"Genom düzenleme yöntemi, geleneksel seçilim yöntemlerine karşı olmamalıdır. Bitki stres direnci laboratuvarının başkanı "Bu oldukça yeni bir araç" diye vurguluyor Tüm Rusya Tarımsal Biyoteknoloji Araştırma Enstitüsü (VNIISB) Vasily Taranov. – Bir zamanlar cerrahlar bıçakla ameliyat yapardı, sonra ortaya çıktılar neşterler, ardından lazerler. Ameliyat için tamamen farklı seçenekler ortaya çıktı. Yani genetik mühendisliği, bir şeyi alıp geliştirebileceğiniz bir araç sunuyor, ancak daha önce kullanılan her şeyi iptal etmiyor veya değiştirmiyor."
Tüm Rusya Tarımsal Biyoteknoloji Araştırma Enstitüsü (VNIISB), çalışmaları iki ana yönde yürütülen bitki stres direnci için bir laboratuvar işletmektedir: abiyotik ve biyotik strese karşı bitki direncini belirleyen genlerin araştırılması ve genomun düzenlenmesi. Kültür bitkilerinin strese karşı dayanıklılıklarını arttırmak amacıyla Bilim adamlarının araştırma alanı patates ve açıkta öğütülmüş sebzeleri içeriyor.
Laboratuvar başkanı Vasily Taranov ve kıdemli araştırmacı Marina Lebedeva ile en son teknolojilerin özellikleri ve avantajlarının neler olduğu, hangi sonuçları elde edebilecekleri ve laboratuvar bilim adamları tarafından Rus tarım üreticilerinin hangi sorunlarını çözmek için kullanıldıkları hakkında konuşuyoruz.
– Bugün seçim sürecini hızlandırma ihtiyacı hakkında çok fazla konuşma var. Genom düzenleme yönteminin bunun yapılmasına olanak sağladığına inanılıyor. Bu doğru?
V.T.: Biyoteknolojik yöntemlerin seçimi hızlandırmaktan çok bilim adamlarının yeteneklerini genişletmeye yardımcı olduğunu söylemek daha doğru olur. Belirli bir yaşam döngüsüne sahip bitkilerden bahsettiğimiz için çeşitlilik üzerinde çalışma süreci hala oldukça uzun sürüyor.
Ancak uzmanların, geleneksel yetiştirme yöntemlerini kullanarak elde edilmesi son derece zor (imkansız olmasa da) olan sonuçları elde etmesi mümkün hale geliyor.
Genomik düzenlemenin yardımıyla, ekonomik açıdan değerli özelliklerden oluşan kompleksin geri kalanını değiştirmeden korurken, bir çeşidin belirli bir özelliğini doğrudan etkileyen bir mutasyonu bilinçli olarak uygulayabiliriz.
M.L.: Geleneksel yetiştirme yöntemlerini kullanarak yabani bir patatesten elde edilen bir direnç genini kültürümüze katmak istediğimizi hayal edin. Bunu yapmak için yetiştirici, belirli kültürel çizgilerle bir dizi "vahşi" melezlemesi gerçekleştirir. Sorun, direnç geniyle birlikte diğer tüm "vahşi" genlerin de çeşitliliğe aktarılmasıdır ki bu da çoğunlukla son derece istenmeyen bir durumdur. Genetik mühendisliği yalnızca istediğiniz bir geni almanızı/değiştirmenizi sağlar.
– Genom düzenleme yönteminin yaklaşık 10 yıldır bilinmesine rağmen henüz gözle görülür ticari sonuçlar doğurmadığı yönünde bir görüş var.
V.T.: Bu tamamen doğru değil. Dünyanın önde gelen yetiştirme şirketleri genom düzenlemeyi kullanıyor ve bunu gizlemiyor. Ancak tam olarak ne yaptıklarını ve ne gibi sonuçlar aldıklarını bilmiyoruz.
Başarıların reklamı yapılmaz çünkü genetik mühendisliği yöntemleri kullanılarak işlenmiş bir bitkinin pazara sunulması, geleneksel olarak elde edilen bir bitkiden daha pahalıdır. Ve bazen bunu yapmak imkansızdır.
