2. bölüm

2. BÖLÜM
TOHUM GELĠġĠMĠ VE OLGUNLAġMASI
2. 1. EMBRĠYO VE DEPO DOKU OLUġUMU
2. 1. 1. MORFOLOJĠK DEĞĠġĠMLER
Tohum gelişimiyle ilgili fizyolojik ve biyokimyasal olaylara geçmeden önce, embriyo ve
depo doku oluşumu ile ilgili morfolojik ve anatomik kavramların anlaşılması gerekir. Bitkiler
aleminde tohum gelişimi ile ilgili olaylar oldukça büyük varyasyonlar gösterirler. Bu nedenle
bu bölümde sadece gimnosperm olan koniferlerle angiosperm olan mono ve dikotil bitkilerde
tohum gelişimi ana hatlarıyla incelenecektir.
Koniferlerde yumurta nukleusu dişi gametofit içinde bulunur ve polen tüpünden gelen bir
gametle döllenir. Oluşan zigot birçok serbest nükleus oluşturmak üzere bölünür. Oluşan
nükleusların etrafı hücre çeperi ile çevrilir ve proembriyo oluşur. Daha sonraki bölünmeler
embriyo ve süspensor hücrelerini meydana getirir. Bunlar embriyoyu ve uzamış süspensoru
oluşturmak üzere gelişirler. Ancak koniferlerde genelde hücreler 4 embriyoyu oluşturmak
üzere birbirinden ayrılırlar. Daha sonra bunlardan sadece bir tanesi gelişirken diğerleri
bozulur. Tohumun içinde megagametofitin orta kısmı (haploid dişi gametofit) parçalanarak
embriyonun yerleşebileceği bir boşluk oluşturur. Yağ, nişasta ve protein gibi depo maddeleri
ise çimlenmeden sonra kullanılmak üzere megagametofitin kalıcı kısımlarında depo edilir.
Angiospermlerdeki döllenmenin temel özelliği iki erkek nukleusun kullanılmasıdır.
Bunlardan birisi polen tüpünden çıkarak yumurta ile birleşir ve diploid zigotu oluşturur.
Diğeri ise diploid olan embriyo kesesi sekonder nukleusu ile birleşir ve triploid bir yapıyı
oluşturur.
32
Çift döllenme angiospermler için karakteristiktir. Ancak bu olayın bir gametofit olan
Ephedra'da da meydana geldiği belirlenmiştir. Bu bitkide ikisi de haploid olan iki nukleus
birleşir ve triploid bir yapı oluşmaz. Angiospermlerde, ginmospermlerdeki gibi serbest
nukleus evresi yoktur. İlk bölünme sonunda apikal ve bazal hücreler meydana gelir. Dikotil
bitkilerde süspensor bazal hücreden oluşur. Embriyonun kökeni ise apikal hücredir.
Monokotillerde ise bazal hücre bölünmez ve süspensorun terminal veya haustoryal hücresini
oluşturur. Embriyo ve süspensorun birkaç hücresini apikal hücre oluşturur. Dikotillerdeki
olgun tohumdaki embriyo iki tane, monokotillerde ise bir tane kotiledona sahiptir. Poaceae
familyası üyesi olan bitkilerdeki tek kotiledon skutellum olarak bilinir. Poaceae üyelerinin
embriyolarında ayrıca radikulayı saran koleorhiza ve plumulanın etrafındaki koleoptil olmak
üzere özelleşmiş yapılar bulunur. Dikotil bir tür olan kolzada (şekil 2. 1 ve şekil 2. 2) ve
monokotil olan tahıllarda embriyo gelişimi şekil 2. 3 'de gösterilmiştir.
ġekil 2. 1. Arabidopsis'de embriyo gelişiminin evreleri (kt: kotiledon; hk: hipokotil; gm: gövde meristemi; km:
kök meristemi; k: kök).
33
ġekil 2. 2. Arabidopsis'de embriyo gelişiminin evrelerinin elektron mikroskobundaki görüntüleri.
ġekil 2. 3. Mısırda embriyo gelişiminin evreleri (e: embriyo; s: süspensör; i: integüment; sk: skutellum; kol:
koleoptil; gam: gövde apikal meristemi; hip: hipokotil; kam: kök apikal meristemi; kole: koleorhiza; P:
primordiyum; L1: birinci gerçek yaprak; L2: ikinci gerçek yaprak; L5: beşinci gerçek yaprak).
34
Hücreleri triploid olan gerçek endosperme sadece angiospermlerde rastlanır ve üç nukleusun
birleşmesiyle oluşmuştur. İki farklı tipte endosperm gelişimi mevcuttur. Nüklear endosperm
gelişiminde, endospermde çeper oluşumu öncesinde birçok serbest nukleus bölünmesi
gözlenir (Şekil 2. 4 ve 2. 5). Hücresel endosperm gelişiminde ise serbest nüklear evre
bulunmaz (Şekil 2. 6A). Her iki tip endosperm gelişimine hem gimnospermlerde hem de
angiospermlerde rastlanır.
