Bir şekilde dünyada gıda güvenliği sağlayacak olan,
kuraklığa son derece dayanıklı tahıl yetiştirilmesinin sırrının
son derece kurak durumda, bu resimde
görüldüğü gibi, dirilen bitkilerde olduğuna inanıyorum.
Bu bitkilerin oldukça ölü göründüğünü düşünüyor olabilirsiniz,
fakat değiller.
Onlara su verdiğinizde,
12 ila 48 saat içerisinde dirilecek, yeşerecek ve büyümeye başlayacaklar.
Şimdi neden kuraklığa dayanıklı
tahıl üretiminin gıda güvenliği sağlayacağını iddia edeyim?
Pekâlâ, dünya nüfusu şu an 7 milyar civarındadır.
2050 yılına kadar 9 ila 10 milyar
arasında olacağı tahmin edilmektedir.
Bu büyümenin çoğu Afrika'da olacaktır.
Dünyadaki gıda ve tarım kuruluşları
oluşacak bu talebi karşılamak için
mevcut tarımsal faaliyetlerin yüzde 70 oranında
artışını önermektedirler.
Bitkilerin gıda zincirinin altında olduğu düşünülünce
bunların çoğunun bitkilerden gelmesi gerekir.
Bu yüzde 70 oranda
iklim değişikliğinin olası etkileri göz önünde bulundurulmamıştır.
Bu, Dai tarafından 2011 yılında yayınlanan bir çalışmadan alınmıştır,
burada iklim değişikliğinin
tüm olası etkilerini göz önünde
bulundurarak ifade etmiş -- diğer şeyler yanında --
yağmurun olmaması veya seyrek olması yüzünden artan çoraklık.
Burada kırmızı ile görülen alanlar
son zamana kadar
çok başarılı bir şekilde tarım için kullanılıyordu,
fakat kuraklık nedeniyle artık kullanılamıyor.
Bu durumun 2050 yılında olması öngörülüyordu.
Afrika'nın çoğu bölgesinde, aslında dünyanın
birçok bölgesinde durum kötü olacak.
Gıda üretimi için birtakım akıllıca yollar düşünmek zorunda olacağız.
Bunlar arasında tercihen bazı kuraklığa dayanıklı tahıllar var.
Afrika hakkında hatırlanacak bir diğer şey de
tarımlarının çoğunluğunun yağmura dayanmakta olduğu.
Kuraklığa dayanıklı tahıllar elde etmek dünyanın en kolay işi değil.
Bunun nedeni ise sudur.
Su gezegenimizde yaşam için vazgeçilmezdir.
Mikroptan, size ve bana kadar,
yaşayan, aktif olarak metabolize olan tüm organizmalar
baskın olarak sudan oluşmaktadırlar.
Tüm hayat reaksiyonları suda olur.
Suyun küçük bir miktar kaybı ölümle sonuçlanır.
Bizlerin yüzde 65'i sudan oluşmaktadır --
bunun yüzde 1'ini kaybettiğimizde ise ölürüz.
Fakat bundan kaçınmak için davranışsal değişiklikler yapabiliriz.
Bitkiler yapamazlar.
Onlar toprağa sıkışmış durumdadırlar.
İlk başta bizden biraz daha fazla suya sahiptirler,
yaklaşık yüzde 95 kadar su
ve bizden biraz daha fazlasını kaybedebilirler,
türüne göre sadece kısa bir süreliğine
yaklaşık yüzde 10 ila 70 kadar.
Çoğu ya su kaybına direnecek ya da önleyecektir.
Çok dirençli olanlara örnek olarak
sukulent (su depolayan bitkiler) verilebilir.
Küçük ve çok çekicidirler,
ama sularını öylesine büyük bir bedelle tutarlar ki
son derece yavaş büyürler.
Su kaybını önleyenlere örnek ağaçlarda ve çalılarda bulunabilir.
Çok derinlere köklerini gönderip
yer altındaki su tedariklerini bulurlar
ve durmadan içlerinden dolaştırıp
kendilerini sulu tutarlar.
Sağdakine "baobab" adı verilmektedir.
