Cuma, 20 Eylül 2013 - 11:03
Sol Portal
Tarımın başlangıcının coğrafya ve iklim
gibi pek çok etkeni var. Bunların arasında doğası insan eliyle seçilerek
değişime uğramış bitkilerin genetiği belki de en önemlilerinden.
Tarımın başlangıcına
ilişkin tüm dünyadan toplanan arkeolojik veriler, genetik bulgular ile
birleştikçe ortaya çok çarpıcı bir tarihsel değişim süreci çıkmaya başladı.
Neolitik dönem, tarımın
başlamasıyla insan topluluklarının yerleşik düzene geçtiği tarihsel önemi çok
yüksek bir zaman dilimi. Yurdumuz Çatalhöyük gibi insanlık tarihinin en erken
ve önemli yerleşimlerine ev sahipliği yapmakta ve tarım toplumlarının geçirdiği
evreler üzerine çok zengin arkeolojik bilgiler sunmakta.
Arkeologlar yerleşik
düzene geçmiş toplulukların yaşadıkları yerlerde biriktirdiği bitkilerin
kalıntılarını incelediklerinde evcilleşmenin imzasını taşıyan özelliklerde çok
yavaş bir artış olduğunu belirtmekteydiler. Bu özelliklerden en temel olanı,
orak kullanılarak hasat edilen bitkilerde görülür. Evcilleştirilmiş bitkilerin
büyük çoğunluğunda tohumun ana bitkinin gövdesinden ayrılmasını sağlayan bilet
koçanlarındaki tırtıklar gibi yırtılmayı kolaylaştıran bölge yok olmuştur. Bu
bölge sayesinde olgunlaşan tohumlar kolayca dökülür. Bitkinin doğasına çok
aykırı olan bu özellik, yapay seçilim ile ancak insan eliyle yaşatılırsa var
olabilir. Yabani bir bitkinin, türünün sürekliliğini sağlaması tohumlarını
olabildiğince geniş alanlara etkili biçimde yayabilmesini gerektirir.
Tohumlarını yayamayan bir bitki yaşam kavgasında yenik düşecektir. Örneğin
evcilleştirilmiş buğday bitkisinde ayrım bölgesi kaybolduğu için tohumlar ancak
harmanda dövülerek ana bitkiden ayrılır. Yakından bakılırsa bu ayrım
bölgesindeki sapın zorlanarak kırıldığı yer açıkça görülür (Resim 1).

Resim 1 (a) Yabani buğday tohumlarını
kolayca döker. (b) Bitkiden ayrılmış bir buğday tanesi. (c) Tanenin başaktan
ayrım bölgesi. (d) İnsan tarafından yapay seçilim ile tarıma alınan buğdayın
taneleri başaktan ancak kuvvet kullanılarak ayrılır. (e) Tohumun bitkiden ayrım
bölgesi kaybolmuştur.
Tarımın gelişimi kuşaklar boyu süren uzun
bir süreçti
Çatalhöyük’te en çok
rastlanan arkeolojik tohum örneklerinden biri bilimsel adı “Medusa başlı ot”
anlamına gelen (Taeniatherum caput-medusae) adlı bitkiden gelir. Tüm
beklentilerin aksine, neolitik dönem yerleşkesinde bulunmasına karşın bu bitki
tarımın en yaygın başlangıç özelliğini taşımaz. Tohumlar yakından
incelendiğinde bitkiden ayrım bölgesi (r) çok belirgin biçimde gözlemlenebilir
ve karşılaştırıldığında günümüzdeki yabani örneklerle tıpatıp aynıdır (Resim
2). Çok değil, daha 10 yıl önce tarımın kökeni üzerine yazılanlara baktığımızda
“tarım devrimi” gibisinden iddialı deyimlere denk geliriz. Eğer bir devrim
olmuş idiyse bu binlerce yıla yayılmış kuşaklar boyu süren bir devrim olmalı.

Resim 2 (Solda) Anadolu’da doğal olarak
yetişen Medusa başlı ot (Taeniatherum caput-medusae) adlı bitkinin başağının
günümüzdeki hali. (Sağda renksiz [James Mellaart Arşiv fotoğrafları])
Çatalhöyük kazılarında elde edilen tohumlarda ayrım bölgesi (r) ve tohumun
yayılmasını kolaylaştıran püsküllerin bağlantı kısımları (g) açıkça görülmekte.
