Bitki Solunumunun Gizemi Çözülüyor- Bilim İnsanları Bitkilerin “Ağızlarını” Kontrol Etmek İçin Kullandıkları Mekanizmayı Keşfetti
Bitkilerin solunum mekanizmalarına ilişkin önemli bir keşif, bitkileri iklim değişikliğinin etkilerinden, özellikle de atmosferdeki artan karbondioksit seviyelerinden korumak için yeni yöntemlere yol açabilir.
Nefes almak genellikle istemsiz bir süreç olarak kabul edilse de, aslında karmaşık bir mekanizmadır. Biyologlar artık bitkilerde nefes almanın inceliklerini daha iyi anlıyor ve bunun dünyanın gelecekteki gıda ihtiyacını karşılamada önemli etkileri olacağını düşünüyor.
California San Diego Üniversitesi’nden bir grup araştırmacı, Estonya ve Finlandiya’dan bilim insanlarıyla işbirliği yaparak ve ABD Ulusal Bilim Vakfı tarafından finanse edilerek, bitkilerin karbondioksit alımını kontrol etmek için kullandıkları daha önce bilinmeyen bir moleküler yol keşfetti. Araştırmacılar, bu mekanizmayı kullanarak bitkilerin su kullanım verimliliğini ve karbon alımını iyileştirmenin mümkün olabileceğine inanıyor ki bu, atmosferdeki karbondioksit seviyeleri yükselmeye devam ederken çok önemli. Bunun ışığında ekip bir patent başvurusunda bulundu ve bulgularını ürün yetiştiricileri ve çiftçiler için araçların geliştirilmesine uygulamanın yollarını araştırıyor.
Bitkiler karbondioksit ve su alırlar ve daha sonra bunları büyümek için ihtiyaç duydukları besinlere dönüştürmek için ışığı kullanırlar. Bu süreç aynı zamanda insanların ve diğer hayvanların soluduğu oksijeni de açığa çıkarır. Fotosentezin temel özeti budur. Peki ama tam olarak nasıl işliyor?
Süreç mikroskobik düzeyde biraz daha netleşir. Yaprakların alt tarafında ve bitkiye bağlı olarak başka yerlerde stoma adı verilen küçük açıklıklar vardır – bitki türlerine göre değişmekle birlikte her yaprakta bunlardan binlercesi bulunur. Küçük kale kapıları gibi, stoma gözeneklerinin yanlarındaki hücre çiftleri – koruyucu hücreler olarak bilinir – karbondioksiti almak için merkezi gözeneklerini açarlar. Ancak stomalar açık olduğunda bitkinin içi elementlere maruz kalır ve bitkideki su çevredeki havaya karışarak bitkiyi kurutabilir. Bu nedenle bitkiler, stomaların ne kadar süre açık kalacağını kontrol ederek karbondioksit alımını su buharı kaybıyla dengelemelidir.
Genellikle tekne zambağı olarak bilinen Tradescantia spathacea bitkisinin bir yaprağında açılıp kapanan tek bir stoma’nın oldukça büyütülmüş bir videosu.
Bitki bilimi başkanı Julian Schroeder, “Değişikliklere verilen yanıt, bitki büyümesi için kritik öneme sahiptir ve bitkinin su kullanımında ne kadar verimli olabileceğini düzenler, bu da artan kuraklık ve yükselen sıcaklıklar gördüğümüzde önemlidir” dedi.
İklim değiştikçe, hem atmosferik karbondioksit konsantrasyonu hem de sıcaklık artarak stomalardan karbondioksit girişi ve su buharı kaybı arasındaki dengeyi etkiliyor. Bitkiler, özellikle de buğday, pirinç ve mısır gibi ürünler yeni bir denge kuramazlarsa kuruma riskiyle karşı karşıya kalırlar, çiftçiler değerli ürünlerini kaybetme riskiyle karşı karşıya kalırlar ve dünya genelinde daha fazla insan aç kalma riskiyle karşı karşıya kalır. NSF tarafından finanse edilen ve 2021 yılında yayınlanan bir araştırmaya göre, tarımdaki ilerlemelere rağmen, son 60 yıldaki küresel tarımsal verimlilik, iklim değişikliği olmadan olabileceğinden %21 daha düşük.
Bilim insanları stomaları ve karbondioksit alımı ile su kaybı arasındaki dengeyi uzun zamandır anlamaktadır. Şimdiye kadar bilmedikleri şey ise bitkilerin karbondioksiti nasıl algıladığı ve değişen karbondioksit seviyelerine yanıt olarak stomaların açılıp kapanması için nasıl sinyal verdiğiydi. Bunu bilmek artık araştırmacıların bu sinyalleri düzenlemelerini sağlayacak – böylece bitkiler karbondioksit alımı ve su kaybı arasında doğru dengeyi kurabilecekler – ve bilim insanlarının ve bitki yetiştiricilerinin geleceğin ortamı için yeterince sağlam ürünler üretmelerine olanak tanıyacak.
Korumaları çağırmak
Araştırmacılar, karbondioksit seviyesini algılayan ve nöbetçi hücrelerin gevşeyip stomaları kapatmasını sağlamak için “KAPILARI KAPATIN!” diye seslenen bir asker zinciri gibi çalışan bir dizi protein tespit etti.
Schroeder, “Bitkilerdeki CO2 sensörünün iki proteinden oluştuğunu bulmak aydınlatıcı oldu ve mekanizmanın şimdiye kadar tanımlanmamış olmasının bir nedeni olabilir” dedi. “NSF’nin son yirmi yıldaki desteği, bu zor yolun bulunmasında kritik öneme sahipti.”
NSF Biyolojik Bilimler Direktörlüğü’nde program direktörü olan Matthew Buechner ise şunları söyledi: “Bu çalışma, genetikten modellemeye ve sistem biyolojisine kadar çeşitli disiplinleri bir araya getiren ve bu durumda daha sağlam mahsuller üreterek topluma yardımcı olabilecek yeni bilgilerle sonuçlanan merak odaklı araştırmanın harika bir örneğidir.”
Bitkinin fotosentez için ihtiyaç duyduğu miktarı elde etmek için stomaları daha uzun süre açık tutması gereken düşük karbondioksit ortamında, HT1 olarak bilinen bir protein, koruyucu hücreleri şişmeye zorlayan bir enzimi aktive ederek stomayı açık tutar.
Bitki artan karbondioksit seviyelerini algıladığında, ikinci bir protein birincisinin stomaları açık tutmasını engeller ve stomalar kapanır. Bitki fotosentez için yeterli kaynağı elde edemeden stomalar kapanırsa, tarımsal verim daha düşük olabilir veya hiç olmayabilir.
Kuruma katılmadan önce bitki hücresi biyolojisi üzerine çalışan NSF program direktörü Richard Cyr, “Bitkilerin değişen CO2 seviyeleri altında stomalarını nasıl kontrol ettiklerini belirlemek, yeni araştırma yollarına ve toplumsal zorlukların ele alınmasına yönelik olasılıklara farklı türde bir açılım yaratıyor” dedi.
Kaynak: https://scitechdaily.com
Derleyen: Figen Berber