Bir önceki yazımın devamı olan bu yazı haploid bitkiler hakkında yeni bilgiler vermektedir.Haploid bitkiler, genetik araştırmalarda ve bitki ıslahında önemli bir rol oynayan, homozigotluğun hızlı bir şekilde elde edilmesini sağlayan kritik bir araçtır. Bu makalede, haploid bitkilerin kullanım alanlarına ve haploid bitki üretimi üzerine etkili faktörlere odaklanacağız.
Haploid Bitki Kullanım Alanları
Genetik ve Islah Çalışmalarında Kullanımı: Haploid bitkiler, genetik ve ıslah çalışmalarında önemli avantajlar sunar. Özellikle double haploid hatların kullanılması, genetik araştırmaların ve bitki ıslahının hızlanmasını sağlar. Haploid bitkiler, homozigot genotiplerin hızlı bir şekilde elde edilmesine olanak tanır. Geleneksel yöntemlerle homozigot hat elde etmek için gereken 8-10 generasyonluk süre, haploid bitkilerle bir generasyonda aşılabilir. Bu durum, ıslah programlarının daha hızlı sonuçlanmasını sağlar.
F1 Melez Çeşit Islahında Ebeveyn Olarak Kullanım: Haploid bitkiler, F1 melez çeşit ıslahında ebeveyn olarak kullanılabilir. Double haploid bitkiler, saf hatlar elde etmek için kullanılabildiği gibi, melez çeşitlerin geliştirilmesinde de temel ebeveynleri oluşturabilir. Bu, istenilen genotiplerin daha kontrollü bir şekilde seçilmesini ve çeşitlilik kombinasyonlarının planlı bir şekilde yapılmasını sağlar.
Resesif Mutasyonların Açığa Çıkarılmasında: Haploid bitkiler, resesif mutasyonların belirlenmesi ve anlaşılmasında etkili bir araçtır. Haplodizasyon yöntemi, resesif genlerin dominant genler tarafından örtülemeyeceği haploid bitkilerde, genetik açılımın izlenmesini kolaylaştırır. Bu, genetik varyasyonun daha iyi anlaşılmasına ve istenmeyen mutasyonların belirlenmesine olanak tanır.
Somatik Hibridizasyon İşleminin Kolaylaştırılması: Haploid bitkiler, somatik hibridizasyon işleminin diploid protoplastlara göre daha kolay gerçekleştirilmesini sağlar. İki haploid protoplastın birleşmesi sonucunda diploid bir hücre oluşur, bu da somatik hibrid bitki üretiminde avantaj sağlar. Protoplast kültürü kullanılarak yapılan somatik hibridizasyon tekniğinin dezavantajlarından bazıları, haploid bitkilerle aşılabilir, bu da daha etkili bir genetik mühendislik sürecine olanak tanır.
Kendilemenin Mümkün Olmadığı Türlerde Saf Erkek Bitkilerin Elde Edilmesi: Haploid bitkiler, kendilemenin mümkün olmadığı bazı türlerde saf erkek bitkiler elde etmek için kullanılabilir. Haploid uyartımı ve kromozom katlamasıyla, bu türlerde saf erkek bitkilerin üretilmesi mümkün hale gelir. Bu özellik özellikle özel bitki ıslah programlarında ve genetik çalışmalarda önemli bir araçtır.
Hastalıklara Dayanıklılık Çalışmalarında: Haploid bitkiler, hastalıklara dayanıklılık çalışmalarında in vitro seviyede seçim yapma olanağı sağlar. Bu, farklı patojenlere ve patojenlerin fizyolojik ırklarına karşı dirençli bitkilerin geliştirilmesini kolaylaştırır. Ayrıca, zaman, yer ve maddi kaynaklardan tasarruf sağlayarak hastalıklara dayanıklılık üzerine odaklanan araştırmalara ivme kazandırır.