Atalarımız bu yabani bitkiyi toplamalarına karşın tarıma almamışlar.
Arkeologların gözlemi
yalnızca Çatalhöyük'le sınırlı değil. Uzak doğuda özellikle Çin’deki neolitik
yerleşimlerde bulunan pirinç tohumları da birkaç bin yıla yayılmış yavaş
seçilim sürecini destekliyor. Genetik bulguların ışığında tarım bitkilerindeki
bu ağır değişim artık daha açık biçimde yorumlanabiliyor. Peki, bu olgunun
ardında yatan genetik düzenek nedir?
İlk tarım geninin bulunuşu ve işleyişi
Georgia Üniversitesi
Bitki Genom Haritalandırma Laboratuvarı’ndaki araştırma grubumuzun bu konuda
sürdürdüğü çalışma 6 Eylül 2013 tarihinde Amerikan Ulusal Bilim Akademisi’nin
saygın yayın organı Proceedings of the National Academy of Science (PNAS)’da
yayına girdi. Araştırma ülkemizde özellikle Trakya bölgesinde yaygın olarak
ekilen kökeni Afrika kıtası olan ak darı (Sorghum bicolor) üzerinde
gerçekleşti.
Ak darı dünya tahıl
üretiminde buğday, mısır, pirinç ve arpadan sonra 5. sırayı alan kuraklığa ve
sıcaklığa karşı olağanüstü dirençli bir tarım bitkisi. Ak darı genomu 2008
yılında dizilendiğinde bilim topluluğu oldukça heyecanlanmıştı.
Resim 3 Ak darı (Sorghum bicolor) genom
haritasından bir görünüm. Araştırmacılar 10 kromozom üzerinde bulunan genlerin
birbiriyle olan etkileşimini izleyerek bitkinin kuraklığa karşı olağan üstü
direnç gibi pek çok kalıtımsal özelliğini anlamaya çalışıyorlar.
Atalarımızın 8 bin yıl
önce Afrika’da evcilleştirdiği ak darıyı yabani akrabalarından ayıran ve
tohumlarının dökülmesine engel olan aday genleri bulmak için tüm genom içinde
büyük bir arayış başladı. İlk sonuçlar gelmeye başladığında aday genlerin
arasında WRKY ailesinden yazılım etkeni adı verilen bir gen öne çıkmaya başladı.
Yazılım etkenleri DNA
bileşiği üzerinde genlerin başlangıç bölgesine bağlanarak aynı anda birden çok
geni etkinleştirebilen hücre içinde sözü oldukça geçerli ilginç bir düzenleyici
gen grubudur. Araştırma ilerledikçe WRKY geninin etkinleştirdiği hedef genleri
tek tek eleyerek tohumların dökülmesine engel olan biyolojik bir özellik
aradık. Yapılan deneyler WRKY geninin ürettiği proteinin evcilleştirilmiş ak
darıda değişinime (mutasyon) uğradığını ve DNA bileşiğine bağlanabilme işlevini
kaybettiğini gösterdi ve senaryo biçimlenmeye başladı.
Yabani ak darı
türlerinde WRKY geni bitkilerde dokuların sertleşmesine neden olan lignin
bileşiğini üreten genin başına bağlanmaktaydı. WRKY geni özellikle tohumların
olgunlaşmaya başladığı dönemde tohumun bitkiye bağlandığı sap bölgesinde lignin
üretimini artırarak bu dokuların aşırı kırılganlaşmasına neden olur. Böylece en
ufak bir dokunmayla bile tohumlar dökülebilir. Evcil ak darıda gerçekleşen bu
değişinim, protein zincirinin başındaki 144 amino asitlik bir bölümün üretilmesini
engelliyordu. Değişinim proteinin başlangıç bölgesini DNA’ya bağlanma
özelliğini yitirecek derecede kısaltmıştı. Evcil ak darı, tohumu ana bitkiye
bağlayan sap bölgesinde lignin üretemediği için doku sertleşemiyordu. Bunun
sonucu sap esnek kalarak hasat sırasında orak darbesiyle sarsılsa bile
tohumlarını dökemiyordu.
