Bazı bitkilerin bir felakette hayatta kalmalarına yardımcı olabilecek genetik bir süper gücü vardır.

Çoğu insan diploittir. Yani, her ebeveynden birer set olmak üzere iki set kromozomumuz var. Ancak diğer türler, özellikle de bitkiler için durum her zaman böyle değildir.

“Örneğin çileklerde sekiz takım kromozom var” diyor Yves Van de PeerBelçika’daki Ghent Üniversitesi’nden bitki biyoloğu.

Poliploidi adı verilen bu olay, bir organizmanın her hücresine ikiden fazla kromozom setinin doldurulması, diğer bir deyişle tam bir genom kopyalanması durumunda meydana gelir. Ve bazı bitki türlerinin iklim değişiklikleri gibi aşırı çevresel stres koşullarında hayatta kalmasına olanak tanıyor gibi görünüyor.

Biyologlar için poliploidinin mutlaka iyi bir şey olacağı açık değildi. Aslında kromozomların iki katına sahip olmak, sonuçta bir türün hayatta kalmasını etkileyebilir ve neslinin tükenmesine yol açabilir. Ancak günümüzde oldukça yaygındır, özellikle bitkilerde. Bu, Van de Peer’in poliploidi paradoksu dediği şeyi oluşturur. Neden bu kadar çok bitki kendilerini evrimsel olarak daha zayıf kılan bir özelliğe sahip olsun ki?

Yayınlanan yeni çalışmada dergi HücreVan de Peer ve meslektaşları bu bulmacaya bir cevap öneriyor. Yüzlerce bitki türünde antik genom kopyalama olaylarını geriye dönüp incelediklerinde, bunların son 150 milyon yıldaki çalkantılı dönemlerde, dramatik soğuma, ısınma veya yaygın yok oluş dönemlerinde meydana geldiğini buldular. Poliploidi, türlerin bu tür değişimlerde hayatta kalmasına yardımcı olabilir.

Van de Peer sonunda paradoksu çözmüş olabileceğine inanıyor. Kıkırdayarak “Artık emekli olabileceğimi hissediyorum çünkü bu 25 yıllık çalışmanın doruk noktası” diyor.

Zaman içindeki kümeler

Van de Peer, poliploidiyi büyük ölçekli bir mutasyon olayı olarak düşünebilirsiniz. “Arada bir bir şeyler ters gider ve sonunda normal bir bitki hücresinden iki kat daha fazla DNA içeren yeni bir hücre elde edersiniz.”

Tür bir süreliğine iyi durumda olabilir, ancak genomun bu toptan kopyalanmasının da bir yükü var. Daha fazla kromozom hücre bölünmesini sekteye uğratabilir ve hata ve mutasyonlar için daha fazla fırsat ortaya çıkarabilir. Ve bu, daha zayıf genetik yüke sahip diğer bitkilerin rekabette üstünlük sağlamasına ve poliploid bitkinin neslinin tükenmesine yol açabilir.

Çoğu genom kopyasının zaman içinde kaybolmasının nedeni budur. Van de Peer ve meslektaşları, modern poliploidinin bolluğunun ve uzun zaman önce görünen göreceli kıtlığının nedenini anlamak istediler.

İlk adımları, dünyanın dört bir yanından yabani türler ve tarımsal mahsullerin bir karışımı olan dizilenmiş 470 çiçekli bitki genomunun tamamının toplanmasıydı. Araştırma ekibi, bu bitkilerin DNA’sında tekrarlanan gen dizilerini araştırdı; bu, uzun zaman önce meydana gelen tüm genom kopyalama olaylarının kanıtıydı.

Van de Peer “Bütün bitkiler bunu göstermedi” diyor ama bazıları gösterdi. Araştırmacılar, her bir çoğalma olayının ne zaman gerçekleştiğini belirlemek için farklı bitkilerin ilk evrimleştiği zamanı tespit etmek amacıyla fosil kayıtlarını kullandılar.

Sonuçlar açıktı. Van de Peer, “Bu genom kopyalarının tamamı rastgele oluşmuyor. Zaman içinde kümeleniyorlar” diyor.

Bir poliploidin süper gücü

Özellikle, kopyalar son 150 milyon yıldaki çevresel değişimlerle (örneğin önemli soğuma veya ısınma dönemleri) karakterize edilen olaylar sırasında kümelendi.

Ya da belki de en dramatik olanı, böyle bir kümelenmenin yaklaşık 66 milyon yıl önce bir asteroitin Dünya’ya çarpmasıyla meydana gelmesi, gökyüzünün kararması ve muhtemelen dinozorların ve tüm bitki türlerinin yarısından fazlasının yok olmasıydı.

Ama görünen o ki poliploid bitkilerin çoğu öyle değil. Tüm bagajlarına rağmen, poliploid bitkiler aslında Çevresel strese karşı hayatta kalma konusunda üstün başarı Van de Peer’in ifadesiyle bunlar bir dizi “umut dolu canavar”.

Bu tür stres etkenleri arasında sıcaklık veya ışık seviyesindeki uzun süreli değişiklikler yer alır.

“Örneğin, fotosentez yapmada daha iyi olabilirler çünkü hala orada olan küçük ışığı yakalayacak daha fazla genleri var” diye açıklıyor. “Ve bu nedenle, tam bir genom kopyalanmasının olmadığı ve hepsinin neslinin tükendiği diğer birçok bitki soyuna göre bir avantaja sahipler.”

Yani poliploidi bir sigorta poliçesi gibidir. Çoğu zaman fazladan kromozom seti olan bitkiler kaybolur. Ancak aşırı kargaşanın olduğu nadir zamanlarda kazanırlar. Ve genellikle bu fazladan kromozom kopyalarını kaybetmeye devam eden onların torunları, soylarının hayatta kalmasına yardımcı olan eski kopyalama olayının DNA’larında kanıtlarını koruyor.

“Makale gerçekten çok titiz” diyor Sandra PittaArjantin Ulusal Bilimsel ve Teknik Araştırma Konseyi CONICET’te bitki biyoteknoloji uzmanı olan ve araştırmaya dahil olmayan Dr. “Ve bir bakıma bize çok fazla umut veriyor.”

Bu umut, gezegenimizin yeniden poliploid bitkilerin dayanabileceği değişen bir iklimle karşı karşıya olmasından kaynaklanıyor.

Bu bulgular Pitta gibi bitki yetiştiricilerine de yardımcı olacak. “Eğer poliploidizm onların daha farklı stres türlerine direnmelerine yardımcı oluyorsa, bu benim için gerçekten faydalı” diyor.

Bazen çıkmaz gibi görünen bir durum, aslında gelecekte karşılığını verebilir; bu bitkilerin yeşil kollarını sıvadığı bir numara.