SELEKSYONUN YARATICI GÜCÜ: BİTKİ ISLAHI NEDIR?

http://www.growseed.org/tracy.html

SELEKSİYONUN YARATICI GÜCÜ: BİTKİ ISLAHI NEDİR?

Dr. William F. Tracy[1]

Çeviren: Tracy Lord 

Seleksyon prensibinin mühim gücü bir hipotez değil.
Charles Darwin, Türlerin Orijinleri

Bu sabah bana verilen iş (makale, bir konferans için yazılmıştı), temel bazı bilgileri vererek tüm katılımcılar için bitki ıslahı konusunda ortak bir zemin oluşturmaktı. Konunun genişliği ve katılımcıların çok farklı deneyimlerini dikkate alarak bitki ıslahında biyolojik bazı özellikler üzerine odaklanmayı planladım. Ayrıca bitki ıslahının, diğer bazı bitki iyileştirme yöntemlerinden nasıl farklı olduğunu ve bu farkların bazı sonuçlarına da değineceğim.

Bitki ıslahı hakkında çok sayıda önemli eser mevcut. Bu eserlere spesifik yöntem ve pratik için başvurulmalı (Allard, 1999; Fehr,1987; Simmonds and Smart, 1999). (...) Benim amacım bitki ıslahı ile genom mühendisliğini karşılaştırmak değil. Lakin hakim paradigma genom mühendisliğidir ve bu bitki ıslahçılığı ile sık sık karşılaştırılıyor; dolayısıyla, özellikle bitki ıslahçılığı hakkında yaygın fakat yanlış iddiaların söz konusu olduğundan ikisinin karşılaştırılmasını gerekli gördüm.

Bitki Islahı Nedir

Özünde bitki ıslahı, genetik açısından değişken bir bitki popülasyon içinden insan tarafından yönlendirilen seçme (seleksyon)’dur. Fenotip (yani görünen, algılanan tip) üzerine seleksyonun yapılması, bitki ıslah programlarının kilit olgusudur. Hem doğa hem de insan tarafından yapılan seleksiyona dayalı olması, bitki ıslahını diğer teknolojilerden ayırıyor. Hedef popülasyon genetik olarak değişken olmalı, değişken olmasa değişiklik getirmek mümkün değil. Başarılı olduğunda seleksyon ile, başlangıç popülasyonuna göre fenotip ve genetik olarak farklı bir popülasyon elde edilir.

Seleksyon için prensipler ve çıkarımlar

Seleksiyonun gücü ve sonuçları yeterli derecede vurgulanmıyor. Dünyanın biyoçeşitliliği doğal seleksiyondan ileri geldi, ve kültür bitkilerimizdeki çeşitlilik, insan eliyle yapılan seleksiyonuna borçlu. Darwin doğal seleksiyon teorisini geliştirdiğinde, yoğunluklu biçimde bitki ve hayvan ıslahçılarının bilgi ve tecrübelerine dayandı. Hatta doğal seleksyonun mümkün olmasının olabilirliğini göstermek için bitki ve hayvan ıslahçılığından örnekler öne serdi (Darwin 1859). Kralice Viktorya dönemi İngiltere’sinin entelektüel sınıfının, evcileştirilmiş türlerini yakından tanıması nedenyle Darwin’in bu örnekleri ikna edici oldu. Bugün, endüstriyel dünyada çoğu insan, hem tarıma hem de doğaya uzaklaşmış bulunuyor; dolayısıyla, seleksiyonun gücü ve bunun rolünün az kişi tarafından anlaşılması şaşırtıcı olmaz.

Seleksiyon için ham madde, mütasyonların yarattığı genetik değişkenlikdir. Seleksiyonun uygulanmasıyla yararlı alellerin olduğu bitkiler seçiliyor (alel: “belirli bir özelliği belirleyen bir genin değişik (alternatif) hallerinden biri” –Vikipedi). Söz konusu popülasyondan seçilmeyen bireyler uzaklaştırılırsa arda kalan popülasyonun gen çoğunluğu başlangıç popülasyonunkindan farklı olur, yeni popülasyonundaki ortalama performansı iyileştirilmiş olacaktır. Oysa yeni bir birey veya genotip yaratılmış olmaz. Evrim karşıtları dahil herkes, seleksiyonun bu bertaraf edici yanını anlıyor ve kabul ediyor.

