Rice genomic markers

A catalog of genetic variation in a crop species facilitates marker-assisted breeding, gene mapping and analysis of elite traits. Xu et al. resequenced 40 cultivated and 10 wild rice accessions to >15 x coverage, yielding 6.5 million single-nucleotide polymorphisms and 808,000 small insertions and deletions. Article…

Pirinç miRNA’sı insan kanında stabil kalıyor

Cell Research dergisinde yayınlanan bir çalışmada  pirinçle beslenen deney hayvanlarında miRNA’nın absorblandığı ve hatta kandaki LDL reseptör proteinine bağlanarak onun gen anlatımını değiştirdiği (LDL atılımına neden olduğunu) çeşitli yöntemlerle gösterildi.  Bu çalışma besinlerle alınan miRNA’nın yüksek canlılarda gen anlatımını hedefleyebildiğini gösteren ilk çalışma olması bakımından çok önemli. MIR168a adı verilen bitkisel miRNA’nın pişirme sonrası dahi stabil olduğu, serum ve dokularda varlığı gösterilerek kanıtlanmış.

Bu çalışma şüphesiz besinlerin vücudumuzda yarattığı değişimi mikro seyiyede göstermesi bakımından çok değerli, bu alandaki tartışmalara da zemin olacaktır. Örneğin  ”GDO’dan insana DNA geçer” diyenlere destek olabilir mi?….Çalışmada DNA değil miRNA’dan bahsediliyor,  insan kan ve dokularında pirinç yemesekde çok sayıda miRNA bulunuyor. Bakteri ve virüslerin DNA’sını da besinlerle vücudumuza alıyoruz. O zaman  beslenme süresince nükleik asitlerin geçişi söz konusu ve bunların bir kısmı vucutta “stabil” kalabiliyor, bunun RNA olması şaşırtıcı çünkü tek-zincirli ve daha kırılgan bir molekül..Diğer yandan bu moleküllerin hücresel metabolomikde bir yerlere entegre olması ve gen anlatımını değiştirmesi son derece ilginç.

 

Original Article

Cell Research (2012) 22:107–126. doi:10.1038/cr.2011.158; published online 20 September 2011

Draft genome sequence of pigeonpea (Cajanus cajan)

Pigeonpea is an important legume food crop grown primarily by smallholder farmers in many semi-arid tropical regions of the world. We used the Illumina next-generation sequencing platform to generate 237.2 Gb of sequence, which along with Sanger-based bacterial artificial chromosome end sequences and a genetic map, we assembled into scaffolds representing 72.7% (605.78 Mb) of the 833.07 Mb pigeonpea genome. Genome analysis predicted 48,680 genes for pigeonpea and also showed the potential role that certain gene families, for example, drought tolerance–related genes, have played throughout the domestication of pigeonpea and the evolution of its ancestors. Although we found a few segmental duplication events, we did not observe the recent genome-wide duplication events observed in soybean. This reference genome sequence will facilitate the identification of the genetic basis of agronomically important traits, and accelerate the development of improved pigeonpea varieties that could improve food security in many developing countries  (….).

Gene targeting by zinc finger nucleases (ZFNs)

 Zinc-fingers are one of the known structural motifs present in DNA-binding regions of transcription factors.  By using specific binding feature of zinc fingers to DNA triplets, a new generation of zinc finger endonucleases (ZFNs) have been designed for gene targeting. By this way, ZFNs  cleavage  double strand  DNA on specific binding sites and stimulate repair processes. Homologous recombination, non-homologous end-joining or deletions/insertions can be occured at these sites during ZFN activity. By taking the advantage of design synthetic zinc finger nucleases, gene targeting (GT) was tested  in various organisms (yeast, plant and mouse cell lines). This approach is promising for plant genetic engineering beacuse normally the integration of transgenes into plant genome occurs in a  random manner which may result gene silencing or inactivity of other genes. Therefore, site-directed genomic applications will be useful to control integration patterns and proper transmission of transgenes to the generations in the future.

recent publications:

http://www.nature.com/nbt/journal/v29/n9/full/nbt.1948.html

Bakterilerde birlik-etkisini önleyen maddelerin keşfi

  Bakteriler, özel sinyal molekülleri salarak koordineli davranışlar gösterirler. Örneğin,  az sayıdaki  bakteri hücreleri  konaklarında hastalık oluşturmazken, bunlar belli bir sayıya ulaştıklarında “hastalık yapıcı” özellik kazanmaya başlarlar. …Bu bir çeşit “birlik-etkisi”dir. Son yıllarda bakteri-bakteri iletişimi (Quorum-sensing) olarak bilinen bu mekanizmanın farklı türden bakteriler arasında da olduğu ortaya çıkmıştır. Yani bir bakteri ortamdaki  farklı bir bakteriyi ürettiği sinyalden tanıyabilir.  Diş plaklarının oluşumunda böyle bir etkinin olduğu belirlenmiş.  

