Bitki ıslahında haploid bitkilerin kullanımı, genetik araştırmalarda önemli bir adımdır. Somatik hücrelerindeki kromozom sayısı, gamet hücrelerindeki kromozom sayısı kadar olan bitkilere haploid bitkiler denir. Bu bitkiler, her bir lokustaki allellerden sadece bir seriyi içerir, bu da onları ıslah çalışmalarında önemli kılar. Haploid bitkilerin homolog kromozomlardan sadece bir takımını içermesi, resesif mutasyonların daha belirgin bir şekilde ortaya çıkmasına olanak tanır. Bu özellik, istenmeyen genetik özelliklerin belirlenmesi ve elenmesi sürecini hızlandırabilir.
Haploid bitkilerin kromozom sayılarının katlanması sayesinde %100 homozigot saf hatlar elde edilebilir. Bu durum, uzun yıllar süren saflaştırma işlemlerini birkaç aya indirerek, ıslah programlarında zaman tasarrufu sağlar. Kombinasyon ıslahı ve F1 hibrit çeşit ıslahı gibi programlarda, bu hızlı saflaştırma süreci zaman açısından önemli avantajlar sunar. Bu gelişmeler, tarım alanında daha dirençli, verimli ve istenilen özelliklere sahip bitkilerin daha hızlı bir şekilde üretilmesine olanak tanır, bu da tarım verimliliğini artırabilir.
İlk Doğal Haploid Bitkiler
1922 yılında Blakeslee ve araştırma grubu, Datura stramonium bitkisinde yaptıkları çalışmada, doğal olarak ortaya çıkan ve ‘haploid’ olarak adlandırılan bir bitkide kromozom sayısının, gamet hücrelerinde bulunması gereken sayıda olduğunu tespit etti. Bu önemli keşif, genetik araştırmalara yeni bir kapı araladı. Ardından, 1929 yılında Kostoff, farklı iki tütün türünün (Nicotiana tabacum x N. langsdorfii) melezlenmesi sonucunda doğal olarak haploid bitkilerin oluştuğunu rapor etti.
Bu bulguların sunulmasının ardından, pek çok bitki türünde doğal partenogenez yoluyla veya çeşitli deneysel tekniklerle haploid bitkilerin oluşumu üzerine yapılan çalışmalar arttı. Haploid bitkiler, bazı bitki türlerinde çeşitli doğal yollarla kendiliğinden oluşabilir. Doğada haploidlerin oluşum yolları beş ana grupta özetlenebilir. Bu doğal süreçler, bitki ıslahı ve genetik mühendislik alanında çeşitli uygulamalara olanak tanıyarak bitki yetiştiriciliği üzerinde önemli etkiler yapmıştır.
Doğada Haploidlerin Oluşum Yolları
Doğada haploidlerin oluşum yolları çeşitli mekanizmaları içerir. İlk olarak, ‘ginogenesis’ adı verilen bir yol, döllenme olmaksızın yumurta hücresinin zigot gibi bölünmeye başlamasıyla haploid bir embriyo oluşturur. Dişi ve erkek eşey hücreleri birleşmese de, embriyo kesesi sekonder çekirdekler ve polen generatif çekirdekleri arasındaki birleşimle embriyonun gelişimi için endosperm oluşur.
Bir diğer yol ise ‘androgenesis’ olarak adlandırılır ve yumurta hücresinin döllenmesinden önce dişi eşey hücresinin çekirdeğinin kaybolması veya inaktif hale gelmesiyle ortaya çıkar. Bu şekilde oluşan haploidler, sadece erkek gametin kromozom takımını içerirler. ‘Semigami’ durumunda, erkek ve dişi eşey hücreleri birleşir, ancak çekirdeksel erime gerçekleşmez ve kimeralı haploid bitkiler meydana gelir. ‘Poliembriyoni’ durumunda ise normal döllenme sonucu zigot bölünmeye başlar, ancak sinerjit hücrelerinden biri ayrılarak haploid bir embriyo oluşturur.
Bu durumda, tohum içinde biri diploid diğeri haploid olan iki embriyo bulunabilir. Beşinci yol olan ‘kromozom eliminasyonu’, yumurta hücresi ile polen generatif çekirdeğinin birleşmesi ve döllenmenin ardından gelişen embriyoda ebeveynlerden birine ait kromozomların eliminasyonuyla haploid bir yapı oluşturur. Bu sürece de ‘kromozom eliminasyonu’ adı verilir.
Yapay Haploid Bitki Üretimi
Yapay haploid bitki üretimi, doğada haploidlerin düşük seviyelerde ve düzensiz olarak ortaya çıkmasından dolayı, ıslah programlarını planlamak ve uygulamak için temel almak zorunlu hale gelmiştir. Doğal haploid oluşumu, türler ve genotipler arasında büyük farklılıklar gösterir ve genellikle %0.1 – 0.001 gibi çok düşük seviyelerde kalmaktadır. Birçok türde ise doğal haploid oluşumu hiç gözlemlenmemektedir.
Doğal çıkışların yetersiz ve düzensiz olması, bitki ıslahçılarını haploidlerin kullanımını istedikleri düzeyde elde etmekte zorlar. Bu nedenle, farklı araştırmacılar tarafından çeşitli yöntemlere başvurulmuştur. Türler arası melezlemeler, tozlamayı geciktirme, sıcaklık şokları, ışınlanmış polenlerle tozlamaya, X ve UV ışınlarına maruz bırakma, çeşitli kimyasalların veya büyüme düzenleyici maddelerin uygulanması gibi yöntemler denense de, günümüzde en etkin ve verimli yöntemler genellikle in vitro tekniklerle gerçekleşmektedir.