Baş aşağı ağaç adı da verilmektedir,
nedeni ise köklerin sürgünlere oranı öylesine fazladır ki
ağaç sanki baş aşağı dikilmiş gibi görünür.
Elbette kökler o bitkinin sulu kalması için gereklidir.
Muhtemelen en çok görülen kaçınma stratejisi bir yıllık bitkilerde bulunur.
Bir yıllıklar bitki besin tedariğinin çoğunluğunu oluştururlar.
Ülkemin batı kıyılarında
yılın büyük bir bölümünde bitki örtüsünün büyüdüğünü görmezsiniz.
Ama bahar yağmurları gelince, bunu elde edersiniz:
Çölün çiçek açması.
Bir yıllıkların stratejisi
sadece yağmurlu mevsimde büyümek.
Mevsim sonunda kuru,
yüzde 8 ila 10'unun su olduğu,
ama canlı bir tohum üretirler.
Kuru ve hâlâ canlı olan bir şeye
kurumaya toleranslı denir.
Kuruma durumunda
tohumların yapabildiği şey aşırı ortamlarda
çok uzun süre durmak.
Bir dahaki sefere yağmurlu mevsim geldiğinde,
filizlenirler ve büyürler,
bütün döngü yeniden başlar.
Kurumaya toleranslı tohumların evriminin çiçeklenen bitkilerin
ya da kapalı tohumlu bitkilerin toprakta
kolonileşmesine ve yayılmasına yol açtığına inanılıyor.
Ancak ana besin kaynağımız olarak bir yıllıklara dönelim.
Buğday, pirinç ve mısır bitkisel besin kaynağımızın yüzde 95'ini oluşturur.
Bu çok iyi bir stratejiydi,
çünkü kısa zamanda çok fazla tohum üretebilirsiniz.
Tohumlar enerji yönünden zengindir, yani besin kalorisi çoktur,
kıtlık zamanları için bolluk zamanında depolayabilirsiniz,
ama bir dezavantajı var.
Bir yıllıkların
bitkisel dokuları, kökleri ve yaprakları
kalıtımsal direnç,
kaçınma ve tolerans özellikleri açısından çok fazla şeye sahip değildir.
Onlara ihtiyaçları yoktur.
Yağmurlu mevsimde büyürler ve
yılın geri kalanında hayatta kalmalarına yardımcı olmak için tohumu vardır.
Tarımda ekinlerin daha iyi direnç, kaçınma ve tolerans
özellikleri olmasını sağlamak için
toplu çabalara rağmen --
özellikle de direnç ve kaçınma,
çünkü bunların nasıl işlediğini anlamak için iyi modellerimiz vardı --
hâlâ bunun gibi görüntüler alırız.
Afrika'daki mısır ekininde
iki haftalık yağmursuzluk
ve ölüler.
Bir çözümü var:
Dirilen bitkiler.
Bu bitkiler yüzde 95 kadar hücresel sularını kaybedebilirler,
kuru, ölüye benzer durumda aylar veya yıllar boyunca kalabilirler,
onlara su verdiğinizde,
yeşerirler ve tekrar büyümeye başlarlar.
Tohumlar gibi bunlar da kurumaya toleranslıdır.
Tohumlar gibi aşırı çevresel koşullara dayanabilirler.
Bu gerçekten nadir bir olgu.
Bunu yapabilecek sadece 135 çiçek açan bitki türü vardır.
Size sırayla bu üç türün
dirilme süreciyle ilgili
bir video göstereceğim.
En altta
ne kadar hızlı olduğuna dair bir zaman ekseni görebilirsiniz.
(Alkış)
Oldukça harika, değil mi?
Son 21 senemi bunu nasıl yaptıklarını anlamaya çalışarak harcadım.
Bu bitkiler ölmeden nasıl kuruyor?
Birçok sebeple sulu ve kurumuş hâlleri
burada gösterilen farklı türde dirilen bitkiler
üzerinde çalıştım.
Bunlardan birisi, bu bitkilerin her biri kuraklık toleranslı
yapmak istediğim bir tahıl için bir model teşkil ediyor.