Son yıllarda bazı bitkilerin  bakteri-bakteri etkileşimini kesen bileşikler içerdiği bulundu. Bu çok şaşırtıcı değil. Milyonlarca yıllık evrim sürecinde bitkiler çevrelerindeki bir çok  mikroorganizma ile birlikte yaşıyorlar ve onlara karşı koruyucu bileşikler üretiyorlar.   Bu bitkiler hangileri? Şimdilik belirlenenler arasında arasında sarımsak, bezelye ve biberiye türleri var.  İtalya’nın güneyinde yetişen  bir elma varyetesinde de bakteri üremesini durduran maddelere rastlanmış. Burada dikkat edilmesi gereken, bu bileşiklerin bakterileri öldürmemesi  sadece sinyalleşmeyi keserek ”birlik-etkisi”ni bozmaları. Bu da onlara kullandığımız ilaçlara göre bir çeşit üstünlük kazandırıyor.  

Vucudumuza aldığımız bazı  besinler, hastalık yapıcı  bakterilerin üremesini engelleyecek kimyasalları içeriyor olabilirler. Bu da sebze-meyve ağırlıklı beslenmenin bağışıklık sistemimizi koruyarak neden  daha sağlıklı olduğunu açıklayabilir. İtalyan elmasındaki fenolik bileşikler test edildiğinde  her birinin ayrı ayrı bakteri üremesini durdurmadığı ancak hepsi bir arada kullanıldığında sinerjetik etki  gösterdikleri bulunmuş. Bu konudaki araştırmalar  ileriki yıllarda bakterilerin kontrol edilmesinde çok önemli gelişmelere yol açacaktır.

YAYIN

Bitkiler ve Genetik

Bitkilerin insan yaşamındaki önemi büyük. Onların ürettiği oksijeni soluyoruz, soframızda buğday, mısır, pirinç, fasulye, patates ve daha birçokları var, yağımız ayçiçeğinden ve zeytinden geliyor, üzerimize giydiğimiz giysiler pamuktan yapılıyor, yediğimiz hayvanları arpa ve darı ile besliyoruz. İçtiğimiz ilaç tıbbi bitkilerden geliyor, şarap üzümden, esanslar yine bitkilerden, bahçemizi onlarla süslüyoruz, hastamızı onlarla sevindiriyoruz . Midemiz ağrıdığında nane-limon kaynatıyoruz, rahatlamak istediğimizde adaçayı, lavanta kolonyası. Şimdi onları yakıt olarak da kullanmak istiyoruz (Biyodizel) .  Bu örnekleri çoğaltırsak bitkilerin hayatımızın merkezinde olduğunu göreceğiz.. Daha tanımadığımız, sadece bizim coğrafyamızda büyüyen, belki de azalan, yüzlerce bitki türünün olduğu bir kara parçasında yaşıyoruz. Onları korumakta zorluk çekiyoruz, belki bazıları sessiz sedasız yok oluyor (Bknz. “Sahlep” yapımında kullanılan “orkide” türleri).

Bitkilerin genetik yapılarında çok sayıda değişiklik yapılıyor. İlk üretilen GDO, domates!  raf ömrü uzatılmış ve bu süre etilen spreylemesi olmadan olgunlaşmasına olanak vermiştir (Normal domateste raf ömrü 4-7 gün olduğundan etilen sıkılarak olgunlaşması hızlandırılır). Genetik mühendisliğiyle domatesteki Poligalakturonaz (PG) geni  ters olarak genoma sokulmuş, böylece domatesin dış kabuğundaki “pektin”i yıkan enzimin üretimi engellenmiştir (Antisense RNA teknolojisi). 1994’te FDA’dan onay alan genetiği değiştirilmiş domatesten günümüze ürün bitkilerinin genetik yapılarında sayısız değişiklikler yapılmıştır. Yanı sıra  biyoteknoloji, insanlığı tehdit edebilecek kuraklık ve hastalık riskleriyle  savaşıyor.   

Bitkiler önümüzdeki yıllarda  biyoteknolojinin objesi olmaya  devam edecek ve sonuçları da hayatımıza önemli şekillerde yansıyacak (bunu biliyormuyuz?) . O nedenle  bitkilere bakışımızı, onları tanımaya ve korumaya yönelik gayretlerimizi artırmamız ve bilinçlenmemiz gerekiyor.

