniyle bunların kullanımı sınırlı kaldı. Günümüzde ise lusiferine göre daha ucuz ve analizi kolay olan bglukurinidaz (GUS) enzimini kodlayan uidA geni yıne bir bakteri olan E. coli' bakterisinden izole edilmış olup, bitkiye gen aktarma çalışmalarında kullanılan en popüler işaretleyici genler arasına girmiştir. Bu geni içeren dokular yapılan uygulamalar sonucunda mavi renk oluşturmakta ve bu suretle de gen aktarımı yapılmış hücre, doku ve bitkilerin seçimı mümkün olmaktadır (Resim.f). Tümör oluşturma özelliği çıkartılmış bakteriler ve ölçülebilir işaretleyici genlerin gelıştirilmesi sayesinde Agrobacterium aracılığıyla birçok çift çenekli (dikotiledon) bitkilere gen aktanmı kolaylaştırıl / • , " c) Ri plazmldi içeren Agrobacterium rhizogenes'in AriOOO ırkı ile tütün yapraklanna gen aktanldıktan sonra gelişen saçak kökler. (Ç.Ü. Ziraat Fakültesi Bitki Koruma Bölümü çalışmalanndan) d) Agrobacterium tümefaclens'in Disarmed C58 ırkıyla kanamisin antibiyotiğine dayanıklılık geninin aktarımı sonunda bu antibiyotiğe dayanıklı tütün bitkicikleri. (Ç.Ü. Ziraat Fakültesi Bitki Koruma Bölümü çalışmalanndan) 427 12 e) Kanamisine dayanıklılık geni aktanlmış transgenik tütün bitkileh (Ç.Ü. Ziraat Fakültesi Bitki Koruma Bölümü çalışmalanndan). dokusunda aktarılan bu genden dolayı tümör veya saçak kökler gelişir. Bu yöntem bitkılere gen aktarımı için 1980'li yılların başında kullanılmaya başlanmış; ancak, biiinçli olarak bıtkiye gen aktarımındaki ilk girişimler bakteri tarafından bitkıye aktarılan TDNA'ya yeni genlerin eklenmesiyle geçerlilik kazanmıştır. Son gelişmeler, bitki hücrelerınde tümör oluşumunu önleme dogrultusunda olmuştur. Bu amaçla, TDNA'dan tümör oluşumuna neden olan oksin ve sitokinin sentezleyen genler çıkartılarak bunların yerine tarımsal açıdan önemlilik arzeden genlerin (DNA fragmentlerinin) yerleştirilmesiyle disarmed (tümör oluşturmayan) bakteriler geliştirilmiştir. Disarmed bakteriler kullamlarak gen aktarımı yapılmış hücreler bitki büyüme regülatörlerinin yokluğunda gelişme yeteneğınde olmadıkları içın bunları seçmek oldukça zor olmaktadır. Bu nedenle bakteri ıçerisınde bulunan tümör oluşturma özelliği çıkartılmış plazmidlere eklenen genlere ilave olarak bazı antibiyotiklere ve herbısıtlere dayanıklılığı sağlayan, seçılebilir veya ölçülebilir işaretleyici genler yerleştirilerek transgenik hücre, doku ve bıtkılerin seleksiyonu kolaylaştırılmıştır (Resim d,e). ölçülebilir işaretleyici genlerin en önemli özelliği transgenik bitkilerde enzimatık reaksıyonlarla ölçülebilmesi ve saptama analizlerinin kolay olmasıdır. Bitki gen transferı çalışmalarında kullanılan çok sayıf) GUS aktivrtesiyle kanamisine dayanıklı transgenik tütün da işaretleyici genler bubitkisinde transformasyonun gerçekleştiğinin kanıtlanlunmaktadır. Bu genlerması. (Transgenik dokular uygulama sonucunda mavi den bırısı olan ateşböceğı renk alır.) (Ç.Ü. Ziraat Fakültesi Bitki Koruma Bölümü ve bazı bakterilerden izole çalışmalanndan.)