Gen Haritalarının Çıkarılmasında: Haploid bitkiler, gen haritalarının çıkarılmasında önemli bir rol oynar. Double haploid hatlardan oluşan populasyonlarda heterozigotluk nedeniyle ortaya çıkan ekspresyonların olmaması, işaretleyicilerin (markörlerin) tanımlanmasını daha etkin kılar. Bu, özellikle poligenik olarak kontrol edilen karakterlerin haritasının çıkarılması durumunda büyük kolaylık sağlar. DH hatlarda herhangi bir gen, bitki veya markör seviyesinde 1:1 oranında açılacaktır, bu da gen haritalarının daha doğru olmasını sağlar.
Haploid Bitki Üretimi Üzerine Etkili Faktörler
Anter Kültürü: Anter kültürü, haploid bitkilerin elde edilmesinde temel bir tekniktir. Bu yöntem, anterlerin olgunlaşmamış polen hücreleri içeren tomurcuklardan alınıp in vitro kültür ortamına transfer edilmesini içerir. Bu süreçte, olgunlaşmamış polenlerden haploid embriolar elde edilir. Anter kültürü özellikle Solanaceae familyasındaki bitki türlerinde başarılı sonuçlar vermektedir, ancak günümüzde birçok bitki türünde uygulanabilir.
Genotip: Anter kültüründe kullanılacak genotip, haploid bitkilerin başarılı bir şekilde üretilmesinde önemli bir etkendir. Her genotip için kültür koşullarını optimize etmek, yüksek düzeyde androgenetik yanıt alabilmek için önemlidir. Ayrıca, embriyo oluşturma kapasitesi yüksek genotiplerle düşük olan genotipleri melezleyerek, androgenesis verimliliğini artırmak mümkündür.
Anterlerdeki Çiçektozlarının Gelişme Dönemi: Anterlerin izole edildiği anda çiçektozlarının içinde bulunduğu gelişme dönemi, haploid bitki üretimi üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. İn vitro androgenesis üzerine etkili olan en önemli faktörlerden biri, anterlerin donör bitkiden izole edildiği anda çiçektozlarının içinde bulundukları gelişme dönemidir. Bu nedenle, androgenesis verimliliğini artırmak için çiçektozların olgunlaşmamış polen hücreleri içeren dönemde olması tercih edilir.
Ön Soğuk Uygulaması: Anterlerin içinde bulunan çiçek tozlarına uygulanan ön soğuk uygulamaları, haploid bitki üretimi üzerinde olumlu bir etkiye sahiptir. Alınan tomurcuklar, belirli bir sıcaklık aralığında belirli bir süre boyunca tutularak soğuk şoklara maruz bırakılır. Bu soğuk uygulamaları, anter duvarı üzerinde olumlu etkiler yaparak androgenesis verimliliğini artırabilir.
Besi Ortamı: Haploid bitkilerin üretiminde kullanılan besi ortamı, büyük ölçüde başarıyı etkiler. İlk aşamada gametofitik dokuları sporofitik gelişmeye dönüştürme yönünde uyaracak oksinlerin yanı sıra, bitkiçiğe dönüşüm aşamasında sitokininlerin varlığına da ihtiyaç duyulur. Farklı bitki türleri için önerilen değişik besi ortamları bulunsa da, her türün ihtiyacına uygun bir besi ortamının belirlenmesi zordur.
Yetiştirme Koşulları: Donör bitkinin yetişme koşulları, haploid bitkilerin üretiminde önemli bir faktördür. Bitkilerin yetişme dönemindeki sıcaklık, ışık yoğunluğu, günlük ışıklanma süresi, havadaki CO2 konsantrasyonu ve beslenme koşulları, anterlerin in vitro koşullarda uyartımını etkileyebilir. Bu nedenle, haploid bitki üretimi için optimal yetiştirme koşullarının belirlenmesi önemlidir.
İnkübasyon Koşulları: Anter kültüründe kullanılan inkübasyon koşulları, başarılı bir haploid bitki üretimi için kritiktir. İnkübasyon sırasındaki sıcaklık, nem, ışık ve diğer faktörler, embriyo oluşumu ve rejenerasyon üzerinde etkili olabilir. Optimal inkübasyon koşullarının belirlenmesi, androgenesis verimliliğini artırabilir ve sağlıklı haploid bitki üretimini destekleyebilir.
