Açık tohumlular (Gymnospermler), yaklaşık 1000 kadar tür çeşitliliği ile orman ekosistemlerinde ağaç ya da ağaççık olarak temsil edilen odunsu bitkilerdir. Kozalaklı ağaçlar olarak bilinen Pinophyta alt kümesi, ormanlarda kapladığı %39’luk alan ile büyük önem arz etmektedir. Kozalaklı ormanlar, aşırı soğuk ve zorlu ortamlarda hayatta kalabilme yeteneğine sahip olmakla birlikte, çok geniş coğrafyalarda gözlemlenen yayılımları nedeniyle temel evrimsel süreçleri hala bilinmezliğini korumaktadır. Genom duplikasyonunun olması (WGD), angiospermlerin evrimini anlamamızda oldukça yardımcı olmaktadır; ancak yaklaşık 320 milyon yıl önce angiospermlerin kardeş dalından ayrılması sonucunda bu evrimsel olaylar ve WGD gymnospermlerde daha nadir görülmüştür. Angiospermlerin ayrılmasından sonra bir sürü yeni tür ortaya çıkmıştır. Bunun sebebi de, çiçek organı ve çift döllenme gibi evrimleşmiş üreme avantajlarıdır. Gymnospermlerin angiospermlerden farklı yönde evrimleşmesinin ise gymnospermlerin sayısının artmasından ve adaptasyondan dolayı olduğu gösterilmektedir.
Neredeyse tüm kozalaklı ağaçların genomları, yüksek oranda tekrarlayan dizilerden oluşmakta ve buna ek olarak uzun intronlara sahip olmaları gen tanımlama açısından zorlukları ortaya çıkarmaktadır. Son RNA dizileme (RNA-seq) çalışmaları, transkriptomlara model organizmalarda bile gerekli önemin verilmediğini göstermektedir. Hâlbuki büyük ölçekli RNA-seq verilerinden daha anlamlı bir gen açıklaması için kanıt ve kaynaklar sağlanabilmektedir.
Niu ve arkadaşları, bu gen tanımlarını açıklamaya yardımcı olabilmek için büyük ölçekli RNA-seq verilerini de kullanarak bir genom montajı (assembly) geliştirmiştir. Bu sayede karmaşık genleri açıklamış ve kozalaklı ağaçların üreme süreçleri ve evrimleriyle ilişkili genomik özellikleri ortaya çıkarmışlardır. Araştırmacılar bu çalışmada 11 farklı organı incelemiş, bu organların RNA-seq verilerine bakarak en az bir örnekte 69.599 genin saptanabilir ekspresyonuna sahip olduğunu açıklamışlardır. Genellikle kozalaklı ağaçlarda diploid angiospermlerde olduğundan daha fazla gen tanımlanmıştır. Bu yüzden bu kadar genin saptanmış olması önceki çalışmalarla tutarlı olduğunu göstermiştir. Burada Pinus tabuliformis (Çin çam ağacı) örnek olarak incelenmiştir. P. tabuliformis’in 73.380 geninin çoğaltıldığı öğrenilmiştir. Bu da birçok gen ailesinin genişlemesine sebep olmuştur.
P.tabuliformis’in genomu incelendiğinde çok sayıda intron gözlenmiştir. Çalışmada, incelenen tüm türlerin benzer ortalama ekzon uzunluğunu paylaştıkları ve intronların uzunluklarının büyük kısmının değiştiği ortaya çıkarılmıştır. Özellikle açık tohumlu bitkilerde toplam intron/ekzon uzunluğunun genom büyüklüğü ile doğru orantılı olduğunu keşfedilmiştir. Araştırmacılar, intron uzunluğunun transkripsiyondaki etkisini incelemek için genleri intron boyutlarına göre ikiye ayırmıştır. Sonucunda, ilk intronları daha uzun olan genlerin, incelenen 11 organda daha kısa olanlara göre yüksek ekspresyon seviyelerinde olduğu anlaşılmıştır.
Kozalaklı ağaçlar, soğuğa oldukça duyarlıdır. Duyarlı olmalarındaki önemli iki etken olan PtDREB1 ve PtDREB2’nin haricinde ekstra olarak AP2/ERF aminoasitleri bulunmaktadır. Bu aminoasitler hareket kabiliyetleri ile bitkiyi soğuğa dirençli hale getirmektedir. Terpenoid metabolizması, kozalaklı ağaçlarda zararlara ve patojenlere karşı savunmanın yanı sıra, iklime bağlı çevre koşullarına uyum sağlamada çok önemlidir. Çamlarda terpenoid biyosentezinin evrimini araştırmak amacıyla reçine terpen biyosentez yolunun 22 enzimatik reaksiyon aşamasını engelleyen enzimleri kodlayan 221 aday gen belirlenmiştir.
Sonuç olarak, intronların uzun olması transkripsiyon ve ekleme için daha büyük genler ve daha yüksek ekspresyon seviyelerine neden olması sebebiyle büyük avantaj sağlamaktadır. Kozalaklı ağaçlar, sürekli araştırma konusu olabilecek kadar olağanüstü genomları ve evrimleri sayesinde merak uyandırmaya devam etmektedir.
Yazar: Duygu Durman
Editör: İrem Coşkuntan
Referans: Niu, S.,Li, J., Bo, W., Yang, W., Zuccolo, A., Giacomello, S., Chen, X., Han, F., Yang, J., Song, Y., Nie, Y., Zhou, B., Wang, P., Zuo, Q., Zhang, H., Ma, J., Wang, J., Wang, L., Zhu, Q., Zhao, H., … Wu, H. X. (2022). TheChinesepinegenomeandmethylomeunveilkeyfeatures of coniferevolution. Cell, 185(1), 204–217.e14. https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.12.006
-Bioinforange Bilimsel Haber Servisi-
Haber Yazıları, 20> Etki Faktörlü Q1 dergilerinde yayınlanan (listesi için tıklayınız)
bilimsel araştırmaların ekip arkadaşlarımız tarafından incelenip derlenmesi ile hazırlanmaktadır.
Afyon Kocatepe Üniversitesi Moleküler Biyoloji ve Genetik bölümünde 4. sınıf öğrencisiyim. Mikrobiyoloji ve viroloji ile ilgileniyorum.