Aynı zamanda, genom düzenlemenin mevcut yöntemler kullanılarak belirli bir çeşitlilik oluşturmak için kullanıldığını kanıtlamak da oldukça zordur.
Test sırasında uzmanlar organizmanın genomunda bir işaret dizisi arayacak; eğer mevcutsa bitkinin genetiği değiştirilmiş olduğu kabul edilecek. Ancak genomik düzenlemeyle genoma hiçbir şey dahil edilmez, dolayısıyla hiçbir şey bulunamaz.
Değişiklikler genellikle sadece bir geni değil, genin belirli bir yerini, kelimenin tam anlamıyla bir nükleotidi, bir harfi etkiler. Geriye kalan milyarlarca harf ise olduğu gibi kalıyor. Bir bitkinin düzenlendiğini belirlemek için, hatayı ortadan kaldırmak için standarttan on kat daha yüksek bir kapsamla aslında tüm genomunu okumanız gerekir. Hiç kimse bu kadar hacimli ve çok pahalı bir analiz yapmayacak ve yetiştirici her zaman bitkiyi mutajenez veya geleneksel seleksiyon kullanarak elde ettiğini söyleyebilir.
– M.L.: Genel olarak genom düzenleme ve özellikle bu teknolojilerin bitkilerde kullanılmasına ilişkin deneyim oldukça yeni bir hikaye.
En azından bir özelliği değiştirmek için onu tam olarak neyi ve nasıl düzenleyeceğinizi bilmeniz gerektiği için. Bitki özellikleri, düzenleme için uygun hedeflerin seçilmesi gereken genler tarafından, çoğunlukla da bir dizi gen tarafından belirlenir. Ancak ilgilenilen özelliklere katkıda bulunan spesifik genlerin fonksiyonlarını ve düzenlemelerini açıklamak, karmaşık ve çoğu zaman uzun çalışmalar gerektirir. Hayvanlar ve insanlarla karşılaştırıldığında bitki özelliklerinin (örneğin dayanıklılık, verimlilik vb.) birçok moleküler mekanizmasını çok iyi bilmediğimizi söyleyebiliriz. Aynı zamanda bitki genomları daha büyük ve daha karmaşıktır; bu da görevi hiç de kolaylaştırmaz. Ancak bitki biyolojisindeki temel araştırmalar sayesinde zaten pek çok şey bilinmektedir ve bunu ne kadar çok anlarsak, modifikasyon olasılıklarımız da o kadar artar.
Ayrıca bazı özelliklerin düzeltilmesini mümkün kılan, ancak yeni çeşitlerin pazara sunulmasını mümkün kılmayan, üzerinde çalışılması biraz hızlanmasına rağmen hala yıllar süren bir yöntemden bahsediyoruz.
– Biyoteknoloji uzmanları gen düzenlemesi yapıyor mu? İşin asıl yönünü (düzenlemenin amacını) nasıl belirliyorlar?
V.T.: Biyoteknoloji uzmanı, seçilen mahsulün başarılı bir yetiştiricisi ile birlikte çalışmalı ve ideal olarak diğer uzman üreticileri de dahil etmelidir. Yetiştirici, çiftçilerle birlikte görevi belirler, yetiştirici uygun genotiplerin seçilmesine yardımcı olur. Biz de biyokimyacılara ve genetikçilere danışıyoruz, bu temelde neler sunabileceğimizi düşünüyoruz (gerekli özellikler biyolojik açıdan her zaman yeterince incelenmiyor). Gerçekte ne yapabileceğimize bakıyoruz, çalışma aşamamızı gerçekleştiriyoruz, ortaya çıkan hattı yetiştiriciye iade ediyoruz ve ıslahçı da sonucu çeşide getiriyor.
- Genom düzenleme pahalı bir teknoloji midir?
V.T.: Bir bitki elde etmenin maliyeti, mahsule ve elde edilen bitkinin düzenlenmiş mi yoksa transgenik mi olduğuna bağlıdır.