Haploid Bitkileri Yapay Elde Etme Yöntemleri
Kromozom Eliminasyonu (Embryo kurtarma tekniği)
Türler arası melezleme sonucu oluşan embryoda ebeveynlerden birinin kromozomunun yok olması sonucu haploid embryolar oluşmakta ve bu embryolar in vitro koşullarda gelişmesi sağlanırsa haploid bitkiler elde edilmektedir Bu teknik özellikle buğday ve arpada başarı ile uygulanmaktadır Bu yöntem ilk defa Kasha ve Kao 1970 tarafından arpada ortaya onulmuştur.Dişi gametten hareketli haploid bitki elde edilmesi kapsamında yer alan bir başkateknik kromozom eliminasyonunda hordeum cinsi içersinde yapılan türler arası melezlemeler sonucunda oluşan embryoda ebeveynlerden birine ait kromozomların kaybolması esasına dayanmaktadır
Bu yöntemde kültür arpası H Vulgare 24 14 ile yumrulu arpa H Bulbosum 2 n 14 melezlenmiştir.Bu melezleme sonucunda normal olarak zigot oluşmakta ve tozlanmadan sonra 14 16 gün embryo normal gelişimini sürdürmektedir. Ancak daha sonra embryoda yumrulu arpanın kromozomları elimine olmaya başlamakta ve yaklaşık iki hafta içersinde geriye sadece H. Vulgarenin kromozomlarına sahip haploid bir embryo kalmaktadır.Bu durumda endospermin gelişimi tamamıyla durmakta, embryo ise çok yavaş gelişmektedir.
Gelişmesi yavaş olan bu embryo steril koşullar altında uygun dönemde in vitro kültürde yetiştirilirse normal koşullarda yaşamını sürdürmeyecek olan bu haploid embiryo çimlenerek haploid bitkiler oluşturmaktadır.Daha sonra bu bitkiler kolkisin ile muamele edilerek kromozom sayıları iki katına çıkarılmaktadır.Bu tekniğin herhangi bir ıslah proğramında F 1 bitkilerine uygulandığında klasik yöntemlerle uzun sürede elde edilecek homozigotluk düzeyine 1 yılda erişilebilmektedir Bu teknik kullanılarak Kanada, Amerika ve Yeni Zelanda da üstün özellik gösteren 8 arpa çeşidi geliştirilmiştir
Bu tekniğin yaygın olarak kullanımını engelleyen en önemli factor genotiptir Buğdayda sürdürülen araştırmalarda tetraploid yumrulu arpa baba olarak kullanıldığında melezlenen 100 buğday çiçeğinden 54 haploid embryo elde edilmesine karşılık bu oran diploid baba ile 28 2 olmuştur (Barclay 1975 Hezaploid buğday çeşitleri ile yapılan çalışmalarda bazı buğday genlerinin yumrulu arpa ile döllenmeyi engelledikleri ortaya çıkmıştır. (Sitch ve Snape 1987)Bu teknik üzerinde son yıllarda haploid buğday elde edilmesi amacıyla buğday mısır melezi üzerinde durulmaktadır.
Suenaga ve Nakajima) (Laurie ve Reymondie 1991 19 hekzaploid buğday çeşidi ile yürüttüğü çalışmasında mısır ile yapılan melezlerden yumrulu arpa ile yapılan melezlere göre 3 4 kat daha fazla haploid bitki elde edilmiştir.
Ovul Kültürü Tekniği
Döllenmemiş yumurta hücreleri veya yumurtalıkları in vitro kültürü ile haploid bitkilerin eldesine ovaryun yada ovül kültürleri denilmektedir Bu şekildeki bitki oluşumu artenogenesis olarak adlandırılmaktadır Birçok bitki türünde döllenmemiş yumurta hücresi ve yumurtalığın in vitro kültürü ile haploid bitkilerin elde edilmesi olanağı araştırılmıştır Ancak buteknikte en önemli problem yumurta hücresinden kallus oluştuktan sonra büyüme durmuş ve bitki rejenerasyonu gerçekleşmemiştir.
