Domates Köklerinde 400 Milyon Yıllık Mantar Ortaklığının Moleküler Haritası Çıkarıldı.

Bitkiler ile toprakta yaşayan mantarlar arasındaki besin alışverişi, karasal ekosistemlerin temel yapı taşlarından birini oluşturuyor. Yaklaşık 400 milyon yıl öncesine dayanan arbusküler mikoriza mantarlarıyla kurulan bu ortaklıkta, mantarlar topraktaki fosfat ve azot gibi kritik besinleri toplarken bitki de buna karşılık fotosentez yoluyla ürettiği şekerleri mantara aktarıyor. VIB ve Ghent Üniversitesi bünyesindeki Bitki Sistemleri Biyolojisi Merkezi araştırmacıları, domates köklerinin bu mantarlarla kurduğu iletişimi ilk kez tek hücre düzeyinde, yüksek çözünürlükle haritalamayı başardı.

Araştırma, mantarın köke girdiği ilk andan besin transfer yapılarının tamamlandığı ana kadar gerçekleşen genetik süreçleri adım adım ortaya koyuyor. Elde edilen veriler, kimyasal gübre ihtiyacını azaltabilecek daha dirençli ve verimli tarım ürünlerinin geliştirilmesinde önemli bir kaynak sunuyor.

66 Bin Hücrenin Gen Haritası Çıkarıldı

Kök kolonizasyonu sırasında farklı aşamaların aynı anda ve aynı doku üzerinde gerçekleşmesi, geleneksel laboratuvar yöntemleriyle süreci ayrıştırmayı bugüne kadar zorlaştırıyordu. Araştırma ekibi, bu engeli aşmak için tek hücreli gen ifadesi analizi (tek çekirdek transkriptomik) teknolojisinden yararlandı.

Rhizophagus irregularis mantarı ile etkileşime giren domates köklerinde yaklaşık 66 bin bağımsız hücrenin gen aktivitesi tek tek kaydedildi. Mantarın aktif olduğu kök bölgelerini net bir şekilde ayırt edebilmek amacıyla floresan etiketleme yöntemi kullanıldı. Böylece araştırmacılar doğrudan hedeflenen dokulara odaklanarak mantar varlığına özel tepki veren hücre gruplarını tespit etti.

Profesör Sofie Goormachtig süreci şöyle değerlendiriyor: "Onlarca yıllık araştırmalara rağmen, bitkilerin besin değişiminin gerçekleştiği 'arbuskül' adı verilen mantar yapılarını kök hücreleri içinde nasıl barındırdığının moleküler ayrıntıları tam olarak anlaşılamamıştı. Çünkü kolonizasyonun farklı aşamaları aynı kök içinde aynı anda yaşanıyor."

Ortaklığın Dört Aşamalı Moleküler Yolu

Analizler sonucunda domates kökü ile mantar arasındaki etkileşimin dört temel aşamada gerçekleştiği belirlendi. Her aşamanın kendine özgü bir moleküler ayak izine sahip olduğu görüldü:

• **Algılama:** Kök yüzeyindeki hücrelerin gelen mantarı fark etmesi ve ilk kimyasal sinyalleri yakalaması.

• **Hazırlık:** Kökün iç katmanındaki hücrelerin mantarı içeri almak üzere hücresel yapısını yeniden düzenlemesi.

• **İnşa:** Besin transferinin yapılacağı arbuskül yapılarının kurulmaya başlanması.

• **Aktif Değişim:** Besin ticaretinin tam kapasiteyle gerçekleştiği olgun mantar yapılarını barındıran hücrelerin faaliyete geçmesi.

Çalışmanın ilk yazarı Dr. Naomi Stuer, bu aşamalı yapının bitkinin ortaklık geliştikçe hücrelerini nasıl baştan aşağı yeniden programladığını anlamayı sağladığını vurguluyor.

Yeni Genetik Anahtarlar Keşfedildi

Araştırmacılar, her aşamayı hangi moleküler anahtarların (transkripsiyon faktörleri) yönettiğini tahmin etmek için MINI-EX adlı hesaplamalı analiz aracını kullandı. Bu modelleme, literatürde bilinen regülatörleri doğrulamakla kalmadı; sürecin kontrolünde rol alan daha önce bilinmeyen yeni genetik adayları da gün yüzüne çıkardı.