450 Milyon Yıllık Sır Çözüldü: Bitkiler ve Mantarlar Nasıl Anlaşıyor?
Yeni bir moleküler araç çifti, bilim insanlarının bitkiler ve mantarların kadim yeraltı ortaklıklarını nasıl koordine ettiklerini ortaya çıkarmalarına olanak tanıyor.
Yaklaşık 450 milyon yıldır bitkiler ve toprak mantarları karşılıklı olarak faydalı bir ortaklık sürdürüyor. Mantarlar bitki köklerinin içinden büyür ve topraktan fosfor ve diğer mineralleri sağlar. Buna karşılık bitkiler, fotosentez yoluyla üretilen şekerleri ve yağları sağlar. Bu uzun süreli ilişki, milyarlarca insanı beslemeye yardımcı olan mısır ve buğday gibi önemli gıda ürünleri de dahil olmak üzere, Dünya üzerindeki bitki türlerinin yaklaşık %80’ini desteklemektedir.
Araştırmacılar, bu ilişkilerin tarım için hayati önem taşıdığını on yıllardır biliyorlardı. Bununla birlikte, bitkilerin ve mantarların bu ortaklığı koordine etmelerini ve sürdürmelerini sağlayan kesin moleküler mekanizmalar belirsizliğini koruyordu.
Profesör Maria Harrison liderliğindeki Boyce Thompson Enstitüsü’ndeki (BTI) bir araştırma ekibi, bu ortaklıkların çalışmasını sağlayan hangi proteinlerin etkileşimde bulunduğunu ortaya çıkarmaya yardımcı olan iki gelişmiş tekniği birleştirdi. Yöntemler ayrıca bilim insanlarının, bitkiler ve mantarlar arasındaki işbirliğinin gerçekten gerçekleştiği canlı bitki köklerinin içinde bu etkileşimleri doğrudan doğrulamalarına olanak tanıyor.
Zorluk
Proteinler hücrelerin çalışma mekanizması olarak işlev görür ve çoğu biyolojik süreci yürütür. Bitki-mantar ortaklıklarında, ilişkinin gelişmesi ve düzgün çalışması için belirli proteinlerin fiziksel olarak bağlanması ve işbirliği yapması gerekir. Bu protein ortaklıklarını belirlemek zordu çünkü besin alışverişinin gerçekleştiği özel kök hücreleri son derece nadirdir. Bu hücreler kök dokusunun sadece çok küçük bir bölümünü temsil eder.
Harrison, “Belirli proteinlerin bu simbiyozların kurulması için gerekli olduğunu yıllardır biliyorduk, ancak kiminle çalıştıklarını göremiyorduk,” dedi. “Bu araçlar, ortaklığın gerçekten gerçekleştiği hücrelerde bu soruları sormamıza ve cevaplamamıza olanak tanıyor.”
İki yeni araç
Sergey Ivanov, Lena Müller ve François Lefèvre, Harrison’ın laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı olarak çalışırken, birbirini tamamlayan iki araştırma yaklaşımını entegre edip geliştirdiler.
İlk olarak, bitki ve mantar proteinlerinden oluşan büyük bir kütüphane oluşturdular. Bu proteinler, maya hücrelerinde, ilgilenilen bir proteinin binlerce potansiyel ortakla etkileşime girip girmediğini test eden bir tarama sistemi kullanılarak analiz ediliyor. Bilim insanları daha sonra sonuçları DNA dizileme yöntemiyle okuyorlar. Basitçe söylemek gerekirse, sistem, hangi proteinlerin birbirleriyle bağlantı kurduğunu belirleyen büyük ölçekli bir eşleştirme hizmeti gibi çalışıyor.