Bu tekniklerde, bir türün normal kromozom sayısının yarısına (n) sahip olan eşey hücreleri veya gametleri kullanılarak, o türün gametik kromozom sayısını taşıyan haploid bitkiler elde edilir. Bu sürece “haploidizasyon” denir ve günümüzde bitki ıslahında kullanılan önemli bir stratejidir. Haploid bitkiler, morfolojik yapılara baktığımızda diploidlere göre genellikle daha küçük bir yapıya sahiptirler. Tüm organları içermelerine rağmen, hücre boyutları daha küçük, boyutları daha kısa ve yaprakları dar olan haploid bitkiler, çiçekleri açısından da diploidlere kıyasla daha küçük olma eğilimindedir.
Haploid bitkiler, kromozom sayıları bakımından indirgenmiş gamet yapısını taşıyan bitkilerdir ve bu nedenle gamet oluşturamazlar, tohum bağlayamazlar ve kısırdırlar. Haploid bitkilerin ıslah programlarında kullanılabilmesi için, verimli diploid bitkilere dönüştürülmeleri gerekmektedir. Haploid bir bitkinin kromozomları, kimyasal maddelerin yardımıyla veya spontan olarak katlanarak ait olduğu türün kromozom sayısına (2n) geri getirilir. Bu süreç, mutlak homozigot bitkilerin elde edilmesi amacıyla yaygın olarak ‘dihaploidizasyon’ olarak adlandırılır.
Dihaploidizasyon, bir bitki materyalinin kısa bir süre içinde sabitlenerek, arpa, buğday, mısır, çeltik, kolza, biber, patlıcan, kavun, hıyar, gerbera gibi birçok bitki türünde başarıyla uygulanan bir olgudur. Bu yöntem, ıslah programlarında istenen genotipleri hızlı ve etkili bir şekilde elde etmek için önemli bir araç haline gelmiştir.
Haploid Bitkilerin Sağladığı Avantajlar
Haploid bitkiler, genetik ve ıslah çalışmalarında birçok avantaj sunarak bilim dünyasında önemli bir role sahiptir. Bu avantajları aşağıda sıralayarak inceleyelim:
Hızlı Homozigotluk: Haploid bitkiler, homozigot genotipleri kısa bir sürede elde etme olanağı sunar. Dihaploid hatların kullanımıyla genetik ve ıslah çalışmalarının hızlanması, istenilen sonuçlara daha çabuk ulaşmayı sağlar.
Heterozigotik Sorunları Ortadan Kaldırma: Yabancı döllenen türlerde heterozigot oranının yüksek olması, homozigot hat elde etmek için uzun süreli kendilemeler gerektirir. Dihaploidizasyon yöntemi, homozigot hatlara hızlı bir şekilde ulaşmayı mümkün kılar.
Zorlu Türlerde Homozigotluğa Kolaylık: Dioik türler veya kendileme depresyonu nedeniyle homozigotluğa ulaşmanın zor olduğu bitki türlerinde, dihaploidizasyon yöntemi kullanılarak bu zorluk bir generasyonda çözülebilir.
Uzun Gençlik Kısırlığı Olan Türlerde Etkinlik: Çok yıllık meyve ağaçları gibi uzun gençlik kısırlığına sahip türlerde, haploidizasyon önemli bir avantaj sağlar. Kendilemelerin uzun sürdüğü durumlarda bile, bu yöntemle homozigot bitkiler hızla elde edilebilir.
F1 Hibrit Çeşit Gelişiminde Önemli Rol: F1 hibrit çeşit gelişiminde, dihaploid bitkilerin üstün kombinasyon yeteneği belirlenerek özel bir önem kazanır. Dihaploidler, safhatlarının F1 hibrit çeşit ıslahında ebeveyn olarak kullanılabilir.
Resesif Mutasyonların Ortaya Çıkartılması: Haploidizasyon, resesif mutasyonların daha etkili bir şekilde ortaya çıkartılmasını sağlar. Haploid bitkilerde resesif genler, dominant genler tarafından örtülemez, bu nedenle genetik açılımı izlemek daha basitleşir.
Somatik Hibridizasyon Kolaylığı: Haploid bitkiler, somatik hibridizasyon işleminin diploid protoplastlara göre daha kolay yapılmasına olanak tanır. Ayrıca, iki haploid protoplastın birleşmesi sonucu oluşan ‘diploid’, protoplast kültürü kullanılarak yapılan somatik hibridizasyonun avantajlarını beraberinde getirir.
Islah Etkinliğinin Artırılması: Haploidler ve dihaploidler, sitolojik, fizyolojik ve genetik açıdan önemli deneysel materyallerdir. Islah etkinliğini artırmak için haploidizasyonun sağladığı avantajlar arasında, genotipler arasında iyi bir eliminasyonun olması ve dominans etkisinin azalması yer alır.
Haploid bitkiler, genetik ilerlemeye hızlı ve etkili bir şekilde katkıda bulunarak, bilim dünyasında ve bitki ıslahında önemli bir araç olarak öne çıkmaktadır. Bu avantajlar, bitki yetiştiriciliği ve genetik araştırmalarda daha keskin ve hızlı sonuçlara ulaşma fırsatı sunmaktadır. Haploid bitkilerin yapay olarak elde edilme yöntemlerini bir sonraki yazımızda hep beraber inceleyeceğiz.