ġekil 2. 4. Tahıllarda nüklear endosperm gelişimi (mv: merkezi vakuol; sit: sitoplazma; en: endosperm nükleusu;
M: mitoz; RMS: radyal mikrotübül sistemi; mhç: merkezi hücre çeperi; alv: alveol; ahç: apikal hücre çeperi; phç:
periklinal hücre çeperi) (Olsen 2004'den değiştirilerek alınmıştır).
Bazı monokotillerde nadiren görülen diğer bir endosperm gelişim tipi ise helobiyal gelişimdir.
Helobiyal endosperm gelişiminde nukleus bölünmesini hücreselleşme izler (Şekil 2. 6B).
Gelişimi boyunca hem komşu hücrelerden endosperme bazı besin maddeleri iletilir hem de
bazı besinler endospermde oluşur. Böylece embriyo hem olgunlaşma hem de çimlenme ve
büyüme döneminde besin alabileceği bir doku ile sarılmış veya bağlantı kurmuş olur. Tahıl
embriyoları olgunlaşma boyunca endospermden çok az besin kullanırlar. Ancak olgun
embriyonun skutellumu ile nişasta içeren endosperm arasında bulunan tabaka bu süreçte
kaybolur. Tahıllarda endosperm gelişimine verilebilecek en iyi örnek arpadır. Endospermi
35
ġekil 2. 5. Arabidopsis'de nüklear endosperm gelişimi (mv: merkezi vakuol; sit: sitoplazma; en: endosperm
nükleusu; mb: mikropil bölgesi; klz: kalaza; MEN: mikropilar endosperm; e: embriyo; KLZEN: kalazal
endosperm; PER: periferal endosperm; RMS: radyal mikrotübül sistemi; alv: alveol; nod: nodül; hen: hücresel
endosperm; alvr: alevron; oe: olgun embriyo (Olsen 2004'den değiştirilerek alınmıştır).
olmayan dikotil tohumlarında, endospermdeki depo maddeleri gelişen embriyo tarafından
kullanılarak tüketilir. Daha sonra çimlenme evresinde embriyoya gereken besinleri sağlamak
üzere besi doku yeniden organize olur. Endosperme sahip olan dikotillerde ise endosperm
sürekli besi doku olarak kalır. Bu doku alevron tabakası ile çevrilebilir. Endosperme sahip
olmayan bazı türlerde nusellus perispermin iç kısmına doğru gelişebilir. Ancak bu nadir
görülen bir olaydır.
Gelişimle ilgili bu olaylar konusunda türe veya familyaya özgü birçok varyasyon vardır.
Örneğin embriyonik dokuların kökeni, süspensörün hücre sayısı (1-100), endospermdeki
ploidi (2n-15n), endosperm morfolojisi (alevron tabakasının bulunup bulunmaması, hücre
tabakası sayısı), gövde ucunun özellikleri bakımından farklılıklar bulunur. Bazı türlerde
plumula çok sayıda yaprak içerebilir. Bazılarında ise oldukça ilkel bir plumula vardır. Tohum
taslağının dışındaki yapılardan olan integümentler, tohum olgunlaşması sırasında önemli
36
değişimler geçirerek testayı meydana getirirler. Testanın yapısı ve kalınlığı da türe veya
bitkinin yaşadığı ortamın koşullarına göre değişebilir.
ġekil 2. 6. (A) Hücresel ve (B) helobiyal endosperm gelişimi (PEN: periferal endosperm).
2. 1. 2. GELĠġMENĠN DÜZENLENMESĠ
Embriyo ve endospermde döllenmeden sonra, embriyonun temel bölgelerini, süspensörü,
embriyo dışındaki depo dokularını ve bunları çevreleyen yapıları belirleyen morfogenetik
olaylar meydana gelir. Bu dönemde hem embriyonik eksen oluşumu gerçekleşir hem de daha
sonraki dönemde vejetatif bitki yapısını oluşturmak üzere morfogenetik programlar aktif hale
gelir. Embriyo ve tohum gelişiminin 3/4'ü gelişmenin erken evrelerindeki bu düzenlemenin
eseridir. Gelişen embriyonun farklı bölgeleri ile bunu çevreleyen dokular arasındaki etkileşim
de morfogenetik programlamada önemli rol oynar. Embriyo oluşumu boyunca yaklaşık
37
20,000 genin ekspreslendiği ve bunların en azından % 20' sinin bazı gelişim olaylarını
spesifik olarak etkileyen bilgileri içerdiği bilinmektedir. Tohum oluşumu ve erken gelişim
dönemindeki olayların düzenlenmesi konusunda hangi genlerin özellikle önemli olduğu ve
bunların tohum taslağı içindeki morfolojik değişimleri nasıl sağladığı tam olarak
bilinmemektedir. Ancak bu genlerdeki mutasyonlar depo maddelerinin içeriğinde ve tohumun
morfolojisinde değişimlere yol açmaktadır. Örneğin bezelye genomundaki R bölgesinde
bulunan genlerin modifikasyonunun buruşuk testa oluşumuna neden olduğu ortaya
çıkarılmıştır. Günümüzde tohumlardaki morfolojik değişimleri kontrol eden genlerin
belirlenmesi daha büyük önem taşımaktadır. Bu amaçla normal tohum gelişimi konusunda
bozukluklara sahip olan mutantlar üzerinde çalışmalar yapılmaktadır. Böylece gelişme ile
ilgili önemli roller oynayan genlerdeki anormalliklerin izlenmesi amaçlanmaktadır. Mısırda
yapılan mutasyon oluşturucu çalışmalarla, embriyo ve endosperminde kusurlar bulunan
birçok mutant (dek) belirlenmiştir. Bu şekilde embriyo oluşumunu yönlendiren genetik
programlama mekanizması konusunda fikir elde edilmeye çalışılmaktadır. Mısırın bazı
mutantlarında (emb) ise endospermde herhangi bir sorun olmamasına rağmen, embriyo
gelişiminde anormallikler belirlenmiştir.