Darwin’in kabul ettiği ve bitki ıslahçılarının kullandıkları, seleksiyonun yaratıcı gücüdür.

Seçilmiş olup da bitkilerin doğal cinsel yollarla üremelerine izin verilse dahil, daha sonraki nesillerde birçoğu daha önce hiç varolmayan yeni genotipler ortaya çıkar. Bu süreç birkaç nesil süresiyle tekrarlansa popülasyonda, odaklanan özelliği etkileyen belli bir sayıda mevkide yararlı aleller birikecektir. Cinsel üreme yoluyla bu alleller tekrar aralarında karışıp birleşerek bazen çok özgün ve beklenmeyen bireyler gün yüzüne çıkar. Darwin’in (1859) ifade ettiği gibi “Insanın biriktirmiş seleksiyon gücü kilit önemdedir: doğa birbirini takip eden çeşitlenmeler sunar; insan bunları kendi yararı doğrultusunda toplar. Bu anlamda kendisine yararlı ırkları var etti denilebilir.”

Seleksyonun yaratıcı yönünü tanımak elzemdir. Kendi görüşüme göre biyologlar dahil çoğu bilim insanı, Darwin’in bu kritik keşfini hala tümüyle kavramamış.

Seleksyonun yaratıcı gücü bitki (ve hayvan) ıslahının temel özelliğidir ve bu ıslahı ile insanların teknolojileri aralarında emsalsiz kılar. Genomik mühendisliği farklılaştıran bu güçtür ve geleneksel ıslahın uzun vadede, genetik mühendislikten daha belirleyici olmasının nedenidir.

Bitki ıslahçılığını eleştirenler (mühendislik savuncuları), bunun ürünlerinin ortaya çıkışlarının gelişigüzel ve öngörülmez süreçlerin olduğunu ifade ederler. Genellikle bu ithamlar, genetik mühendisliğinin güvenilirliğinin savunulduğu, bitki ıslahına göre çok daha bilimsel ve kesin yanlışsız olarak iddia edildiği ortamlarda duyulur. Gelişigüzellik ve “kesin net” olmaması konsepti bitki ıslah süreci ve yapıların biyolojik düzeylere ilişkin bir anlaşmazlığa bağlanabilir. Genetik rekombinasyon (karışıp birleşmek) rastgeledir, doğru, fakat seleksyonun etkisi rastgele değildir. Pasa direnç için seleksiyon yapsak pasa direnci elde ederiz. Daha yüksek verim için seleksiyon yapsak daha yüksek verimi elde ederiz. Daha körpe mısır taneleri için seleksiyon yapsak daha körpe taneleri elde ederiz. Seleksiyonun dolaysız etkisi şaşırtıcı derecede öngörülür ve nettir.

Seleksiyondan ileri gelen etkileri büyük ölçüde öngörülebilir. Ayrıca seleksiyon yöntemini hayli ilgi çekici ve değerli kılan şey, ortaya çıkan sürpriz yan veya dolaylı etkileridir. İşte bu etkiler, bir ıslah projesinin başlangıcında beklenmeden, tahmin edilmeden özgün, kullanılışlı, bazen harikulade değişiklere neden olur.