Tarım bitki ve insan arasında imzalanmış
evrimsel bir sözleşmedir
Atalarımız buğday,
pirinç veya ak darıyı kuşaklar boyu süren bir süreç içinde evcilleştirirken
akıllarında bir ıslah projesi yoktu. Gayri ihtiyari bir biçimde doğadan en
verimli şekilde toplayabildikleri tohumları evlerine götürdüler. Bu tohumlar
kendi doğasıyla çelişen “engelli” bitkiler olmalarına rağmen insanın üzerlerine
kanat germesi nedeniyle yaşama fırsatı bulabildiler. Böylelikle insan ve bitki
arasında DNA bileşiğine kayıtlı evrimsel bir sözleşme imzalandı. Bitki verimli
hasat edilme sözü verirken, insan tohumları doğru zamanda ve uygun yerlere
kendi eliyle ekerek bitkinin soyunu sürdürebilmesinin güvencesini verdi.
Tarımsal anlamda ilk
seçilen özelliklerin yalnızca bir gen tarafından kontrol ediliyor olması
atalarımız açısından bilincinde olmasalar bile kuşaklar boyu süren seçilimi
kolaylaştıran bir durumdu. Bizlere düşen binlerce yıl önce imzalanmış
sözleşmelere sadık kalarak miras edindiğimiz tohum zenginliğini korumaktır. Var
olan zenginliği erozyona uğratan tektipleşmiş tohum kullanımından uzak durmalı
ve dahası bu zenginliği artıracak daha güç sözleşmelere imzalar atmalıyız.
Elimizdeki genom haritaları binlerce yıl süren kör seçilim sürecini
hızlandırılmış evrim yoluyla onlarca yıla indirecek güçte. Mendel’in
bezelyelerine yaptığı biçimde çaprazlama yoluyla hamleleri hesaplayan satranç
oyuncuları gibi kuşaklar sonra öne çıkacak istenen özellikleri yabani bitkilerden
çekip alarak yeni tarım bitkileri üretebiliriz. Var olan çeşitleri
zenginleştirmek aradığımız özellikler yüzlerce gen tarafından eşgüdümlü olarak
kontrol ediliyor olsa bile tüm genom bilgisiyle hareket edildiğinde
olanaklıdır.

Resim 4 (A) Evcilleştirilmiş ak darının
(Sorghum bicolor) ürettiği değişinime uğrayarak kısalmış WRKY proteininin üç
boyutlu modeli. (B) Aynı proteinin tropikal iklimde yaşayan yabani akrabasında
(Sorghum propinquum) DNA’ya bağlanma özelliğini koruyan uzun hali. Kırmızı
renkli bölge, büyük olasılıkla DNA’ya bağlanma yüzeyi olan gri renkli WRKY
motifinin kararlılığını sağlamakta.
Resim 5 Evcilleştirilmiş ak darı tohumu ile yabani akrabası kanyaş bitkisinin
tohumlarının kesitleri. Dokuların sertleşmesini sağlayan lignin bileşiği
ultraviole ışığı altında parlamakta. (Solda) Evcilleştirilmiş ak darı tohumunun
sap bölgesinde parlama görülmüyor. (Sağda) Yabani kanyaş bitkisinde ise aynı
bölgede yoğun bir lignin birikimi gözlemlenmekte.
Resim 6 Tahıl grubu bitkilerin evrimsel
soyoluş ağacı üzerindeki yeri. Ak darı (süpürge darısı) şeker kamışından
yaklaşık 5 milyon yıl önce türleşerek ayrılmış. Tüm tahıl grubunun evrimsel
olarak ortaya çıkışı 80 milyon yıl öncesine kadar uzanıyor.
Ak Darı ve Yabani Akrabasındaki WRKY Yazılım Etkeni Gen Ürünlerinin 3
Boyutlu Karşılaştırması adlı videoyu Vimeo'da izleyebilirsiniz.
* Georgia Üniversitesi
Bitki Genom Haritalandırma Laboratuvarı Araştırmacısı