Örneğin, en üst solda çim var,
"Eragrostis nindensis" adı verilir,
"Eragrostis tef" adında yakın bir akrabası var --
çoğunuz "teff" olarak bilebilirsiniz --
Etiyopya'da temel bir gıdadır,
glutensizdir
ve kuraklığa dayanıklı yapmak istediğimiz bir şey.
Birçok bitkiye bakmamızın bir diğer sebebi,
en azından başında,
şunu bulmak istedim: Aynı şeyi mi yapmak istiyorlar?
Bütün o suyu kaybedip ölmemeyi
başarmak için aynı mekanizmayı mı kullanıyorlar?
Kurumaya toleransı kapsamlı olarak anlamak için
sistem biyolojisi yaklaşımı
denen şeyi benimsedim,
ki bununla molekülden
bitkinin tamamına ekofizyolojik seviyede her şeye bakarız.
Örneğin, kurudukça bitkinin
anatomisindeki değişim ve ince yapı
gibi şeylere bakarız.
Transkriptoma bakarız, ki bu kurumaya karşı
açılıp kapanan genlere
baktığımız teknoloji için bir ifadedir.
Çoğu gen proteinler için kodlayacaktır, bu yüzden proteoma bakarız.
Kurumaya karşı proteinler ne yapar?
Bazı proteinler metabolitleri oluşturan enzimler için kodlayacaktır,
bu yüzden metaboloma bakarız.
Bu önemlidir, çünkü bitkiler yere çakılıdır.
Çevrenin tüm stresinden kendilerini korumak için
çok iyi ayarlanmış kimyasal bir depo dediğim şeyi kullanırlar.
Yani kurumaya dâhil olan
kimyasal değişikliklere bakmamız önemli.
Yaptığımız son araştırmada moleküler seviyede
lipidoma bakıyoruz --
kurumaya karşılık olarak lipit değişiyor.
Bu da önemli,
çünkü tüm biyolojik membranlar lipitlerden oluşmuştur.
Membran olarak tutulurlar, çünkü suyun içindeler.
Suyu alırsanız, bu membranlar bozulur.
Lipitler genleri açmak için sinyal olarak da davranır.
Sonra esasında diğer çalışmalarımızda keşfettiğimiz
varsayılan koruyucuların fonksiyonunu anlayabilmek için
fizyolojik ve biyokimyasal çalışmaları kullanıyoruz.
Sonra da bitkinin doğal çevresiyle nasıl
başa çıktığını anlayabilmek için tüm bunları kullanıyoruz.
Biyotik bir uygulamaya anlamlı önerilerde bulunmak için
kurumaya tolerans mekanizmasını
kapsamlı olarak anlamaya ihtiyacım olduğu felsefesine hep sahiptim.
Eminim bazılarınız şöyle düşünüyor,
"Biyotik uygulamayla
genetik olarak değiştirilmiş tahılları mı kastediyor?"
Bu soruya cevap şu:
Genetik değişiklik tanımınıza göre değişir.
Bugün yediğimiz tüm mahsuller, buğday, pirinç ve mısır
atalarına göre genetik olarak hayli değiştirilmişlerdir,
ama onları genetik olarak değiştirilmiş saymayız.
Çünkü geleneksel üretimle üretilmektedirler.
Eğer dirilen bitkilerin genlerini tahıllara koyacağımı düşünüyorsanız,
cevabım evet.
Zaman içinde bu yaklaşımı denedik.
Daha da önemlisi, UCT'de bazı işbirliği yaptığım kişiler,
Jennifer Thomson, Suhail Rafudeen
bu yaklaşıma önayak oldular
ve size yakında bazı veriler göstereceğim.
Ancak son derece hırslı bir yaklaşıma girişmek üzereyiz,
ki her tahılda hâlihazırda mevcut olan
gen takımının hepsini açmayı hedefliyoruz.
Çok kurak koşullarda hiç açılmadılar.
Bunlara genetik modifiyeli
denip denmemesine karar vermeyi size bırakıyorum.
Şimdi size bu ilk yaklaşımdan bazı veriler sunacağım.
Bunu yapmak için
genlerin nasıl işlediğini biraz açıklamam lazım.
Muhtemelen hepiniz biliyorsunuz ki
genler çift sarmallı DNA'dan oluşmuştur.
