UNAM Bilim İnsanları Tohumların Kuraklığa Direncinde LEA Proteinlerinin Rolünü İnceliyor

Meksika Ulusal Özerk Üniversitesi'ndeki (UNAM) uzman araştırma grubu, giderek şiddetlenen küresel kuraklık koşulları altında bitki tohumlarının yaşamsal faaliyetlerini nasıl sürdürdüğünü belirleyen karmaşık moleküler mekanizmaları mercek altına alıyor. Bu bilimsel çalışmanın odak noktasını, tohumlar bünyelerindeki nemin %90'ına kadarını kaybettiklerinde hücrelerde yoğun bir şekilde birikmeye başlayan "Geç Embriyogenez Bol" (LEA) proteinleri oluşturmaktadır. Bu özel proteinler, bitkilerin aşırı su kaybı yaşadığı dönemlerde hücresel bütünlüğü koruyarak, yaşamın en zorlu çevresel stres faktörlerine karşı direnç göstermesine olanak tanıyan temel bir biyolojik kalkan görevi görmektedir.

Yapısal olarak son derece esnek ve "düzensiz" olarak tanımlanan bu proteinler, tohum içerisindeki embriyonun camsı veya vitrifiye bir faza geçmesini sağlayarak hayati bir rol üstlenir; bu durum, tohumun çok uzun süreler boyunca canlılığını yitirmeden kalabilmesini mümkün kılar. UNAM Biyoteknoloji Enstitüsü (IBt) bünyesinde çalışmalarını sürdüren Dr. Alejandra Covarrubias Robles ve ekibi, bu moleküllerin kritik savunma işlevlerini gerçekleştirdikleri deneylerle somut bir şekilde ortaya koymuştur. Bu esnek proteinlerin sentezinden sorumlu genlerde meydana getirilen mutasyonların, tohumların hayatta kalma oranlarında ciddi bir düşüşe ve hücresel yaşlanma süreçlerinin dramatik bir şekilde hızlanmasına neden olduğu saptanmıştır, bu da söz konusu proteinlerin koruyucu etkisini tartışmasız bir biçimde doğrulamaktadır.

Bilimsel incelemeler sırasında model organizma olarak yaygın kabul gören Arabidopsis thaliana bitkisinin yanı sıra çeşitli baklagil türlerinin tohumları da kullanılmıştır, bu da elde edilen verilerin geniş bir tarımsal ve ekolojik bağlamda uygulanabilirliğini güçlendirmektedir. Kimyasal yapıları itibarıyla glisin amino asidi bakımından zengin olan ve hidrofilinler grubuna dahil edilen bu proteinler, sulu çözeltiler içerisinde esnek konformasyonlarını muhafaza etme yeteneğine sahiptir. Kara bitkilerinin hem tohumlarında hem de polenlerinde yaygın olarak tespit edilen bu moleküler yapılar, bu kısımların dehidrasyon ve kriptobiyoz (gizli yaşam) evrelerinden başarıyla geçmesini sağlayarak bitki neslinin devamlılığını garanti altına alır.

LEA proteinlerinin çalışma prensibi, hücresel koruma sağlayan şaperon proteinlerinden önemli farklılıklar göstermektedir; örneğin LEA proteinleri işlevlerini yerine getirmek için ATP enerjisine ihtiyaç duymazlar ve dehidrasyon süreci tamamlandıktan sonra diğer proteinlerin yapılarını eski haline döndürme işlevi görmezler. Bu proteinlerin sunduğu potansiyel, sadece tarımsal üretimle sınırlı kalmayıp çok daha geniş bir alana yayılmaktadır: in vitro ortamda gerçekleştirilen araştırmalar, bu proteinlerin diğer hassas biyolojik molekülleri stabilize edebildiğini göstermiştir. Bu durum, LEA proteinlerinin hayvan embriyolarının dondurularak saklanmasında veya çeşitli ileri tıp prosedürleri için hücrelerin muhafaza edilmesinde kullanılabileceğinin işaretlerini vermektedir. Ayrıca, LEA proteinleri ve onların bir alt grubu olan dehidrinlerin (D-11 ailesi) sadece tohumlarda değil, pek çok farklı bitki ve hatta hayvan dokusunda bulunması, bu savunma mekanizmasının evrimsel açıdan ne kadar köklü ve kadim olduğunu kanıtlamaktadır.

Küresel gıda güvenliğinin tehdit altında olduğu günümüzde, tohumların kontrollü bir şekilde uyku durumuna geçmesini ve yeniden canlanmasını sağlayan bu tür mekanizmaların tam olarak anlaşılması stratejik bir öneme sahiptir. UNAM bünyesinde yürütülen bu kapsamlı araştırmalar, bitkilerin iklim değişikliğine ve beklenmedik çevresel değişimlere karşı adaptasyon yeteneklerini geliştirmeyi amaçlayan yeni nesil ıslah tekniklerinin geliştirilmesine öncülük edebilir. Biyoteknoloji alanındaki bu bilgilerin başarılı bir şekilde pratiğe dökülmesi, dünya genelindeki tohum bankalarının ve genetik kaynakların çok daha güvenli ve uzun süreli korunmasına imkan tanıyarak, belirsiz hava koşulları altında küresel tarımın sürdürülebilirliği için kritik bir güvence oluşturacaktır.