Neden Bitki www plantcell orgcgidoi10 1105tpc 109 tt

Neden Bitki ? www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 109. tt 1009

Neden bitki çalışmalıyım? Bitki olmadan canlılık varolmaz. Bitkiler hem ekolojik hem çevresel olarak vazgeçilmez camlılardır. Doğal hayat ve hücresel mekanizmalar hakkında bilgi elde edilmesi Daha çok, daha kaliteli ve ucuz besin, Yenilenebilir enerji kaynakları yaratmak Sağlık için yeni ilaçlar ve terapiler geliştirmek Endustriyel ürünlerin geliştirilmesi Değişen çevresel koşullar altında nesli yok olma tehlikesiyle karşıya olan türlerin korunması Photo credit: tom donald

Bitkiler olmadan yaşayamayız • Bitkiler oksijen üretimini yapan tek canlı grubudur. • Bitkiler yakacak ve besin olarak kullandığımız kimyasal enerjinin depo edilmiş halidir. • Bitkiler tüm insanlık için vazgeçilmez çeşitlilikte kimyasal ürün vermektedir.

Bitkiler ekosistemin en önemli öğresidir Sera etkisi, iklim değişikliği ve küresel ısınma

Bitkiler bizi ekonomik ve ruhsal anlamda mutlu eder Dünayanın en büyük iş sahasını tarım oluşturmaktadır. Bu durum hem insan hem ülke ekonomilerinin temelini oluşturmaktadır. İş yerlerinde çiçek ve bitki miktarı arttıkça çalışma performansıının arttığına dait bir çok rapor vardır. Dravigne, A. , Waliczek, T. M. , Lineberger, R. D. , Zajicek, J. M. (2008) The effect of live plants and window views of green spaces on employee perceptions of job satisfaction. Hort. Science 43: 183– 187. Photo credit: tom donald

Bitkiler canlılığın doğasının ve hücresel mekanizmanın anlaşılması için kullanılmaktadır. Drawing of cork by Robert Hooke, discoverer of “cells” Photograph of cork cells Hücreler ilk bitkilerde tanımlanmıştır. Photo credit: ©David B. Fankhauser, Ph. D

Plants are diverse Grasses Ferns Flowering Plants Club mosses Seed Plants Conebearing plants Vascular Plants Mosses Liverworts Land Plants Broadleafed plants Green algae Bitkiler evrimsel süreçte milyonlarca yıldan beri insanlıktan önce var olmuşlardır. Images courtesy tom donald

Bitkiler inanılmaz çeşitliliğe sahiptir Largest organism (> 100 m) Largest flower (~ 1 m) Longest living (~ 5000 years) Photo credits: ma_suska; Bradluke 22; Stan Shebs

Virüsler ilk bitkilerden elde edilmiştir Viruses infect humans as well as plants, causing many diseases including AIDS, hepatitis, SARS, swine flu, cervical cancer, chicken pox, and polio. Tobacco Mosaic Virus Image Copyright 1994 Rothamsted Research.

Mendelin bitkilerle çalışmaları genetiğin ve kalıtımın temelini ortaya atmıştır Mendelin çalışmaları insan genetiğinde bir çok hastalığın tanımlanıp anlaşılmasını sağlamıştır. Mendel bitki ıslahında bir çığır açmıştır.

DAHA ÇOK DAHA UCUZ DAHA KALITELI BESIN

Dunya nufusu durmadan artıyor Dünya nufusu 50 yılda 3 katına çıkmıştır 1950 (2. 5 milyar) ve 2020 (7. 5 milyar)

The world population grows and grows. . . A major objective of plant science is to increase food production; current estimates indicate that we need to increase production by 70% in the next 40 years.

Açlık ve eksik beslenme her yıl milyonlarca çocuğu öldürmektedir 2004 yılında dünyada 60 milyona yakın insan ölmüştür. (Source: World Health Organization, 2008)

Açlık ve eksik beslenme her yıl milyonlarca çocuğu öldürmektedir Bunlardan 10 milyonu 5 yaş altı çocuk olup, hemen hepsi gelişmemiş ülkelerden rapor edilmiştir. (Source: The State of the World's Children, UNICEF, 2007)

Açlık ve eksik beslenme her yıl milyonlarca çocuğu öldürmektedir 5 yaş altındaki 5 milyon çocuk önlenebilir besin eksikliğine bağlı hastalıklardan ölmektedir.

Açlık ve eksik beslenme her yıl milyonlarca çocuğu öldürmektedir Besinlerdeki vitamin A eksikliği tek başına dünyada 1 milyon çocuk öldürmektedir. (Source: Vitamin and Mineral Deficiency, A Global Progress Report, UNICEF)

BILIM İNSANLARI ARTAN NUFUSUN BESLENMESİ İÇİN NE YAPMALI?

Açlığa çözüm bulabilirmiyiz Aşağıdaki faktörler bitkisel üretimi artırır § Abiyotik stres faktörlerine karşı dayanıklı bitki yetiştirmek § Daha az su ve gübre isteyen bitkiler geliştirmek § Biyotik faktörler karşı dayanıklı bitki geliştirmek § Besin değeri yüksek bitki geliştirmek § Raf ömrü uzun besin üretmek

Bitki gelişimini en çok kuraklık ve buna bağlı tuzluluk etkiler Image source: IWMI

Kuraklık stresi küresel ısınma ile birlikte artmaktadır. Bir derecelik artış dünya çağında %35 arası düşüşü beraberinde getiri. 2050’ye kadar dünyada küresel ısınmanı durumu. Gornall, J. , Betts, R. , Burke, E. , Clark, R. , Camp, J. , Willett, K. , and Wiltshire, A. Implications of climate change for agricultural productivity in the early twenty-first century. Phil. Trans. Royal Soc. B: 365: 2973 -2989. m

Az seviyedeki kuraklık dahi bitki gelişimini kısıtlar Orta dereceli kuraklık fotosistemleri etkilediğinden bitki büyümesini durdurur, şiddetli kuraklık ise tamamen öldürücüdür.

Stres koşullarına dayanıklı bitki geliştirilmesi gerekir sıcaklık ve kuraklık bitki gelişimini engeller Ağaçların tarım için kesilmesi CO 2 miktarının atmosferde artmasına ve küresel ısınmaya sebep olur Bu faktörlerden uzak yeni tarım arazileri için çok daha fazla orman kesilir

Sadece bir geni değiştirmek kuraklığa dayanıklı bitki gelişimini mümkün kılabilir Kuraklığa dayanıklı trangenik Normal bitki Kontrol 10 gün kuraklık 20 gün kuraklık Kuraklık sonrası sulama Yu, H. , Chen, X. , Hong, Y. -Y. , Wang, Y. , Xu, P. , Ke, S. -D. , Liu, H. -Y. , Zhu, J. -K. , Oliver, D. J. , Xiang, C. -B. (2008) Activated expression of an Arabidopsis HD-START protein confers drought tolerance with improved root system and reduced stomatal density. Plant Cell 20: 1134 -1151.

Büyük kök gelişimi kuraklığa dayanıklılığı sağlar Normal bitki Kuraklığa dayanıklı transgenik Normal bitki Transgenik kuraklığa dayanıklı bitki Bitki köklerini büyütecek genetik müdahaleler bitkilerin kuraklığa karşı dayanımını artırır. Seedlings Mature plants Yu, H. , Chen, X. , Hong, Y. -Y. , Wang, Y. , Xu, P. , Ke, S. -D. , Liu, H. -Y. , Zhu, J. -K. , Oliver, D. J. , Xiang, C. -B. (2008) Activated expression of an Arabidopsis HD-START protein confers drought tolerance with improved root system and reduced stomatal density. Plant Cell 20: 1134 -1151.

Tuzluluk ve Mineral madde fazlalığı Üretimi etkiler Borun Türkiye Topraklarına Olan Etkisi

Bitkiler kullanarak kirlenmiş topraklar temizlenebilir Photoremediation

Gübre üretimi çok fazla enerji ve hammadde gerektirir • Bitkiler büyümek için bol miktarda gübreye ihtiyaç duyar • Gübre üretmek pahalı ve doğayı tahrip eden madencilik faaliyeti gerektirir • Az gübre ile çok bitki üretmek en önemli sorunlardan biridir. Photo credits: Mining Top News; Library of Congress, Prints & Photographs Division, FSA-OWI Collection, LC-USW 361 -374

Tarımsal gübreler çevresel kirlenmenin en önemli sebeplerinden birisidir Fazla gübre kullanımı göl ve sucul ekosistemleri bozan en önemli etkendir. Photo courtesy of NASA/Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio

Bitki besin alınımı artırılabilir Gen aktarımı ile kök saç sistemlerinin güçlendirilmesi az gübreli ortamlarda bitkilerin yeteri kadar besin almasını sağlar Yuan, L. , Loque, D. , Kojima, S. , Rauch, S. , Ishiyama, K. , Inoue, E. , Takahashi, H. , and von Wiren, N. (2007). The organization of high-affinity ammonium uptake in Arabidopsis roots depends on the spatial arrangement and biochemical properties of AMT 1 -type transporters. Plant Cell 19: 2636 -2652.

Bazı çok yıllık bitkilerin su ve besin alım gücü birçok tarımsal bitkiye göre daha güçlüdür Scientists are crossing crop plants with perennial plants to reduce crop plants’ dependency on fertilizers and water Wes Jackson of the Land Institute holding a perennial wheat relative Thinopyrum intermedium Photo credit: Jodi Torpey, westerngardeners. com

Biyotik faktörler besin üretimini en çok kısıtlayan faktörlerin başında gelir Phytophthora infestans, en önemli patates patojenidie Puccinia graminis tritici, buğday ve arpa gibi önemli tahılların en önemli patojenidir. Photo credits: www. news. cornell. edu; www. fao. org

Late blight patates bitkisini tamamen öldürür Phytophthora infestans. Hastalığı patateste 1840 lı yıllarda başladı ve avrupada 1 milyondan fazla insanın açlıktan ölmesine yol açtı. Infected Treated Photo credits: USDA; Scott Bauer

Bu bakteriye karşı dayanıklı genler ve genotipler bulunmuştur Inoculated with fungus Resistant Geneticists have identified the gene conferring resistance and are introducing it into edible varieties. Not inoculated Susceptible The plant on the left carries the resistance gene and is free from disease symptoms. Song, J. , Bradeen, J. M. , Naess, S. K. , Raasch, J. A. , Wielgus, S. M. , Haberlach, G. T. , Liu, J. , Kuang, H. , Austin-Phillips, S. , Buell, C. R. , Helgeson, J. P. , Jiang, J. (2003) Gene RB cloned from Solanum bulbocastanum confers broad spectrum resistance to potato late blight. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100: 9128– 9133.

Mantarlar buğday üretimini çok büyük oranda tehtid eder • A new, highly pathogenic strain emerged in Uganda in 1999 – it is called Ug 99. • Most wheat has no resistance to this strain. Infected wheat plant Photo credit: ARS USDA

Ug 99 threatens wheat everywhere This is a global problem that needs global attention. Ug 99 spores do not stop at national borders. . . – United Nations Food and Agriculture Organization (FAO) Photo credit: ARS USDA

The fungus is carried by wind Ug 99 is found in Uganda, Kenya, Ethiopia, Sudan, Yemen, and Iran, and threatens regions of the near east, eastern Africa, and central and southern Asia. Wind currents carrying spores are shown in red. Photo credit: www. wheatrust. cornell. edu

The fungus is carried by wind Wheat is the major food crop in many of these threatened regions, especially for the poorest inhabitants. Probable Ug 99 trajectories Photo credit: www. wheatrust. cornell. edu

International teams of scientists are cooperating to monitor the spread of Ug 99 and develop wheat strains that resist it. At this time, no one knows if resistant strains will be developed in time to avoid a major famine. . . Photo credits: Bluemoose; FAO

Yabancı ot mücadelesi Yabancı otlar çok eskilerden beri üreticilerin kabusu olmuştur. Bir tarlada istenmeyen bu bitki türleri ekimi yapılan bitki ile su, ışık, besin ve alan mücadelesine girerek üretilmek istenen bitkinin gelişimini engeller verimi düşürür. Bitkisel verimin artırılması için bu tür yabancı otlarların tarladan uzaklaştırılması gerekir. Ancak yüksek adaptasyon yetenekleri nedeni ile bu tür otlar tarlada elle toplansa dahi toprak içindeki kök ve bitki parçaları uygun ortam bulduğunda çok hızlı bir şekilde büyüyerek tekrar rekabete girer.

Herbisitler-Yabancı ot mücadelesi Yabancı otların bir tarlada ortadan kaldırılması için kullanılan organik ve inorganik ilaçlardır. Bitkilerin gelişimsel yada sentez yolaklarını hedef alarak bitkilerin öldürülmesini sağlar. Herbisitler bitki türlerine göre seçiçi olabilir. Örnegin bazı herbisitler geniş yaprakları bazıları ise ince yaprakları öldürebilir. Ancak bir çok durumda herbisit üretimi istenen bitkiyede zarar vermektedir. Bu nedenle herbisite dayanıklı transgenik bitkiler geliştirilmiştir.

Böceklerle Mücadele Besin üretimi için çok önemlidir

Böceklerle Mücadelede Insektisitler Bu ilaçların kullanımı insan sağlığı açısından da sakıncalıdır.

CRY proteinleri üreten genler içeren bitkiler doğal böcek direnci kazanırlar

Bitkilerin raf ömrünün kısa oluşu besinlerin transfer ve satış sırasında büyük müktarda ürün kaybına yol açmaktadır. Meyveler toplandıktan kısa süre sonra yumuşar küflenir ve çürür Raf ömrü hem gıdaların besin değerini azaltır hemde toksik madde birikimine yol açar. Photo credits: Cornell University ; ARC

Mantar oluşumu raf ömrünü kısaltan en büyük faktördür Mantarlar bitkisel kaynaklarının %50 sini yok eden önemli bir faktördür Aspergillus danelerde gelişen mantar. Aşırı ışığa maruz kalan patatesler yeşil renk miktarı ile birlikte solanine maddeside artar. Solanine patateslerin raf ömrünü uzatan bir maddedir. Photo credits: Dr. C. M. Christensen, Univ. of Minnesota. ; WSU; Pavalista, A. D. 2001

Patojenlere ve çevresel stres koşullarına karşı dayanıklılık sağlanması Fotoaleksin patojen mantarlara karşı savunmada etkilidir. Soğanda pirokateşol bileşikleri enfeksiyonlara ve böcek saldırılarına karşı koruma yapar

Besin değerleri yükseltilmiş bitkisel ürünler besinlenme sorununa çözüm sunar Açlık yada besinlerdeki mineral yada vitamin eksikliği çağımız sorunlarının başında gelmemektedir. Açlık Vitamin A eksikliği Anemia (Demir eksikliği) Image sources: Petaholmes based on WHO data; WHO

Cassava afrika için vazgeçilmez hayati önemde bir besin kaynağıdır Standart beyaz varyeteler Vitamin A sentezleyen bir gen Cassvaya aktarıldı Yeni varyete sarı renkte olup vitamin A miktarı oldukça fazladır Welsch, R. , Arango, J. , Bar, C. , Salazar, B. , Al-Babili, S. , Beltran, J. , Chavarriaga, P. , Ceballos, H. , Tohme, J. , and Beyer, P. Provitamin A accumulation in cassava (Manihot esculenta) roots driven by a single nucleotide polymorphism in a phytoene synthase gene. Plant Cell: tpc. 110. 077560.

Genetiği değiştirilerek besinsel değeri artırılmış bitkiler Demir-miktarı artırılmış pirinç Antioksidant kapasitesi artırılmış domates Vitamin A–miktarı artırılmış pirinç Photo credits: Golden Rice Humanitarian Board © 2007; Credit: ETH Zurich / Christof Sautter; Reprinted by permission from Macmillan Publishers, Ltd: Butelli, E. , et al. , Nature Biotechnology 26, 1301 - 1308 copyright (2008).

Yenilebilir Aşılar Yada ?

Bitkiler besin dışında da insanlık için çok önemli bir ilaç ve kimya deposudur Bitkiler: • İlaçların temelini oluşturur • Bitkisel lifler giyimden ahşapa birçok sektör için hayati önemdedir Photo credit: tom donald

Bitkiler insanlığın ihtiyaç duyduğu temel ilaç ve maddeleri üretir Sekonder Metobolitlerin Sentez Yolları Fotosentez Yağlar proteinler Primer metobolizma Karbonhidratlar Terpenoidler Nukleik asitler Sekonder metobolizma Alkoloidler (Morfin, Kafein, Nikotin) Siyanojenik bileşikler Fenolik Asit Fenolikler Ketonlar Kumarinler vitamin A vanillin vitamin C Antosiyaninler caffeine Flavonlar İzoflovonlar Pterokarpanlar Komestanlar Tanenler Flavonoidler morphine

Bitkisel lifler insanlık için çok önemlidir Pamuk lif üretiminin artırılması için böcek ve herbisitlere karşı genetik olarak dayanıklı hale getirilmiştir Kenevir hem uyuşturucu gibi ilaçların yanında hayvan beslenmesinden kağıt ve ip yapımına, yağlardan araç ve ev yapımına kadar birçok sektörde kullanılan önemli lifler üretir. Photo credits: Chen Lab; IFPC

Hücre duvarından- Odun dokuya Hücre duvarları selüloz yapısıyla dünya üzerinde en çok bulunan polimer yapıyı oluşturur Odun kalitesini artırmak ve lignin miktarını düşürmek için bir çok transgenik çalışma yürütülmektedir Photo credit: www. wpclipart. com/plants; Zhong, R. , et al. , (2008) Plant Cell 20: 2763 -2782.

Bitkiler yenilenebilir enerji üretimi ile petrole bağımlılığa bir çözüm olabilir Petrole bağlı fosil yakıtlarının kullanımı küresel ısınmaya sebep olmakta ekosistemi tehdit etmektedir. Ölü organik materyallerin petrole dönüşmesi yıllar almaktadır. Petrol tükenecek bir ürün olup yenilebilir değildir. creativecartoons. org.

Bitkisel kökenli biyoyakıtlar hem çevreci hemde yenilebilir enerji kaynağı olabilir Energy from sunlight Bitkisel şekerler nişastalar ve selülozik yapı fermantasyon yolu ile yakıt olarak kullanılabilen etanole dönüştürülebilir. Image source: Genome Management Information System, Oak Ridge National Laboratory

Bitkilerden biyodizel üretilebilir Atık bitkisel yada hayvansal yağlar ile birlikte kanola, soya fassulyesi ve alg temelli yağlar biyodisel üretiminde kullanılır Image sources: Tilo Hauke, University of Minnesota, Iowa State University Extension.

Ethanol isolated from cell wall cellulose is an important energy source Cell walls from corn stalks and other agricultural residue Ethanol Image source: Genome Management Information System, Oak Ridge National Laboratory

Bioenerji bitkileri besin üretimini ve fiyatını artırmadan biyoetanol üretimi için kullanılabilir Miscanthus giganteus çok hızlı büyüyen bir bitki olup, biyoetenol temelli enerji kaynağının üretimi için kullanılabilir. Photo Illustration courtesy S. Long Lab, University of Illinois, 2006

Bitkiler yenilebilir ve biyobozunur malzemelerin üretimi için kullanılabilir. Energy from sunlight Bitkisel kaynakların plastiğe yada plastik benzeri yapılara dönüştürülerek biyobozunur malzemelerin yapılması n o i at ad r g B e d io Photo Illustration courtesy S. Long Lab, University of Illinois, 2006

Türlerin Yok Oluşunu Engellemek Türlerin yok oluşu aslında evrimsel bir süreç olmasına rağmen hızlı değişen iklim ve insan katkılı çevresel sorunlar hem Türkiye hem dünyada birçok bitki türünün çok hızlı şeklide yok olmasına sebep olmaktadır. Bu durum hem ekolojinin bozulmasına hemde daha çevresel ve insanlığa faydası açısından araştırmaları yapılmamış bir çok tür yok olmasına sebep olmaktadır. Ginkgo ağacı