Ekipman hakkında konuşursak, halihazırda virüssüz malzeme ve mikro klonlama elde etmekle uğraşan bir şirket için, genom düzenleme için ekipman ve reaktiflerin satın alınması nispeten küçük bir miktara mal olacaktır. Bu tür çalışmalara başlamanın önündeki engel, yatırımın çokluğu değil, nitelikli personel eksikliği olabilir. Böyle özel bir görevi üstlenebilecek ve yerine getirebilecek çok az kişi var.
Maliyetlere dönecek olursak: Bu alandaki teknolojik ilerleme çok hızlıdır. Genom düzenleme yöntemleri, örneğin 2012'de CRISPR/Cas9 (bakterilerin bağışıklık sistemini temel alan yüksek organizmaların genomlarını düzenlemeye yönelik bir teknoloji) keşfedildiğinde ve şu anda sahip olduklarımız çok farklı. Her geçen yıl işletme verimliliği artıyor, maliyetler düşüyor.
M.L.: Bu, insan genom dizileme projesiyle karşılaştırılabilir. İlk insan genomu, sırf bu tür teknolojiler 10'lı yıllarda mevcut olduğu için uluslararası bir konsorsiyum tarafından 2.7 yıl süreyle 90 milyar dolara dizilendi. Şu anda tam bir insan genomunun dizilenmesinin maliyeti 1000 dolardan az ve birkaç gün sürüyor.
– Şimdi laboratuvarınızdan bahsedelim; temel bilime mi yoksa uygulamalı araştırmaya mı odaklanıyor?
V.T.: Her ikisini de yapmaya çalışıyoruz. Başlangıçta öncelik temel şeylere veriliyordu ama şimdi gelişmelerimizi pratiğe uygulamaya çalışıyoruz.
Şu anda örneğin patateslerin Y virüsüne karşı direnç mekanizmalarını inceliyoruz. Bu çok temel bir çalışma, ancak başarılı olursa sonuç dayanıklı çeşitlerin seçimi açısından çok ilginç olacak.
M.L.: Temel ve uygulamalı bilim birbiriyle yakından bağlantılıdır; biri olmadan diğeri var olamaz. Virüsün bitkiyle nasıl etkileşime girdiğini, hangi spesifik proteinlerle etkileşime girdiğini bilmezsek, bitkiyi dirençli hale getirecek şekilde bunları değiştiremeyiz.
2018'den beri Y virüsü üzerinde araştırma yürütüyoruz ve şimdi önümüzdeki birkaç yıl içinde direnç için bir formül elde edeceğimiz gerçeğine yaklaşıyoruz ve gelecekte gerekli pratik sonucu elde edeceğiz: patates bitkisi viral proteinleri sentezlemeyecek, virüse karşı dayanıklı olacak.
– Rus yetiştirme şirketleri/yetiştiricileriyle işbirliği yapıyor musunuz?
V.T.: Patates konusunda genç yetiştirici Maria Polyakova ile çalışıyoruz, Patates Birliği uzmanlarıyla aktif olarak iletişim kuruyoruz ve adını taşıyan Patates Federal Araştırma Merkezi ile temaslarımızı sürdürüyoruz. A.G. Lorja. Lahana konusunda ise Rusya Devlet Tarım Üniversitesi-Moskova Ziraat Akademisi'nin yetiştiricileri ve tohum yetiştiricileri ile etkileşim halindeyiz. K.A. Grigory ve Sokrates Monachos'un Timiryazev'i. Ve bu alanda yaptığımız işlerde tamamen onların rehberliğinde hareket ediyoruz.
– Ve yine virüsler hakkında. Marina Valerievna, bilimsel ilgi alanlarınız arasında yalnızca virüs yok Y. 2023 yılında Rusya Bilim Vakfı'ndan, "Kültür patateslerinin (Solanum tuberosum L.) viromlarının yüksek verimli dizileme yöntemleri kullanılarak incelenmesi" projesine ilişkin araştırma yürütmek üzere bir hibe aldınız. Bu konu neden ilginç?