Not: İstanbul Üniversitesi Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü ve İÜ Biyoteknoloji ve Genetik Mühendisliği Araştırma ve Uygulama Merkezi’ -BİYOGEM  bitkilerde gen teknolojisi ve doğal ürünlerin araştırılması konularında yoğun çalışmalar yapmaktadır.

Köln, Max Planck Enstitüsü

    Max Planck Enstitüleri,  “Kuantum kuramı”nı geliştiren  Max Karl Ernst Ludwig Planck’a itafen   Almanya’nın çeşitli şehirlerinde 80 kadar şubesi olan bağımsız araştırma kuruluşlarını ifade ediyor.  Çağımızın ünlü fizikçisi Born, Planck’ın bilimsel kişiliğini şöyle özetlemiş: “Yaratılıştan tutucu bir kafa yapısına sahipti; “devrimsel” diyebileceğimiz hiçbir eğilim ve özentisi yoktu. Olguları aşan spekülasyonlardan da hoşlanmazdı. Ne var ki, salt deney verilerine olan saygısı nedeniyle, fiziği temelinden sarsan en devrimci düşünceyi ileri sürmekten de kendini alamadı.”

Meşhur devasa  katedraliyle   ünlü Köln’ün batısında işlek yerleşim yerlerinden  izole olan Max Planck for Plant Breeding Science ise farklı araştırma kollarındaki diğer (Yazılım sistemleri, Biyofizik- Kimya ve Matematik gibi) şubelerden ayrılıyor ve Bitki Genetiği’ne odaklanıyor. Dört büyük araştırma grubunun yanı sıra küçük bağımsız araştırma grupları var. Ağırlıklı olarak “Bitki-mikrop etkileşimleri” ve “Bitkisel gelişim genetiği” altında değişik yaklaşımlar var. Üç ay süreyle çalışacağım, grup  ise bitkilerde çiçeklenme zamanı ve circadian ritmi üzerinde araştırmalar yapıyor. Bitkilerdeki bu temel  iki fizyolojik olayın abiyotik stres yanıtıyla olan ilişkisini araştırıyorlar ki gerçekten çok ilginç. Bu kısaca, fotoperiyoda uyumlu ve circadian saati çevresel koşullarla özdeşleşen bitkilerin  strese de daha toleranslı olacağı hipotezi üzerine kurulu. 

Bu enstitüde ilk göze çarpan “compact” yapı yani birimlerin  birbiriyle iç içe olması, grup etkileşimlerindeki verime yansıyan bir özellik olsa gerek, yaygın değil ama bir arada yaşam.

 Max Planck Topluluğu (Almanca: Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e. V., MPG) kar amacı gütmeyen, Alman federal hükümeti ve eyaletlerce maddi yönden desteklenen bağımsız bir araştırma kuruluşudur.

Max Planck Enstitüsü Dergisi http://www.mpg.de/en

Enstitü, 2006’da dünya çapında üniversite dışındaki kurumlar arasında birinci seçilmiş.

Kuraklığa dayanıklı mısır Afrika’da denenecek

Kuraklık önümüzdeki yılların en önemli tarımsal problemi olarak küresel bitki ıslahı programlarında yerini almaktadır. Dünya genelinde suyun en büyük tüketicisinin tarım olduğu düşünülürse, özellikle, gelişmekte olan sıcak iklim kuşağındaki ülkelerde suyun yaşamsal önemi daha iyi anlaşılır. Kuraklık başta Afrika olmak üzere orta kuşak ülkelerinde yüksek bir yıkıma neden olabilecektir. Bu öngörülerden yola çıkan küresel tarım kuruluşlarının sıklıkla söz ettiği ürün “kuraklığa dayanıklı mısır”dır. Su kıtlığında yetişecek bitkisel ürünlerin geliştirilmesi çalışmaları ve denemeleri ise, Afrika, Hindistan ve Avustralya’da yapılıyor.

Öncelikle Araştırma. Genetik olarak bitkilerin strese verdikleri yanıtlar karmaşık ve çalışılması zordur. Burada genel strateji genetik çeşitliliğin çok iyi analiz edilerek kuraklığa dayanıklılığı sağlayan elementlerin ticari varyetelere aktarılmasıdır. Bu konularda Arabidopsis bitkisinden elde edilen sonuçlar sıklıkla kullanılıyor. Ayrıca pirinç, buğday ve hardal gibi ürünlerde tuzlu toprağa ve az suya dayanıklı hatlar geliştirilmektedir. Bitki hücreleri su dengesini korumak zorunda. Su az olduğunda, hücreler amino asit, şeker ve organik asitleri biriktirme yoluna gitmekte, ayrıca K+ iyonu depolamaktadır. İyon birikimi en fazla enzimleri etkilediğinden, bu iyonlar vakuol gibi organellerde depolanmaktadır. Abiyotik strese bitkilerin yanıtı ise genetik düzeyde yoğun araştırmalara konudur.

