Yatay gen transferi ile gen çalan bitki paraziti: Küsküt otu

Tarım yapan kişiler bilir. Bitki parazitleri olan yabani bitkiler korkutucudur. İşte küsküt otu da bu tür bitkilerden biridir. Tarlada bitki gövdelerine ince filizler halinde dolanarak emeçleri (haustoria) yardımı ile bitkinin besinini hortumlayan bir bitki çeşididir küsküt. Çok sayıda türü vardır. Diğer bitkiler gibi fotosentez yaparak besin yapma kabiliyeti yoktur. Çünkü yaprakları ve klorofil içeren kloroplast isimli organelleri bulunmaz. Kökleri de yoktur. Tarlada diğer bitkilerin arasında beyaza çalan sarı renkleriyle göze çarparlar. Küçük beyaz çiçekleri ve tohumları vardır. Bu tohumlar da uzun ömürlüdür. Lafın kısası, küsküt bir parazittir. Emeçleri yardımıyla, tarımsal öneme sahip bitkileri de yabani bitkileri de su ve besin açısından sömürür. Aynı anda birden fazla bitkiye tutunarak beslenir. Küsküt bağlantıda olduğu tüm bitkileri sararak onları bir ağ halinde birleştirir.

İşte bu beslenme süreçlerinde konak bitkiden parazite su ve besinin yanı sıra gen transferi de olur. Yani gen parçaları parazite geçebilir. Bir türden diğerinin genomuna olan bu gen geçişi yatay gen transferi olarak adlandırılır. Bakteriler arasında da sıklıkla görülen bu mekanizmayı, bakterideki antibiyotik direnç genlerinin bir bakteriden diğerine aktarımından da hatırlayacaksınız. Geçtiğimiz hafta Nature Plant dergisinde yayımlanan yeni bir araştırma küsküt otlarında diğer bitkilerden yatay gen transferi ile geçen çok sayıda işlevsel genin olduğunu ortaya çıkardı*. Bu bitki türlerinde nadir görülen bir durumdur. Gen geçişleri olsa da halen işlevsel olan çok sayıda gen ilk defa küskütte ortaya çıkarıldı. Bu parazit bitki türünün genomunu inceleyen Penn State Üniversitesi araştırmacıları, genlerden 108 tanesinin yatay gen transferi yoluyla bu bitkiye geçtiğini ve bunlardan 18 tanesinin bitkide aktif işlev gördüğünü, emeç yapılarının oluşturulması, amino asit metabolizması ve savunma gibi görevleri olduğunu ortaya çıkardı. Bu genlerden birinin parazit tarafından konak bitkinin savunma genlerini susturmak için kullanılan mikroRNA geni olduğu ortaya çıkarıldı. Araştırmacılar tüm bunlara ek olarak bu genlerin işlevselliklerinin arkasında yatan nedenleri açıklayabilmek amacıyla evrimlerine de baktı. Bu genlerde çok sayıda protein yapı ve işlevini değiştirmeyen mutasyonun da biriktiğini gösterdiler. Bu da doğal seçilimin bu proteini aynı işlevinde bir bütün halinde tutma yönünde işlediğine işaret ediyor. Yani protein konak bitkiden geldiği haline işlevsel olarak daha yakındır. Geçen zaman içinde çeşitli mutasyonları biriktirse de bunların yapı üzerinde büyük etkileri yoktur ve fazlaca işlevsel olarak değişmemiştir. Küsküt otu genomunda araştırmacılar yatay transferle geçen 42 bölgenin işlevsel genlere sahip olmadığını gösterdi. Ekibe göre, bu aslında, gen geçişi sırasında küsküt otunun gelen genleri süzecek bir filtresinin olmadığını; yatay gen geçişi ile çok sayıda genin transfer edildiğini; bunlardan küsküt otuna yararlı olan bir kısmının doğal seçilim yoluyla işlevini devam ettirdiğini göstermektedir.

Araştırmacılar araştırmanın bir sonraki aşamasının gen akışının tek yönlü mü yoksa çift yönlü mü olduğu ve bu akışın hangi yollarla gerçekleştiğini bulmak olduğu konusunda hemfikir. Biz de merakla yeni sonuçlarını bekliyor olacağız.

* Zhenzhen Yang, Eric K. Wafula, Gunjune Kim, Saima Shahid, Joel R. McNeal, Paula E. Ralph, Prakash R. Timilsena, Wen-bin Yu, Elizabeth A. Kelly, Huiting Zhang, Thomas Nate Person, Naomi S. Altman, Michael J. Axtell, James H. Westwood, Claude W. dePamphilis. Convergent horizontal gene transfer and cross-talk of mobile nucleic acids in parasitic plants. Nature Plants, 2019; DOI: 10.1038/s41477-019-0458-0