M.L.: Patatesler vejetatif olarak çoğaltıldıkları için diğer birçok bitkiden daha fazla viral hastalıklara maruz kalırlar. Virüsler yumru köklerde birikir ve sonraki nesillere aktarılır, dolayısıyla viral yük sürekli artar. Patateslerin dejenere olduğunu söylediklerinde biz de tam olarak bundan bahsediyoruz.
Virüsler inert sistemler değildir; hem konakçı bitkiyle hem de birbirleriyle aktif olarak etkileşime girerler. Belirli bir virüsle zaten hasta olan bir bitkinin başka bir virüsle enfekte olamayacağı durumlar vardır. Bir de bitkiye tek başına bulaşamayan, ancak diğer virüslerle işbirliği içinde hareket eden virüsler var. Yakın zamanda bitkilerin kuraklıktan kurtulmasına yardımcı olan virüs türlerini açıklayan bir çalışma yayınlandı. Asalaklıktan karşılıklılığa böylesine beklenmedik bir geçiş.
Patateslerde viral hastalıklarla mücadele edecek etkili bir kimyasal madde bulunmamaktadır. Sağlığını iyileştirmek için oldukça karmaşık ve en önemlisi pahalı yöntemler geliştirilmiştir: in vitro kültür yoluyla mikro yumruların elde edilmesi. Ancak sonuç yalnızca birkaç nesil sürer. Başka çözümler bulmak için virüslerin özelliklerini daha detaylı incelemeniz gerekiyor, dolayısıyla çalışma çok ama çok alakalı.
– GOST 33996-2016 “Tohumluk patates. Kaliteyi belirlemek için teknik koşullar ve yöntemler" başlıklı beş virüs listelenmiştir (PVK - X patates virüsü; SBK - S patates virüsü; MVK - M patates virüsü; YBK - Y patates virüsü; VSLK - yaprak kıvrılma virüsü) patates) ve bir viroid (PSTV – patates iğ yumru viroidi). Onlara odaklanacak mısın?
M.L.: Projem, Rusya'daki patateslerde bulunan viromları (virüs toplulukları) incelemek için yüksek verimli yöntemler kullanmayı amaçlıyor. Bu, hem bir bitkide farklı virüs komplekslerinin bulunması hem de bu virüslerin yaygınlığı açısından ilginçtir.
Dünyada patateslerde toplam 50'den fazla virüs bulunduğu biliniyor. GOST'ta listelenenler en tehlikeli olanlar arasındadır ve ayrıca açık dış işaretlere sahiptirler. Bu nedenle mozaik nekrozu, Y virüsü enfeksiyonunun yaygın bir belirtisidir ve yaprak kıvrılma virüsünün varlığı, yaprak bıçaklarının karakteristik deformasyonuyla belirlenebilir.
Ancak kendilerini fenotipik olarak göstermeyen birçok virüs vardır, ancak bunlar aynı zamanda mahsul üzerinde de etkiye sahip olabilir. Nadiren keşfedilirler, ancak aranmadıkları için.
Örnek olarak, Tüm Rusya Bitki Koruma Araştırma Enstitüsü'nden (VIZR) meslektaşlarımın çalışmalarından bahsedebilirim. 2019'da Rusya'da patates virüsü P'nin keşfi hakkında bir makale yayınladılar, daha önce bunun yalnızca Güney Amerika'da dağıtıldığına inanılıyordu.
Sorun, "sokak lambasının altına", ışığın olduğu yere değil de henüz bakmadığımız yere bakarsak ne keşfedeceğimizdir.
– Araştırmanızı nerede gerçekleştireceksiniz?
M.L.: Hibe koşullarına göre proje iki yıl sürecek. Geçen yıl Tula bölgesindeki bir patates çiftliğiyle işbirliği yaptık, materyal topladık, farklı çeşitler ve reprodüksiyonlarla çalıştık. Bu yıl başka bölgelere gideceğiz ve orada hangi virüslerin bulunduğunu göreceğiz.
Araştırmanın sonuçları 2025 yılında özetlenecek ve bunları Rus patates yetiştiricilerine mutlaka anlatacağız.