Duvick ve arkadaşlarının (2003) hibrit mısırlarda görünen değişikliklere ilişkin yaptıkları incelemeler, buna güzel örnekler teşkil edebilir. Verim için yapılan seleksiyon, program başında tahmin edebilen değişikliklere neden oldu. Hasat edilebilen verim sadece makineler ile alınabilen koçanları kapsadığı için, ayakta durabilirliğinin (kök ve sap gücü) arttırılması tahmin edilebilirdi ve gerçekten öyle oldu. Koçan ve dane büyüklüğü, yaprak sayısı ve fotosentez kapasitesinde de artış istendiyse bu özelliklerde az veya hiç değişiklik gözlemlenmedi (Duvick et al, 2003; Tollenaar and Wu, 1999). Püsküllerin küçülmesi veya yaprakların açı duruşunun değişmesi öngörülmez şeyler, fakat bu değişiklikler bu çalışmada incelenen hibritlerin ilk piyasaya sürüldüğü yıllar ile güçlü bir ilişkisi vardı. (Modern tarım tekniklerinin verdikleri ) streslere direncin artmasının aranması tahmin edilebilirdi ki öyle oldu, fakat daha çok verim kapasitesi ve heterosiste (hibritlere özgün güçlülük) iyileşme beklenebilirdi fakat bu beklentiler karşılanmadı.

Çıkarılacak ders şudur: biyoloji açısından önemli olanlarını sonradan, geriye baktığımızda anlayabiliriz. 1930’da şayet genom mühendisleri hem verim kapasitesi hem de koçan büyüklüğünü arttırmaya karar verseydiler sadece verim için çalışan bitki ıslahçıları kadar iyi sonuç alabilirler miydi? Şayet genom mühendisleri, 2003 yılında Duvick ve arkadaşlarının (2004) elde ettiklerini inceleyip püskülleri kısaltmak ve strese karşı direnç kazandırmaya karar verseydiler yeni yüzyılın çevre koşulları ve gen kaynakları için en iyi kararlar olacak mıydı? Seleksiyondaki avantaj budur ki bu gibi kararlar sadece insanın verdiği karar değil, geçmişte geçerli olan bilgilere de ihtiyaç yok. Biz sadece aradığımız fenotip için seleksyon yapıp genomun doğa ile interaktif ilişkisini sürdürmesini bırakarak daha verimli, tadı hoş ve sağlıklı organizmaların ortaya çıkmasını bekleriz.

Seleksyon ayrıca bitkinin genetik tabanında öngörülmez değişikliklere neden olur. Hibrit mısır çağının ilk günleri olan 1930larda açık döllenen yüzlerce mısır çeşidi vardı. Bunlardan hangilerinin gelecekte daha başarılı olacağını tahmin etmek imkansızdı. Gerçekten de 1970’lere kadar pek az tanınan mısır çeşidi olan Lancaster Surecrop’un en önemli bitki gen kaynağının olduğunun ortaya çıkması büyük sürpriz oldu. (Sprague, 1972; Zuber, 1976). Sonra, 1970lerde aynı Lancaster’in 2000 yılına kadar önemini kaybetmiş olacağını (Troyer 2000) kim tahmin edebilirdi? Zaman içinde seleksyon, kazanılan daha yüksek verime katkı koyan bitki kaynağını değiştirmişti. Hibritler çağının ilk yarısında genel çevre koşulları ve o günkü haliyle mevcut gen havuzu, Lancaster’in başarısını desteklemişti fakat son 30 yılda yayılan yeni tarım teknolojileri Lancaster gen kaynağının aleyhine işlemiştir.

1970’de genom mühendisleri mısır bitkisine mühendislik uygulayabilseydiler imkanlarını Lancaster gen kaynağına ayırırlardı. Bu karar da geriye dönük, 1930 ile 1970 yılları arasında olup bitenler üzerindeki bakışlara dayanırdı. Bu taktirde Lancaster’e doğru gelecek yoğun yatırımlar ve güven bugün itibarıyla bakıldığında yanlış bir karar ve kazanım potansiyelini çok fazla kısıtlardı gibi görünüyor.

Anlaşılması gereken şey, seleksiyon öngörülebildiği gibi yüksek verime neden olduysa değişikliklerin ortaya çıkma şeklinin tahmin edilemez olduğu. İyi ki bitki ıslahçılarının, sürpriz biçimde meydana çıkanlardan yararlanmaya hazır ve gereken kapasite gösterdiler. Pioneer Hi-Bred kurucusu Henry A. Wallace şöyle ifade etti: “Materyali ile öyle yakın bir ilişkide olacak ki şanslı bir tesadüfü yakalayabilecek kadar gözlemlemeyi bilen bir insanın yerine geçecek hiç bir şey yoktur” (Smith et al, 1996).