Genetik Mühendisliği Yoluyla Kuraklığa Çözüm. Bu konuda stres ilişkili genlerin bilinmesi ve tanımlanması önem taşır. Bu genlerin bir kısmı hücreleri su azlığından koruyacak proteinleri kodlamaktadır. Diğer bir kısmı, madde birikimleri, zar stabilitesi ve sinyal yolları ile ilişkilidirler. En az üç metabolik yol su stresi ile ilişkili olarak düzenlenmektedir. Absisik asit (ABA) adı verilen bir bitki hormonu su kaybında önemli rol oynamakta ve stres anında artmaktadır. Bu artış stomaların kapatılarak daha fazla su kaybını engellemektedir. Arabidopsis’den elde edilen ERA1 geni ise, ABA sinyallenmesi ile yakından ilgilidir ve ERA1 aktivitesi engellenen bitkiler kuraklığa tolerans sağlamıştır. ABA yollarının yanı sıra DREB1 ve DREB2 transkripsiyon faktörleri de tolerans artışında kullanılmıştır. Genetik mühendisliği ile elde edilen bitkilerde tarla denemeleri yapılmış ve bunların klasik ıslahla elde edilenlere göre oldukça iyi stres-toleransı olduğu belirtilmiştir. Suyun yeterli olduğu koşullarda da transgenik hatlar ile normalleri arasında verim açısından bir fark olmamıştır. Genetik mühendisliği ile kuraklığa tolerans %15-25 oranında elde edilebilmektedir (http://www.performanceplants.com). Kanadalı bir biyoteknoloji firması, mısırın yanı sıra soya, pamuk ve süs bitkilerinde denemeler yapmaktadır. Sonuç olarak ileride yaşanacak iklim değişikliklerine karşı abiyotik stres çalışmaları çok çeşitli türlerde devam etmektedir.

Kuraklığa dayanıklı Mısır için Afrika’da tarla denemeleri başladı. Bu proje Water Efficient Maize for Africa (WEMA) adı altında Uganda ve Kenya’da Kasım ve Aralık 2010’da başlatıldı. Ulusal Biyogüvenlik Komitesi bu denemeleri kontrol etmektedir. Kaynak : www. isaaa.org

Buğday ve biyoteknoloji

 

Buğday en önemli  besin kaynaklarımızdan biri . Yerel ve modern ziraatle geliştirilen buğday çeşitleri, uzun zamana kadar biyoteknolojinin de ilgi alanındaydı.  İlk  GD (genetiği değiştirilmiş)  buğdayı Monsanto şirketi  üretti ki  MON 71800 yada  “Roundup Ready” olarak biliniyor. Bu buğday hattına aktarılan gen, bitkiyi glifosat herbisitine (Bir çeşit yabani ot ilacı) karşı koruyan bir enzim üretiyordu. Monsanto, normal ve GD buğday arasındaki besinsel içeriğin aynı olduğunu  hayvan deneyleriyle kanıtlasada toplumda GDO’lara  karşı olan tepki nedeniyle bu ürün pazara sunulmamıştır.    

 Buğday çok sayıda mantar hastalıklarına maruz bir bitkidir. Sarı pas (Puccinia), Septoria ve Fusarium bunlardan bazıları. Özellikle Fusarium (ki ülkemizde F. culmorum türü baskın), başak  ve köklerde önemli derecede enfeksiyon yaparak  toksinler salgılamaktadır. Bu toksinler besin zinciri yoluyla hayvan ve insanlara geçerek mide bulantısı, hormonal dengesizlik ve adını koyamadığımız hastalıklara yol açabilmektedir. Biyoteknolojiyle ilgili kuruluşlar ise buğdayı  mantarlara karşı koruyacak bir gen bulmak istiyorlardı. Böylece bu geni yeni varyetelere aktarabilir ve onları dayanıklı kılabilirsiniz. Yıllar süren uzun melezleme çalışmaları süresince, bu yeni varyeteler oluşturulurken  bitkinin atalarında bulunan bir çok gen kaybolmuştur. Dolayısıyla bu dayanıklılık genlerini bitkinin şu anda kullanılmayan atasal hatlarında aramak makul bir yoldur.  Sonuçta İsviçre’de bir grup Lr34 genini, İngilteredeki bir başka grupta Yr36 genini saptadılar ki bu genler Puccinia adı verilen pas hastalığı etmenine dayanıklılık sağlamaktadır.