Vücudunuzdaki veya bir bitkinin gövdesindeki
her hücrede mevcut olan kromozomlara sıkıca bağlıdırlar.
Eğer bu DNA'yı açarsanız, genleri bulursunuz.
Her genin, sadece bir açma-kapama düğmesi olan
bir başlatıcısı,
gen kodlama bölgesi
ve sonra bu genin sonu olduğunu
ve diğer genin başladığını belirten bir sınırlayıcısı var.
Başlatıcılar basit açma-kapama düğmeleri değildir.
Normalde çok fazla ince ayar gerektirirler,
gen açılmadan önce birçok şey mevcut ve doğru olmalı.
Biyoteknoloji araştırmalarında tipik olarak yapılan şey,
nasıl açılacağını bildiğimiz
uyarılabilir bir başlatıcı kullanmak.
Bunu ilgilendiğimiz genle birleştirip
bir bitkiye koyarız ve bitkinin nasıl cevap verdiğine bakarız.
Size bahsedeceğim çalışmada,
işbirliği yaptığım kişiler dirilen bir bitkide keşfettiğimiz
kuraklık uyarılmış başlatıcıları kullandılar.
Bu başlatıcı ile ilgili olarak güzel olan şey bir şey yapmamamız.
Bitkinin kendisi kuraklığı hissediyor.
Bunu dirilen bitkilerden antioksidan genleri sürmek için kullandık.
Neden antioksidan genler?
Bütün stresler, özellikle de kuraklık stresi
serbest radikallerin veya reaktif oksijen türlerinin
oluşmasıyla sonuçlanır,
ki bunlar oldukça zarar vericidir ve ekin ölümlerine neden olabilir.
Antioksidanların yaptığı şey, bu zararı durdurmaktır.
İşte burada Afrika'da çok kullanılan bir mısır türünden birtakım veriler var.
Okun solunda gensiz bitkiler var,
sağda --
antioksidan genleri olan bitkiler.
Su vermeden geçen üç haftadan sonra,
genleri olanlar çok daha iyi durumda.
Şimdi de son yaklaşım.
Araştırmam, tohumlarda kuruma toleransı ile dirilen bitkilerin
mekanizmasında dikkat çekici benzerlikler olduğunu gösterdi.
Bundan dolayı şu soruyu soruyorum,
aynı genleri mi kullanıyorlar?
Ya da biraz farklı ifade edersek,
dirilen bitkiler kökleri ve yapraklarında tohum kuruma toleransıyla evrilmiş
genleri mi kullanıyorlar?
Dirilen bitkilerin kökleri ve yapraklarında
bu tohum genleri tekrar mı görevlendirilmiş?
Bu soruyu grubumda yapılan
bir sürü araştırmanın ve Hollanda'dan Henk Hilhorst,
Birleşik Devletler'den Mel Oliver ve Fransa'dan Julia Buitink'ten
oluşan bir grupla yeni yapılan
bir işbirliğinin sonucu olarak cevaplıyorum.
Cevap evet,
her ikisinde de mevcut ana gen seti bulunuyor.
Bunu mısır için kabaca göstereceğim,
ki burada kapama düğmesinin altındaki kromozomlar
kuruma toleransı için gerekli genlerin tümünü temsil eder.
Mısır tohumları gelişim dönemlerinin sonunda kuruduklarında,
bu genleri açarlar.
Dirilen bitkiler aynı genleri
kuruduklarında açarlar.
Bundan dolayı tüm modern tahılların
kökleri ve yapraklarında bu genler bulunmaktadır,
ama bunları hiç açmazlar.
Sadece tohum dokularında açarlar.
Şu an yapmaya çalıştığımız şey,
tahıllarda bu süreci taklit etmek için
dirilen bitkilerdeki bu genleri açan çevresel
ve hücresel sinyalleri anlamak.
Ve son bir görüş.
Hızlıca yapmaya çalıştığımız şey,
dirilen bitkilerin evriminde doğanın 10 ila 40 milyon yıl kadar önce
yaptığı şeyi tekrar etmek.
Bitkilerim ve ben dikkatiniz için teşekkür ederiz.
(Alkış)