Seleksiyon aranan özellik için seçmenin yapılmasıyla beraber yerel çevreye adaptasyon ile sonuçlanıyor. Verim gibi çevre tarafından yoğun olarak etkilenen bir özellik için bu kolayca anlaşılabilir. Fakat bu, seleksiyonun aynı zamanda genel performans için yapıldığı takdirde herhangi bir özellik için geçerlidir. Islah süreci her sezon tekrarlandığı için seleksiyon, mevcut canlı ve cansız (biyotik ve abiyotik) çevreye adapte olan genotipleri tespit eder.

Zaman içinde iklim ısınırsa sıcaklara uyumlu genotipler seçilmiş olacaklar. Yeni bir hastalık yapan bir organizma yayılırsa yeni seçilen bireyler bu koşul altında seçilmiş olmayan bitkilere göre buna göre daha fazla direnç gösterecek. Bu tabi, sıcaklığa karşılık verme kapasitesine veya hastalığa dirence izin veren değişkenliğin orijinal gen kaynağında bulunması şartına bağlı.

Seleksiyon ayrıca iç ortamının (genomun) yeni özelliğe adaptasyon sağlar. Şeker oranı ve verimi yüksek bir mısır hattı geliştirmek istersek yüksek şekeri olan kaynak ile verimi yüksek ve şekeri az bir hat ile çaprazlaştırırdık. Deneyimlerimizden, yüksek şeker geninin, yüksek verim ortamında öldürücü olduğunu biliyoruz. Ancak seleksiyonun; hep beraber yüksek şeker, verim ve hayatta kalmak için birkaç nesil boyunca yapıldığı takdirde kendi içinde seleksiyon ve yeniden birleşmeler, geçerli bir ürünün ortaya çıkması için gerekli gen karışımlarla sonuçlanacak.

İç veya dış çevreye adaptasyon itibarıyla seleksiyon ve mühendislik arasındaki karşıtlık çok belirgindir. Yeterli genetik değişkenliğin olduğu bir ortamda seleksiyon, evrilen genomu çevreye uyumlu hale getiriyor. Mühendisliğin ise, ilerideki iklim koşulları veya zararlıları önceden bilmesi gerekir. Benzer biçimde, yüksek şeker ve verim hatları meydana getirmek fikriyle mühendislik yaklaşımı, geçerli bir bileşime varana kadar sadece yüksek şeker genin belli sayıda yüksek verim hatlarına dönüştürmek olurdu. Bu, seleksiyon yönteminden daha öngörülebilir veya bilimsel açıdan daha doğru olduğu anlamını taşımaz.

Bitki ıslahı eleştirmenleri, bunun yavaş, çok fazla sabır ve kararlılık isteyen tekniklerin olduklarını, ve bitki ıslahçılarını heyecansız ve inatçı, didik didik materyal ayıklayan insanlar olduğunu sık sık ima ediyorlar. Bu yanlış algıların izleri, aslında bitki ıslahçılığın iç kahramanklık efsanesinde de bulunuyorsa yine yanlıştır. Doğru olsaydı modern mısır hibritlerin ömür süresi 3-5 yıl nasıl olurdu? Seleksiyon popülasyonları hızlı biçimde değiştiriyor ve daha önce görünmemiş olan fenotipler ortaya çıkartır. Bitki ıslahçıları sabırsızlar, çok şey vaad eden bir çaprazlamanın sonuçlarını, en son deneme verileri veya tozlaşacak bir çiçeğinin açmasını endişeyle bekler. Hız, ömür süreleri, genetik çeşitlenmesi ve seleksiyonun yoğunluğu gibi birçok faktöre bağlı. Çok yoğunluklu seleksiyon uygulamaları, birkaç nesilde dramatik değişikler meydana getirebildiği gibi ilgilenilen özelliğin bulunduğu genetik çeşitliliği de azaltabilir. Hafif seleksiyon daha yavaş ve kademeli fakat sürdürülebilir değişime yol açar.