Çin ise çok geniş bir proje başlatarak, virüslere mantarlara ve böceklere dayanıklılığı arşatırmaya girişti ve 2015 yılında pazara sunulmaya aday buğday hatları geliştireceğini açıkladı.  

Avustralya’nın Tübitakı CSIRO, tuzlu topraklara dayanıklılığı sağlayan iki gen (Nax1 ve Nax2) saptadı. Bu genler  atasal buğdayda ortaya çıkmıştı. Bu iki gen sayesinde bitki tuzun köklerden gövdeye geçişini engelliyor. CSIRO tarla denemesi yaparak bu genleri taşıyan hatların, normal olanlara göre %25 daha verimli olduğunu saptadı.  Normalde makarnalık buğdayın ekmeklik buğdaya göre tuza daha hassas olduğunu hatırlatalım.

Buğday, içerdiği gluten nedeniyle bazı kişilerde çölyak hastalığına yol açıyor. Washington Üniversitesinde çölyaka neden olan gliadin maddesini içermeyen buna karşılık daha fazla Lizin amino asiti içeren (yani besin değeri artırılmış) buğday geliştirme çalışmaları yapılıyor.  

Ve Kuraklık. Önümüzdeki 20 yılın en önemli sorunu. Bu sadece iklim değişiklikleriyle değil aynı zamanda suyun azalmasıylada ilgili. Kuraklık  büyük buğday üreticileri için (ki Türkiye de dahil) mutlaka önlem alınması gereken bir konu. Avustralya bu konuda yoğun çalışmalar yapan bir ülke. 2007 yılında Victorya bölgesinde buğday üretimi kuraklık nedeniyle %70 azalınca ve bu da 300 milyon dolarlık bir kayba neden olunca, Avustralya GDO buğday çalışmalarına ağırlık verdi. 2007’de 30 farklı GD buğday üretti, ki bunların her birinde en az 6 farklı kuraklığa dayanıklılık geni aktarılmıştı. Bu genler, mısır, tere, yosun ve maya’dan alınıp buğdaya aktarıldı ve buğdayın az su bulunan ortama dayanıklılığı test edildi. Avustralyalı bilim adamları  bu çalışmaları sürdürmekte ve gerekli olduğu zaman kuraklığa dayanıklı buğdayı pazara sürmeyi planlamakta. Bu şekilde genetik mühendisliği yoluyla üretilecek buğday kuraklık, soğuk ve aşırı tuzluluğa daynıklı olarak insanların besin ihtiyacını karşılamaya devam edecek.      

Diğer tahıllar arasında biyoteknoloji yoluyla üretilmiş buğdayın pazara sunulması ve kabul görmesi, GDO karşıtlığı nedeniyle o kadar kolay  değil. Buna karşın, çiftçi ve tüketicilerin nabzını sürekli tutan uluslarası kuruluşlar, raporlar hazırlayıp GD  buğdayın önümüzdeki yıllarda gittikçe daha fazla kabul göreceğini bildiriyorlar. Avustralya, Kanada ve ABD, GD  buğday için AR-GE’ye yatırım yapan ülkeler..

(Kaynak: ISAAA)

Biotech wheat

Wheat is a member of the grass family that produces modified fruit which is fused with its single seed, forming the grain. The fruits are borne together in a panicle and the edible part of the seed or grain is called kernel. The Middle East is the geographical origin of wheat¹. Wheat is a staple food that is processed into flour and used for different types of breads, pastries, pastas, and cereals. It is also used for fermentation of alcoholic beverages² and biofuels³. Triticum aestivum L. (bread wheat) and Triticum durum (durum or macaroni wheat) are the commonly grown species today⁴.

Wheat is the second most-produced cereal crop after maize, with 683.15 million metric tons of global production in 2009⁵. The top three producers of wheat are China, India, and the United States of America. China, the top producer of wheat globally, utilizes its entire wheat yield. India also cultivates for its own consumption. The U.S. produces around 1.3 to 2 billion bushels per year (1 bushel of wheat at 13.5% moisture=27.21kg) but half of it is exported. Canada, Australia and Argentina also export a portion of their wheat production. For the last decade or so, wheat hectarage has consistently declined and failed to meet the target⁶.

Maize and soybean are getting ahead of wheat in terms of production because conventional efforts for wheat are not keeping pace with the modernized techniques used to improve maize and soybean⁷. Thus, there is renewed emphasis on utilizing biotechnology approach to produce more wheat, which may solve the problems that conventional breeding methods cannot. (…)