Yeşil sinyal, CKL2’nin bir mantar tarafından kolonize edilmiş kök hücrelerindeki zarlarda 14-3-3 proteini ile etkileşime girdiğini gösteriyor. Pembe sinyal (hücre çekirdeğinde), hücrenin dönüştürüldüğünü doğrulamak için bir kontrol görevi görüyor. Bitki Medicago truncatula, mantar ise Rhizophagus irregularis’tir. Kaynak: Harrison Laboratuvarı, Boyce Thompson Enstitüsü
İkinci teknik, proteinlerin yalnızca bitki kök hücrelerinin içinde fiziksel olarak temas ettiklerinde floresan sinyal üretmelerine neden olan yaygın olarak kullanılan bir biyolojik yöntemi uyarlıyor. Bu floresan tabanlı yaklaşım, maya hücrelerinde tanımlanan etkileşimlerin canlı bitkilerin içinde de doğru yerde gerçekleştiğini doğruluyor. Etkileşimler, bitkilerin ve mantarların besin alışverişinde bulunduğu hücresel zarlı “alışveriş alanında” gerçekleşiyor.
Çalışmanın baş yazarı Ivanov, “Bu iki yöntemi birleştirmenin güzelliği, aday ortakları bulmak için geniş bir ağ atabilmemiz ve ardından bu etkileşimlerin doğru yerde gerçekleşip gerçekleşmediğini test edebilmemizdir” dedi. “İkinci adım – canlı köklerde doğru hücrelerde ve hücre içindeki doğru alanda doğrulama – bu alanda bir darboğaz olmuştur.”
Kavramın Kanıtı
Yaklaşımın işe yaradığını göstermek için araştırmacılar CKL2 olarak bilinen bir proteine odaklandılar. Daha önceki çalışmalar, CKL2’nin bitki-mantar ortaklıklarının gelişimi için gerekli olduğunu zaten göstermişti. Bu protein yokluğunda, ilişki doğru şekilde oluşmuyor.
Tarama deneyi, CKL2’nin en güçlü şekilde 14-3-3 protein ailesinin üyeleriyle etkileşime girdiğini gösterdi. Bu proteinler, diğer proteinleri bağlamaya ve birçok önemli hücresel aktiviteyi düzenlemeye yardımcı olur.
Araştırmacılar, floresans testi kullanarak bu etkileşimlerin periarbusküler membranda gerçekleştiğini doğruladılar. Bu özelleşmiş sınır, bitkilerin ve mantarların besin alışverişinde bulunduğu arayüzdür.
Bilim insanları bitki hücrelerindeki 14-3-3 proteinlerinin seviyelerini azalttıklarında, mantar kolonizasyonu yaklaşık %31 azaldı. Bu bulgu, bu proteinlerin ortaklığın sürdürülmesinde önemli bir rol oynadığını göstermektedir.
Tarımsal Etkiler
Bitkilerin ve mantarların moleküler düzeyde ortaklıklarını nasıl koordine ettiklerine dair daha net bir anlayış, bilim insanlarının ve bitki yetiştiricilerinin daha güçlü simbiyotik ilişkiler kuran mahsul çeşitleri geliştirmelerine yardımcı olabilir.
Mantarlar aracılığıyla fosfor ve diğer besin maddelerini daha verimli bir şekilde elde eden bitkiler, daha az sentetik gübreye ihtiyaç duyacaktır. Bu, çiftçiler için maliyetleri düşürebilir ve ayrıca gübrenin çevreye akışını azaltabilir.
Araştırma ekibi, bu deneysel kaynakları diğer bilim insanlarının kullanımına sunarak, bu yaygın ve tarımsal açıdan önemli biyolojik ilişkide yer alan proteinleri daha fazla laboratuvarın incelemesine olanak tanıyor.
Harrison, “Artık hangi proteinlerin besin alışverişini kontrol ettiğini sistematik olarak belirleyebilir ve bunların canlı köklerdeki etkileşimlerini doğrulayabiliriz” dedi. Besin alımını iyileştirmenin yanı sıra, bu bitki-mantar ortaklıkları bitkilerin hastalıklara ve çevresel strese karşı savunmasını da güçlendirebilir.
Kaynak: https://scitechdaily.com
Doğadan Gelen Gençlik: Mantar Bileşiği Yaşlanmayı Yavaşlatıyor