Bitki ıslahının bilimsel olmaması argümanına gelince; bitki ıslahçısının, bir özelliği başarıyla değiştirmesi için o özelliğin biyokimyasal veya fiziyolojik plandaki işleyişini anlaması gerekli olmadığına ilişkin bir rahatsızlığa bağlanabilir. Bu görüşün göz ardı ettiği nokta, bitki ıslahçılarının seleksiyon ve başta istatik olmak üzere ilgili disiplinlerin bilimlerinde uzman kişiler olduğudur. Eğer bilimin tanımı, hipotezlerin sunuşu ve test edilmesinden ileri gelen bir anlama/öğrenme yolu ise, bitki ıslahçıları dünya şampiyonları olsa gerek. Verim için her deneme, onlarca hipotezin, farklı ortamlarda yoğunluklu tekrarlandığı testlerle iyi tasarlanmış bir deneme programından oluşturuluyor. Bitki ıslahçılığı, bilime dayanan bir tekniktir.

(Makalenin devamı için çevirmenine yazılabilir.)

Referanslar:
Allard, R.W. 1999. Principles of Plant Breeding. 2nd edition. John Wiley and Sons New York.
Darwin, C. 1859. On the Origin of Species. John Murray. London.
Duvick, D.N. 1996. Plant breeding, and evolutionary concept. Crop Sci. 36:539-548.
Duvick D.N., J.S.C. Smith, M. Cooper. 2003. Long term selection in a commercial hybrid maize breeding program. Plant Breeding Reviews (in press).
Esau, K. 1965. Plant Anatomy. John Wiley and Sons. New York.
Fehr, W.R. 1987. Principles of Cultivar Development. McMillan Publ. New York.
Frey, K.J. 1996 National Plant Breeding Study “" 1. Special Report 98 Iowa Agriculture and Home Economics Experiment Station. Ames, Iowa.
Keller, E.F. 1983. A Feeling for the Organism. W.H. Freeman. San Francisco Simmonds, N.W. and J. Smartt. 1999. Principles of Crop Improvement. 2nd edition. Blackwell Science. Oxford, UK.
Smith, O.S., K. Hoard, F. Shaw, and R. Shaw. 1996. Prediction of single cross performance.
ASTA Corn and Sorghum Research Conference Proceedings. 51:67-74.
Sprague, G.F. 1972. Problems confronting corn breeders. Illinois Corn Breeders School. 8:1-19.
Tollenaar M., and J. Wu 1999. Yield improvement in temperate maize is attributable to greater stress tolerance. Crop Science 39:1597-1604.
Troyer, A.F. 2000. Temperate corn “" Background, breeding, and behavior. In Specialty Corns Second Edition. ed. A. R. Hallauer. CRC, Boca Raton, FL.
Zuber, M.S. 1976. Corn germ plasm base in the U.S. “" Is it narrowing, widening, or static. Pp. 3-9. North Central Region Corn Improvement Conference

[1]Tohumlar ve Irklar Zirve Konferansı, Department of Agronomy, College of Agricultural and Life Sciences, University of Wisconsin-Madison, 1575 Linden Dr. Madison WI 53706. wftracy@wisc.edu

col2

Tohum

Sevdiğimiz bitkilerin yaşaması ve devamlı gelişmesi için tohumlarını alıp tekrar ekmemiz lazım. Çok sayıdaki tür için, tohumlarının bitkiden nasıl alınıp saklamamız gerektiği anlatılıyor.
devamı...

 

Bahçe

Bahçevanlık bilgileri engin deniz! … Bir yerden başlamak yeterli. Tecrübeli bahçıvandan ilk başlayanlara kolay gelecek, kolay gezinebilir bir bahçecilik rehberi.
devamı...

 

Bitki Evrimi

Genler, canlı maddeye şekil verendir. Bitki genetiğini yönlendirme işini de, insan ve doğa bölüşüyor. Atalarımızın yaptıkları gibi... Sağlıklı ve sağlığımızı koruyan bitkilerin genetik potansiyelini destekleyen basit yöntemleri anlatan denemeler, incelemeler.
devamı...