Biyoteknolojinin Tarım Alanındaki Uygulamaları

Konu Anlatımı

Ne Öğreneceğiz?

Bu konuda tarımsal biyoteknolojinin üç temel başlığını ele alacağız: bitkiye yabancı gen aktarılması, pestisite dirençli bitkilerin üretimi ve doku kültürü yoluyla bitki çoğaltma. Bu üç başlık, biyoteknoloji biliminin tarımda nasıl kullanıldığını anlamak için birlikte düşünülmelidir. Önce kavramları tanımlar, sonra uygulama adımlarını sırayla izler, en sonda da kavramları bir tabloda karşılaştırırız.

Ön Bilgi: Tarımsal Biyoteknoloji Nedir?

Tarımsal biyoteknoloji, canlıların kalıtsal materyalini değiştirerek ya da kültür koşullarını yöneterek tarımda verim ve kaliteyi artırma yöntemlerinin tümüdür. Buradaki gen aktarımı, bitkinin kendi genomunda bulunmayan bir genin bilinçli olarak yerleştirilmesidir; ortaya çıkan bitkiye transgenik bitki denir. Doku kültürü ise bitki hücrelerinin yapay besin ortamında büyütülmesidir. Bu iki yöntem birbirinin yerine geçmez, çoğu kez birlikte kullanılır: önce doku kültürüyle bitki hücreleri çoğaltılır, sonra bu hücrelere yabancı gen verilir.

Basit Örnek: Gen Aktarımının Temel Adımları

Gen aktarımı birkaç basamaktan oluşur. İlk basamakta istenen gen, uygun bir vektör içine yerleştirilir. İkinci basamakta vektör, hedef bitki hücresine sokulur; bitkilerde bu işlem Agrobacterium bakterisi aracılığıyla ya da biyolistik yöntemle yapılabilir. Üçüncü basamakta, hücrede başlatıcı bölge ve sonlandırıcı bölge yardımıyla genin transkripsiyonu gerçekleşir ve yabancı protein üretilir. Son basamakta seçici ortam kullanılarak yabancı geni almış hücreler ayrılır, bitkiler yenilenerek toprağa dikilir.

İleri Örnek: Pestisite Dirençli Bitkiler

Bir zararlı, bitkinin bir organını kemirerek ya da emerek yaşar ve ürün kaybına yol açar. Pestisit kullanımı bu kaybı azaltır ancak çevreyi kirletir ve zararlıda ilaca direnç gelişmesine neden olabilir. Biyoteknolojik çözüm, bitkinin kendisine direnç kazandırmaktır. En yaygın örnek Bt uygulamasıdır: Bacillus thuringiensis bakterisinin ürettiği kristal proteinin geni bitkiye aktarılır. Böcek yaprağı yediğinde toksin bağırsakta etkinleşir, hücre zarı geçirgenleşir ve larva ölür. Bu yöntemle pamuk, mısır ve şeker pancarı gibi bitkilerde direnç sağlanmış çeşitler üretilebilir.

Direnç dışında başka özellikler de aktarılabilir. Meyvenin olgunlaşmasını geciktiren genler domateste raf ömrünü uzatır. Vitamin öncüsü olan beta-karoten sentezleyen genler pirinçte beslenme değerini artırır. Kuraklık, tuzluluk ve aşırı sıcaklık gibi abiyotik etkenlere dayanıklılık kazandıran genler ise su sınıtı olan bölgelerde üretimi mümkün hâle getirir. Buna karşılık böcek ve mantar gibi canlı etkenler biyotik zararlılardır; bunlara karşı da direnç geni aktarılabilir.

Doku Kültürü ile Tarımsal Üretim

Doku kültürü, seçilen bir bitki hücresinden çok sayıda ve birbirinin aynı bitki üretmeyi sağlar. Bu üretime mikro çoğaltma denir ve özellikle ağaç, süs bitkisi ile fidan üretiminde kullanılır. Kültüre alınan doku genellikle meristem bölgesidir; meristem hücrelerinde virüs birikimi çok düşük olduğundan hastalıksız fidan elde edilir. Başka bir yöntem embriyo kültürüdür; olgunlaşmamış embriyo yapay ortamda geliştirilerek korunur.

Doku kültürünün genetik düzeyde önemli bir sonucu da haploit bitki üretimidir. Anter (polen) kültüründe gametler mayozla oluştuğu için n kromozom taşıyan yapılar gelişir. Bu bitkide kromozomlar bir kez eşlenir ve hücre bölünmezse kromozom sayısı 2n olur; genetik olarak homojen ve sabit bir dizi elde edilir. Doku kültüründe ortaya çıkan, anaçta bulunmayan değişikliklere somaklonal değişim adı verilir.

Adım Adım Çözülmüş Örnek

Bir tarlada hastalık belirmiştir. Adım 1: Hastalığın etkeni belirlenir. Adım 2: Etken taşımayan meristem dokusu seçilir. Adım 3: Bu doku besin ortamında kültüre alınır ve hücreler çoğalır. Adım 4: Yenilenerek kök ve sürgün kazanır. Adım 5: Alıştırılan fidanlar üretime alınır. Böylece hastalık etkeni taşımayan klon bitkiler elde edilir. Bu örnek, doku kültürünün yalnızca hızlandırıcı değil, aynı zamanda hastalıkları önleyici bir araç olduğunu gösterir.

Sık Yapılan Hatalar

• Transgenik ile mutant bitkiyi karıştırmak: mutasyon kendiliğinden oluşur, gen aktarımı ise bilinçlidir.
• Klon çoğaltmada genetik yapının değiştiğini sanmak: klon, anaç bitkiyle aynı genotipe sahiptir.
• Haploit ile diploit kromozom sayısını ters vermek: gametler n, zigot 2n kromozom taşır.
• Krossing-over olayının mayoz II'de gerçekleştiğini düşünmek: krossing-over mayoz I'de görülür.
• İğ ipliklerinin bitki hücresinde sentriyolden çıktığını sanmak: yüksek yapılı bitkelerde sentriyol bulunmaz.

Sınav Odaklı Ek Not

Nasıl sorulur, nasıl çözülür? Tarımda uygulanan biyoteknolojik yöntemler sorusunda önce yöntemin adını, sonra amacını yaz; gen aktarımı genin aktarılmasına, doku kültürü hücrenin çoğaltılmasına dayanır. Dirençli bitkilerin yararı sorusunda ilaçlamanın azalmasını ve verimin korunmasını vurgula. Kromozom sayısı sorusunda önce n ya da 2n değerini belirle, sonra hesapla: gametler n, döllenmeyle oluşan zigot 2n kromozomlu ve diploittir. Haploit üretimi sorusunda anter kültürünü, ardından kromozom eşlemeyi hatırla. Avantaj ve dezavantaj sorusunda gen akışını, zararlıda ilaç direncini ve biyotik çeşitlilik kaybını ele al.

Özet ve Kendini Dene

Tarımsal biyoteknolojisi; gen aktarımı, pestisite dirençli bitkiler ve doku kültürü olmak üzere üç araçla çalışır. Gen aktarımı istenen özelliği doğrudan bitkiye kazandırır, doku kültürü aynı genotipe sahip bitkileri çoğaltır ve hastalıklardan arındırır, geleneksel ıslah ise uzun süreli seçilime dayanır. Kendini dene: Bt uygulamasının çalışma mantığını, haploit üretiminde n ve 2n ilişkisini ve doku kültürünün iki temel yararını açıkla.

Karşılaştırma Tablosu