Arpa toksin gramini nasıl üretir?

Arpa toksin gramini nasıl üretir?

Bazı arpa çeşitleri otçul hayvanları uzak tutan zehirli bir alkaloid üretir. Bu durum bitkiler için faydalıdır ancak bunların hayvan yemi olarak kullanılabilirliğini sınırlar.

Arpa (Hordeum vulgare) bira, kabuğu çıkarılmış tane, ekmek ve diğer gıdaların yapımında kullanılır ve aynı zamanda hayvanlar için yem olarak da kullanılır. Bu onları en önemli tahıl türlerinden biri yapar. Ancak bazı arpa çeşitleri, gramin adı verilen ve kullanımlarını sınırlayan zehirli bir madde üretir. Uzun zamandır bitkinin maddeyi nasıl sentezlediği bilinmiyordu. Hannover Leibniz Üniversitesi ve Leibniz Bitki Genetiği ve Mahsul Bitki Araştırmaları Enstitüsü’nden (IPK) uzmanlar, gramin üretiminde hangi bitki genlerinin rol oynadığını artık tam olarak açıkladılar. Bulguları potansiyel olarak daha asil çeşitlerin yetiştirilmesi için kullanılabilir.

Bitkilerin yenilmeye “ilgisi” çok azdır. Genellikle otçulları uzakta tutan savunmalar üretirler. Birçok arpa çeşidi de bunu yapar: Zehirli alkaloid gramini üretirler. Onları böceklerden ve otlayan hayvanlardan korur. Üstelik yakındaki diğer bitkilerin büyümesini de engeller; Arpa böylece rakipleri uzak tutuyor.

Hannover Leibniz Üniversitesi’nden Jakob Franke,  “Arpa tanelerindeki Gramin insanlar için sorun değil” diyor. Yeni çalışmaya dahil oldu. Zehirli alkaloit esas olarak bitkilerin yaprak ve fide gibi taze, yeşil kısımlarında bulunuyor, ancak yiyecek üretmek için kullanılan tahıllarda pek bulunmuyor. Bir kişinin genellikle tükettiği nispeten küçük miktarlarla zehirlenme riski yoktur.

Arpanın hayvan yemi olarak kullanılması durumunda durum farklıdır. IPK’den John D’Auria, “Hayvancılık çok fazla yiyor ve kulakları, sapları ve yaprakları yutuyor” diye açıklıyor. Kendisi de araştırmaya katkıda bulunmuştur. Geviş getiren hayvanlar genellikle büyük miktarlarda bitki materyali tüketiyor ve bu nedenle D’Auria’ya göre potansiyel olarak çok miktarda toksik olabilecek gramin tüketiyor. Çok fazla alkaloit üreten arpa çeşitleri bu nedenle hayvan yemi olarak yalnızca sınırlı ölçüde kullanılabilir.

Olağanüstü biyokimyasal reaksiyon

Yıllar süren araştırmalara rağmen gramin sentezi için anahtar gen henüz bilinmiyordu. Yeni çalışmayla bu durum değişiyor: IPK ve Hannover Leibniz Üniversitesi’nden uzmanlar artık toksik alkaloidi üreten tüm metabolik yolu aydınlattı. İki gene dayanmaktadır: N-metiltransferaz enziminin planını taşıyan HvNMT ve AMI sentaz adı verilen bir enzimin planını taşıyan HvAMIS. HvNMT 2000’li yılların başında zaten bulunmuştu; Yeni olan, HvNMT ile aynı kromozomda yer alan HvAMIS’in genetik bir faktör olarak keşfedilmesidir.

Araştırma ekibi, araştırmasında, arpa pan-genomu olarak adlandırılan verilerin birkaç yıldır mevcut olmasından yararlandı: farklı çeşitlerden elde edilen ve türler arası karşılaştırmalara olanak tanıyan genetik veriler. İki enzim AMI sentaz ve N-metiltransferaz, amino asit triptofanı gramine dönüştüren ardışık üç reaksiyon adımını mümkün kılar. Bu adımlardan ilki, yani triptofanın şifreli oksidatif yeniden düzenlenmesi olağandışıdır, bu yüzden onu deşifre etmek nispeten uzun zaman aldı. Franke, “Gramini oluşturan enzim mekanizması bizi gerçekten şaşırttı” diyor.

Yeni bulgular, arpa bitkilerinde gramin sentezini spesifik olarak etkilemeyi, örneğin genom düzenlemeyi kullanarak engellemeyi mümkün kılıyor. Bu, gelişmiş çeşitlerin geliştirilmesine yardımcı olabilir. D’Auria, “Yetiştiriciler örneğin fidelerinde ve köklerinde yalnızca Gramin ifade eden bitkiler istiyor; böyle bir şey artık mümkün olabilir” diye açıklıyor. Alkaloidin bitkilerden veya bitki kısımlarından uzaklaştırılmasıyla geviş getiren hayvanlara yönelik toksisite azaltılabilir.

Bunun tersi olan yaklaşım da ilgi çekici olabilir, yani organizmaların daha önce bunu yapamayan gramin üretmesini sağlamak. Franke, “Sentez aparatını hedef organizmaya yerleştirmek nispeten kolaydır çünkü yalnızca iki gen söz konusudur” diyor. Bu, potansiyel olarak savunma maddesi üreten yeni mahsullerin yetiştirilmesini mümkün kılabilir ve dolayısıyla tarımda böcek ilacı ve yabani ot öldürücülerin kullanımını bir şekilde gereksiz hale getirebilir. Bu, tütün bitkileri ve thal tere bitkileriyle yapılan deneylerde zaten başarılmıştır.

Selen Atasoy

Not: Yıllar önce (1947) rahmetli dedemin atları teker teker ölüyordu ve bunun arpa yüzünden olduğunu iddia ederek atlarına çok az arpa verdiğini söylemişti..!