Bitkiler Fosfatı Nasıl Algılar?
Fosfat, tüm canlı organizmalar için gerekli bir mineral elementidir…
Gatersleben’deki Bonn Üniversitesi ve Leibniz Bitki Genetiği ve Mahsul Bitki Araştırmaları Enstitüsü(IPK) tarafından yapılan yeni bir çalışma, besin fosfatının ne kadarının mevcut olduğu ve topraktan daha fazla fosfatı harekete geçirme ve alma stratejilerinin ne zaman etkinleştirilmesi gerektiğine karar vermeyi amaçlıyor. ITPK1 enzimi bu süreçte kilit bir rol oynar. Araştırmacılar ayrıca, fosfat algılamaya dahil olan belirli bir sinyal molekülü grubunun fosfata çok hassas tepki verdiğini ve bu düzenlemenin sadece bitkilerde değil, insan hücrelerinde de gerçekleştiğini gösterebildiler. Uzun vadede, sonuçlar daha az fosfatlı gübre gerektiren yeni mahsul çeşitlerinin yetiştirilmesine yol açabilir. Çalışmanın son hali Molecular Plant dergisinde yayınlandı.
Fosfat, tüm canlı organizmalar için gerekli bir mineral elementtir. Aynı zamanda, yeryüzünde gübre üretimine uygun fosfat kaynakları sınırlıdır ve yenilenemez — tahminler önümüzdeki 300 yıl içinde fosfat birikintilerinin tükenebileceğini gösteriyor. Fosfat denilince akla gelebilecek bir diğer konu da tarımda kullanılan fosfatın nehirler, göller ve okyanuslar gibi sucul ekosistemleri kirletebileceğidir. Nedeni: ötrofikasyon olarak bilinen sulardaki fosfat gibi besin maddelerinin artan seviyeleri, aşırı alg büyümesine ve nihayetinde bu ekosistemlerde oksijenin tükenmesine neden olabilir.
Bu nedenle, tarımda fosfat girdilerini azaltmanın (verimleri olumsuz etkilemeden) iki avantajı olacaktır: fosfat rezervleri daha uzun süre dayanabilir ve göllerde ve okyanuslarda daha az fosfat kalır. Bunu başarmak için araştırmacılar, mahsulleri fosfat açısından daha verimli hale getirecek stratejiler üzerinde çalışıyorlar. Bu, fosfatı daha verimli bir şekilde harekete geçirebilen, alabilen ve gerekirse geri dönüştürebilen bitkiler anlamına gelir
Bitkiler fosfat rezervlerini izler
Bitkiler ve diğer organizmalar tarafından hücresel işlemlerini yürütmek için yeterli fosfata sahip olup olmadıklarını veya bu besinin daha fazlasının topraktan alınması gerekip gerekmediğini anlamak için kullandıkları kesin mekanizmalar büyük ölçüde bilinmemektedir. Son yıllarda bilim insanları, bitkilerin fosfatı doğrudan algılamadığını, daha çok bir tür inositol pirofosfat olan sinyal molekülü InsP8 aracılığıyla dolaylı olarak algıladıklarını keşfettiler. Sözde SPX proteinleri buna yardımcı olur. Leibniz Bitki Genetiği ve Mahsul Bitki Araştırma Enstitüsü’nden (IPK) DFG tarafından finanse edilen Baş Araştırmacı Dr. Ricardo Giehl, “Bu sonuçların gösterdiği şey, InsP8 gibi inositol pirofosfatların genel bitki fosfat durumu için bir vekil olarak hizmet ettiğidir” diyor.
Ancak, daha önce bitkilerin InsP8'i ve onun öncülü InsP7'yi nasıl ürettiği belli değildi. Bu bulmacayı çözmek için, Bonn Üniversitesi’ndeki araştırma ekibi yakın zamanda bir genetik numara kullandı: bilim insanları, ilgili bitki kinazlarını, yani hücrenin “enerji para birimi” olan ATP’den bir fosfat kalıntısını diğer substratlara aktarabilen enzimleri ifade etmek için fırıncı mayasını kullandılar. Bu yaklaşımla, önemli sinyal moleküllerini harekete geçirmek için ITPK1'i varsayılan bir InsP6 kinazı olarak tanımladılar.
Yeni çalışmada, bilim insanları, ITPK1 enziminin gerçekten de planta’da fonksiyonel bir InsP6 kinaz olarak işlev gördüğünü ve InsP8'in doğrudan öncüsü olan 5-InsP7'yi ürettiğini gösteriyor. Araştırmacılar ayrıca inositol pirofosfatların sentezinin fosfata çok hassas tepki verdiğini ve bu düzenlemenin sadece bitkilerde(yosunlar dahil) değil, aynı zamanda insan hücrelerinde de gerçekleştiğini gösterebildiler.
University for Crop Science and Resource Conservation (INRES) Enstitüsü’nden Esther Riemer, “İnositol pirofosfatlar çok kararsız olduklarından, onları birkaç yıl önce laboratuvarımızda yeni bir yöntem geliştirdikten sonra bitkilerde tespit edebildik” diye açıklıyor. Dr. Ricardo Giehl ise,“Hücresel enerji durumuna ve dolayısıyla dolaylı olarak ne kadar fosfatın mevcut olduğuna bağlı olarak, ITPK1 ya fosfat alımını engelleyen InsP8 sentezini başlatabilir ya da sonunda InsP8 sinyalini kapatan ve böylece fosfat mobilizasyonunu aktive eden bir ATP sentazı olarak işlev görebilir.” diye ekliyor.
Bilim insanları, Freiburg Üniversitesi Organik Kimya Enstitüsü’nden Prof. Dr. Henning Jessen liderliğindeki araştırma ekibi tarafından geliştirilen yeni bir kütle spektrometrik yönteminin yardımıyla, bitki inositol pirofosfatların yeni formlarını da tanımladılar. Esther Riemer, “Bunlar, 4/6-InsP7 izomerini içerir. Bitkilerde ne işe yaradığını hala bilmesek de, bu tür inositol pirofosfat, fosfat eksikliği tepkilerinin düzenlenmesiyle ilgili görünmüyor” diyor.
Sürdürülebilir bitkisel üretim yolunda
Bonn Üniversitesi’nden INRES’ten Prof. Dr. Gabriel Schaaf, “Bu ve önceki çalışmaların sonuçları, organizmaların fosfat eksikliğini nasıl algıladıklarını ve enerji durumuna bağlı olarak fizyolojik tepkilerin nasıl oluştuğunu anlamamız için geniş kapsamlı sonuçlara sahip” diyor. “Çalışmamız yeni yetiştirme hedefleri sağlıyor ve genom düzenleme gibi yeni yetiştirme yöntemlerinin fosfat kullanım verimliliğini artırmak ve böylece daha çevre dostu ve kaynak tasarrufu sağlayan mahsul üretimine katkıda bulunmak için nasıl kullanılabileceğine dair yollar açıyor.”
Bu yazı Bonn Üniversitesi tarafından yazılmıştır.
Kaynak:
