Güçlü gen düzenleme aracı CRISPR-Cas9’un kullanılması, hastalıklara karşı daha yüksek direnç gibi arzu edilen özellikler gösteren kakao ağaçlarının yetiştirilmesine yardımcı olabilir.
— Penn State tarafından
Tropikal bölgelerde yetişen kakao ağacı, çikolatanın hammaddesi olan kakao çekirdeklerini üretir. Kakao bitkilerinin güvenilir verimliliği; milyarlarca dolarlık çikolata endüstrisi, üretici ülkelerin ekonomileri ve milyonlarca küçük ölçekli kakao çiftçisinin geçimi için yaşamsal önem taşır.
Ancak Penn State Tarım Bilimleri Fakültesinde bitki bilimi doktora sonrası araştırmacısı olan başyazar Andrew Fister, her yıl çeşitli bitki hastalıklarının küresel üretimi ciddi biçimde sınırladığını ve kakao meyvelerinin yüzde 20–30’unun hasattan önce yok olduğunu belirtiyor.
Fister, “Batı Afrika’da şiddetli mantar hastalığı salgınları tek bir çiftlikteki kakao meyvelerinin tamamını yok edebilir,” diyor. “Hastalıklar kakao için kalıcı bir sorun olduğundan, hastalık direncini artırmak araştırmacılar için öncelik olmuştur. Ancak hastalığa dirençli çeşitlerin geliştirilmesi, genetik direnç kaynaklarına duyulan ihtiyaç ve kakao ağaçlarının uzun nesil süresi nedeniyle yavaşlamıştır.”
Araştırmacılar, son teknoloji CRISPR’nin Theobroma cacao’yu iyileştirmede kullanılabilirliğini gösteren ilk çalışma olduğu düşünülen sonuçları Frontiers in Plant Science dergisinde bildirdi.
CRISPR, “düzenli aralıklarla kümelenmiş kısa palindromik tekrarlar” anlamına gelir. DNA kesen Cas9 enziminin DNA’nın hedeflenen bir bölgesine hassas biçimde ulaştırılması yoluyla bir organizmanın genomunu değiştirme yöntemidir. Ortaya çıkan değişiklik belirli DNA parçalarını silebilir veya değiştirebilir; böylece bazı özellikleri etkinleştirebilir ya da devre dışı bırakabilir.
Kakao üzerine önceki çalışmalarda, bitkinin hastalık yanıtını baskılayan TcNPR3 adlı bir gen belirlendi. Araştırmacılar bu genin CRISPR-Cas9 ile etkisizleştirilmesinin hastalık direncini artıracağını varsaydı.
Varsayımlarını sınamak için, hastalık oluşturma yeteneği giderilmiş bir bitki patojeni olan Agrobacterium aracılığıyla CRISPR-Cas9 bileşenlerini koparılmış kakao yapraklarına aktardılar. İşlenmiş dokunun sonraki analizinde TcNPR3 kopyalarının yüzde 27’sinde delesyon saptandı. Kakao ve başka bitkilerde doğal olarak bulunan Phytopthera tropicalis patojeniyle enfekte edilen işlenmiş yapraklar hastalığa daha yüksek direnç gösterdi. Sonuçlar, hedef gen kopyalarının yalnızca bir bölümündeki mutasyonun bile aşağı yönlü süreçleri tetiklemeye ve bitkide sistemik hastalık direnci oluşturmaya yetebileceğini düşündürdü.
Araştırmacılar ayrıca CRISPR ile genleri düzenlenmiş kakao embriyoları üretti; yaklaşımın bütün bitki düzeyindeki etkinliğini sınamak için bunları olgun ağaçlara dönüştürecekler.
Penn State’in destekli kakao araştırma programının yöneticisi ve bitki moleküler biyolojisi profesörü kıdemli yazar Mark Guiltinan’a göre bu araştırma, daha iyi bir kakao ağacı geliştirmeyi amaçlayan 30 yılı aşkın biyoteknoloji araştırmasının üzerine kuruluyor.
Guiltinan, “Laboratuvarımız kakaoyu iyileştirmek için çeşitli araçlar geliştirdi; CRISPR bunlardan yalnızca biri,” diyor. “Ancak geleneksel ıslah ve diğer tekniklerle karşılaştırıldığında CRISPR süreci hızlandırıyor ve çok daha hassas çalışıyor. İstenen DNA’yı hedeflemede şaşırtıcı derecede verimli ve şimdiye kadar hedef dışı herhangi bir etki saptamadık.”
Araştırmacılara göre CRISPR-Cas9 teknolojisi, ıslahı hızlandıran yeni bir araç sunmanın yanı sıra gen işlevini verimli biçimde değerlendirme yöntemi sağlayarak temel biyoloji hakkında bilgi edinilmesine yardımcı olabilir.
Guiltinan, “CRISPR ile bir geni hızla ‘bozabilir’ ve bitkiye ne olduğunu görebiliriz,” diye açıklıyor. “Sırada sınamak istediğimiz genlerin bir listesi var.”
Fister, hastalık direncinde binlerce genin rol oynayabileceğini ekliyor: “Değerlendirebildiğimiz kadar çoğunu değerlendirmek istiyoruz.”
Bahçecilik profesörü ve kıdemli bilim insanı ortak yazar Siela Maximova’ya göre Penn State kakao araştırmasının nihai hedefleri; hastalıklara, iklim değişikliğine ve diğer zorluklara dayanabilen bitkiler geliştirerek küçük ölçekli üreticilerin yaşam standardını yükseltmeye ve tehdit altındaki kakao arzını istikrara kavuşturmaya yardımcı olmaktır.
Kakao araştırma programının eş yöneticisi Maximova, “Son 20 yıldaki üretim artışlarının çoğu, daha fazla arazinin üretime açılmasından kaynaklandı,” diyor. “Ancak arazi, su, gübre ve diğer girdiler sınırlı. Sürdürülebilirliği artırmak için daha güçlü, hastalığa dirençli ve daha fazla ve daha kaliteli çekirdek üreten bitkilere ihtiyacımız var.”
“Bu çalışma, CRISPR-Cas9 teknolojisinin bu hedeflere ulaşma çabasında değerli bir araç olabileceğine ilişkin bir ‘kavram kanıtı’ sunuyor,” diyor.
Makalenin özgün araştırması:
https://blog.frontiersin.org/2018/05/25/plant-science-cocoa-crispr-gene-editing/