Ovul yada ovaryum kültürlerinden başarılı sonuçlar elde edilmesi için dikkat edilmesi gereken en önemli noktalardan birisi yumurtalığın lındığıçiçeğin büyüklüğ ü, yani yumurtalığın fizyolojik olarak bulunduğu gelişme dönemidir.Yumurtalığın gelişme dönemini pratik olarak belirleyebilmek için kullanılacak en etkili yöntem aynı çiçek içersinde bulunan anterlerdeki mikrospor gelişim dönemlerini izlemektir Arpada yapılan bir çalışmada, antesisten önceki dönemde, polenlerin tek çekirdekli, iki çekirdekli ve üç çekirdekli olduğu aşamalar aynı çiçekte bulunan yumurtalıklar culture alınmıştır. Bunun yanında arpa, buğday, çeltik, mısır, şeker pancarı ve soğan bitkilerinde ovul kültürü tekniği ile haploid bitkiler elde edilebilmiştir.
Haploid embryo için en elverişli dönemin iki vay üç çekirdekli dönem olduğu belirtilmiştir ..(San Noeum, 1976 Ancak bazı çalışmalarda, buğday ve tütünde aynı çiçeğin polenlerinin tek çekirdekli olduğu dönemde alınan yumurtaların haploid bitkiler oluşturduğu belirlenmiştir (Zhu ve Wu, 1979) Bunun yanında ovul kültürü tekniği haploid bitkilerin elde edilmesinde yaygın olarak kullanılmamaktadır Çünkü bir çok bitkide ovullerden haploid bitki elde etme frekansı oldukça düşüktür.
Çiçektozu Kültürü
Anterlerden izole edilen çiçektozlarının in vitroda kültüre alınması yoluyla haploid bitkiler elde edilmektedir Bu teknik özellikle kolzada başarılı sonuçlar vermiştir Çiçektozu kültürünün anter kültürüne gore bazı avantajları bulunmaktadır.
1. Çiçektozu kültüründe anter duvarları uzaklaştırıldığı için çiçek tozları dışındaki hücrelerden diploid rejeneratların elde edilme şansı azalır
2. Çiçek tozları direk olarak besi ortamına temas ettiklerinden besi ortamından daha iyi yararlanırlar.
3. Anter kültüründe anrterlerden kaynaklanan engelleyici ve toksikmadde problemi ortadan kalkar.
4. Anterlerden kallus oluşumunun önlenmesi sonucu çok daha az kimera bitkiler oluşur.
Anter Kültürü
Günümüzde haploid bitkilerin elde edilmesinde anter kültürü en yaygın kullanılan tekniktir Bu tekniğin diğer tekniklere göre avantajı anter içersinde çok sayıda çiçektozunun bulunması ve uygun bir in vitro kültür sistemi ortaya konduğunda anterlerden çok sayıda haploid bitkilerin üretilmesidir. Anter kültürünün temel prensibi normal olarak erkek gamete oluşturacak olan polen hücresinin gelişmesini durdurmak ve somatic hücrelerde olduğu gibi polen hücresinin direkt olarak bir bitki oluşturmayazorlamaktır.
Anter kültüründe olgunlaşmamış polenleri bulunduran anterlerin, tomurcuklardan alınarak in vitro ortamda yapay besi ortamına transfer edilmesi ve burada olgunlaşmamış polenlerden haploid embryolar elde edilmesi olayına verilen isimdir. Anter kültürü yoluyla normal koşullarda iki çekirdekli yapıya dönüşecek olan polen tanesinin gametik gelişme yönü henüz tek çekirdekli dönemdeyken somatik gelişme yönüne doğru çevrilmekte ve böylece androgenesis olarak adlandırılan oluşum meydana gelmektedir.
