Hayvanlar, sürülerini yaklaşan yırtıcılara karşı uyarmak için genellikle oldukça spesifik sinyaller kullanırlar. Şaşırtıcı bir şekilde, bitkiler arasında da benzer davranışlar gözlemlendi. Bu fenomene daha fazla ışık tutan Tokyo Bilim Üniversitesi araştırmacıları, böyle bir mekanizma keşfettiler. Arabidopsis thaliana’yı model sistem olarak kullanan araştırmacılar, otçullardan zarar gören bitkilerin, komşu bitkilerin savunma genlerinde epigenetik değişiklikleri tetikleyen uçucu kimyasal “kokular” yaydığını gösterdiler. Bu genler daha sonra otobur savunma sistemlerini tetiklemektedir.
Vahşi doğada, özellikle yırtıcıları bilinen birçok hayvan türü, kokudan sese kadar çeşitli teknikler kullanarak birbirlerine yakın tehlikeler konusunda sinyal verirler. Şimdi, konuyla ilgili çok sayıda çalışma sayesinde, bitkilerin de bir saldırı tehdidi altında alarm verebileceğine inanmak için nedenlerimiz var.
Önceki çalışmalar, nane bitkilerinin yakınında yetiştirildiğinde, soya fasulyesi ve tarla hardalı (Brassica rapa) bitkilerinin, nane uçucularını “dinlemenin” bir sonucu olarak, yapraklarında savunma genlerini aktive ederek otçul zararlılara karşı yüksek savunma özellikleri sergilediğini göstermiştir. Basitçe söylemek gerekirse, bir otobur saldırısından sonra nane yaprakları zarar görürse, yakın çevresindeki bitkiler, zarar görmüş nane bitkisinin saldığı kimyasal sinyallere yanıt olarak otobur karşıtı savunma sistemlerini harekete geçirerek tepki verir. Bu mekanizmayı daha iyi anlamak için, Tokyo Bilim Üniversitesi de dahil olmak üzere birçok Japon araştırma enstitüsünden bir araştırmacı ekibi, biyolojik çalışmalarda yaygın olarak kullanılan bir model bitki olan Arabidopsis thaliana’da bu tepkileri inceledi.
“Zararlılar tarafından yenen bitkilerden yayılan kokulara maruz kalan çevredeki zarar görmemiş bitkiler, haşerelere karşı direnç geliştirebilir. Kokuya duyarlı bitkilerde savunma genlerinin ifadesinin uyarılması bu direncin anahtarı olmasına rağmen, uyarılmış durumu açmak için kesin moleküler mekanizmalar ya da kapalı anlaşılmamıştır. Bu çalışmada, histon asetilasyonunun ya da sözde epigenetik düzenlemenin direnç gelişimi fenomeninde rol oynadığını varsaydık.” Diyor Tokyo Bilim Üniversitesi’nden Profesör Dr Gen-ichiro Arimura.
Bulguları yakın zamanda Plant Physiology dergisinde yayınlandı.
İlk olarak, araştırmacılar bitkileri, Spodoptera litura gibi otçulların saldırılarına yanıt olarak bitkiler tarafından sıklıkla salınan uçucu bir organik bileşik olan β-ocimene’ye maruz bıraktılar. Daha sonra araştırmacılar, uçucu kimyasallarla aktive olan bitki savunmasının tam etki mekanizmasını belirlemeye çalıştılar.
Sonuçlar ilginçti — Arabidopsis yapraklarında savunma özellikleri, muhtemelen dış çevresel etkiler nedeniyle meydana gelen gen düzenlemesine atıfta bulunan “epigenetik” mekanizmalar yoluyla uyarıldı. Bu durumda, zarar görmüş bitkiler tarafından salınan uçucu kimyasallar, histon asetilasyonunu ve “ERF8” ve “ERF104” etilen tepki faktörü genleri dahil olmak üzere savunma geni düzenleyicilerinin ifadesini arttırdı. Ekip, belirli bir histon asetiltransferaz enzimleri setinin (HAC1, HAC5 ve HAM1) anti-herbivor özelliklerinin indüklenmesinden ve korunmasından sorumlu olduğunu buldu.
Araştırmacılar, epigenetiğin bitki savunmasında oynaması gereken rolü keşfettikleri için heyecanlılar. Onlara göre, uçucu bileşikler aracılığıyla bitkiler arasındaki iletişim (“konuşan bitkiler” fenomeni olarak bilinir) potansiyel olarak organik yetiştirme sistemlerine uygulanabilir. Bu, bitkilerin haşere direncini artırabilir ve pestisitlere olan büyük bağımlılığımızı etkili bir şekilde azaltabilir.
Dr. Arimura, “Bitkilerin doğal hayatta kalma stratejilerinin üretim sistemlerinde etkin bir şekilde kullanılması, bizi çevre ve gıda sorunlarını aynı anda çözen sürdürülebilir bir toplumun gerçekleştirilmesine daha da yaklaştıracaktır.” Diyerek sonuçlandırıyor.
Kaynak: 1. Haruki Onosato, Genya Fujimoto, Tomota Higami, Takuya Sakamoto, Ayaka Yamada, Takamasa Suzuki, Rika Ozawa, Sachihiro Matsunaga, Motoaki Seki, Minoru Ueda, Kaori Sako, Ivan Galis, Gen-ichiro Arimura. Uçucu sinyalleme ve epigenetik transkripsiyonel düzenleme yoluyla sürekli savunma yanıtı. Bitki Fizyolojisi, 2022; DOI: 10.1093/plphys/kiac077
