Tüm canlı organizmaların; belirli proteinleri üretme ve biyolojik işlevleri yerine getirme talimatlarını içeren DNA dizileri olan genleri ebeveynlerinden miras aldığı biliniyor. Ancak bazen genler, “yatay gen transferi” (Horizontal gene transfer/HGT) olarak bilinen bir süreçle farklı türler arasında da geçiş yapabilir.
HGT, temel olarak genetik materyalin, birbiriyle akraba olmayan ve farklı türlere ait canlı organizmalar arasındaki hareketini kapsar. Şimdiye kadar bu fenomen ilk olarak mikroplarda ve bakterilerde gözlemlenmişti. Arjantin’deki Cuyo Ulusal Üniversitesinden araştırmacılar, yakın zamanda fotosentez yapamayan, su, besin ve enerjiyi konakçı bitkilerden sağlayan bir holoparazit bitki olan Lophophytum‘da HGT gözlemledi.
Proceedings of the Royal Society B dergisinde yayınlanan makaleleri, bu bitkinin yalnızca konakçı bir bitkiden gen alabildiğini değil, aynı zamanda edinilen genlerin bazen bitkinin orijinal genlerinin yerini aldığını da gösteriyor.
Makalenin kıdemli yazarı Maria Virginia Sanchez-Puerta, Phys.org’a yaptığı açıklamada, “Özellikle HGT’ye son derece yatkın olan mitokondriyal genoma odaklandık. Yabancı DNA’nın çoğu, alıcı bitkide işlevsiz kalır ve sonunda kaybolur. Bu beklenen bir durum. Çünkü yabancı gen ifadesinin önündeki engeller göz önüne alındığında alıcı bitkide ifade edilmesi ve işlevsel hale gelmesi son derece düşük bir ihtimal. Ayrıca mitokondriyal ve nükleer genler arasında sitonükleer uyumluluk gereksinimi nedeniyle evrimsel olarak da pek olası değil.” dedi.
Holoparazitte konakçıdan gelen mitokondriyal DNA
Araştırmacılar, konakçı bitkiden holoparazit Lophophytum‘a gen transferini incelerken, bu bitkinin konakçı bir bitkiden edinilmiş muazzam miktarda mitokondriyal DNA taşıdığını buldu. Yani mitokondride depolanan DNA’lardı. Mitokondri, çekirdeği olan hemen hemen tüm hücrelerde bulunan, zarla çevrili organellere deniyor.
Konakçıdan edinilen bu materyal, işlevsel hale gelen ve yerli genlerin yerini alan birkaç geni de içeriyordu. Bu holoparazit bitkinin konakçı bitkilerden genleri nasıl alabildiğini ve gen ifadesinin nasıl yapıldığını (gen ekspresyonu) daha iyi anlamak için araştırmacılar, Lophophytum mirabile ve Lophophytum pyramidale adlı yakından ilişkili iki Lophophytum türünü inceledi. (Gen ifadesi terimi, DNA dizisi genlerin, fonksiyonel protein yapılarına dönüşmesi süreci için kullanılıyor.) İlk olarak bu bitkilerin tüm mitokondriyal genomlarını dizilediler ve birleştirdiler, ardından bunları konakçı bitkilerinkiyle karşılaştırdılar.
Yabancı genlerin promotörünün filogenetik kökenini ayrıntılı olarak incelemek için karşılaştırmalı genomik ve filogenetik analizler yapıldı. (Promotör, genlerin transkripsiyonunu başlatan, DNA’parçası). Böylece, yabancı gen ifadesinde yer alan DNA bölgelerinin yerli mi yoksa yabancı mı olduğu incelendi. Ayrıca, ifade edilen genlerin işlevsellik için ihtiyaç duyduğu modifikasyonların (intron splaysingi/kesip yapıştırma, RNA düzenlemesi) doğruluğunu incelemek için RNA dizilendi.
Holoparazitlerin kendi mitokondriyal genlerinin birçoğunu, konakçı bitkilerden edindikleri işlevsel kopyalarla başarıyla değiştirdiği ortaya kondu. Bu genlerin, konakçı bitkinin nükleer düzenleyici süreçlerine ihtiyaç duymadan, yalnızca holoparazit bitkilerin kendi hücresel mekanizmalarına dayanarak işlevsel hale geldiği görüldü.
Bulgular, bitkilerdeki HGT’nin en çarpıcı örneklerinden birini sunarken, bir holoparazit tarafından edinilen genlerin bazen nasıl işlevsel hale gelebildiğine dair de olası bir açıklama getiriyor. Doğal seçilimin, yerli promotörleri koruyan, intron içermeyen ve düşük RNA düzenleme gereksinimleri taşıyan yabancı genlerin ifade edilmesine izin verdiği; bu genlerin alıcı bitkide işlevsel hale gelebildiği ileri sürüldü.
Görsel: Hector A. Sato