Bu tip mutasyonların 51 tanesinin embriyo gelişiminin farklı evrelerini etkilediği
bilinmektedir. Normal genlerin izolasyonu, klonlanması ve bunların ürünleri hakkında
bilgilerin elde edilmesiyle, embriyo oluşumunun düzenlenmesi hakkında moleküler ve
biyokimyasal bilgiler ortaya çıkarılmıştır. Bu yolla, örneğin Arabidopsis' de gelişimi
proembriyo evresinden, olgunlaşmanın geç dönemlerine kadar farklı evrelerde bloke eden
letal genler belirlenmiştir. Son dönemlerde ise mutantların kullanımıyla, embriyo ve tohum
gelişimi ile ilgili ayrıntılar daha başarılı bir şekilde aydınlatılmaktadır.
2. 2. TANE VE TOHUM DOLUMU ĠÇĠN GEREKLĠ ASĠMĠLATLARIN KAYNAĞI
Hasat edilmiş ürünlerde tane dolumunun hangi ölçüde meydana geldiği önemli bir tarımsal
parametredir. Bu konuda üstün özelliklere sahip olan yeni çeşitlerin ıslahı için çalışmalar
yapılmaktadır. Ayrıca hastalıklara dirençli, stres faktörlerine toleranslı, suyu daha etkili bir
şekilde kullanabilen, karbon ve azot içeren bileşiklerin translokasyonu konusunda daha yeterli
olan çeşitlerin geliştirilmesi de ıslah çalışmalarının hedefleri arasındadır. Bu amaçla
tohumlarda bulunan fotosentez kaynaklı depo maddeleri, bunların vejetatif dokulardan
38
tohuma translokasyonu ve tohum verimi üzerinde etkili olan çevresel faktörler üzerinde
kısaca durulacaktır.
2. 2. 1. TAHILLAR
Tahıl tanelerinin gelişiminde iki farklı evre ayırt edilebilir. Bunlar tane büyümesi ve tane
dolumudur. Tane büyümesi hücre bölünmesinin bir sonucudur. Bunun için suyun taneye
girmesi ve hücrelerin büyümesi gerekir. Tane dolumu protein ve nişasta gibi depo
maddelerinin endosperm içinde birikimi ile sağlanır. Serbest şekerler, nişasta ve diğer
polisakkaritler gibi karbohidratların miktarı ana bitkinin vejetatif kısımlarında anterlerin
açılma döneminde maksimum seviyeye ulaşır. Daha sonra karbohidrat miktarı azalmaya
başlar. Tanelerin son kuru ağırlığının yaklaşık % 15-20 kadarının bu karbohidratların
büyümekte olan tanelere translokasyonu ile sağlandığı tahmin edilmektedir. Bu dönemde
bitkinin farklı kısımlarındaki fotosentez etkinliğinin tane dolumuna etkisi, fotosentetik
kapasiteye, ortamdaki ışık miktarına ve tanelerin bu dönemde bitki üzerinde kalma süresine
bağlıdır. Tahıllar nihai azot içeriklerinin yaklaşık % 90'ını antesisten önceki dönemde
biriktirirler. Daha sonra azot, bitkinin vejetatif kısımları yaşlandıkça, gelişmekte olan tanelere
taşınır. Tanelerin azot içeriği bu dönemde gerçekleşen taşınımın etkinliğine bağlıdır. Genelde
yüksek oranda azot içeriğine sahip olan çeşitlerde, vejetatif kısımlardan reprodüktif kısımlara
doğru azot taşınımı daha yoğun olarak gerçekleşir.
Bu dönemde gözlenen fotosentetik etkinlik türe özgü değişimler gösterir. Buğday ve arpada
net fotosentez hızı bayrak yapraklarda ve başakta nispeten daha yüksektir. Bu yapraklar
taneler için ana besin maddelerini sağlarlar. Bayrak ve başak yaprakların bu konudaki payları
türe göre değişir. Yulaf ve pirinçte bu yaprakların tane dolumu üzerinde eşit öneme sahip
olduğu sanılmaktadır. Mısırda koçanın üzerindeki yaprakların ürettiği şekerler, tanelere daha
etkili bir şekilde taşınır. Ancak koçanın altındaki yapraklarla sağlanan şeker taşınımı daha
zayıftır. Genelde yukarıda bulunan yapraklar asimilatları tanelere ve gövdeye; aşağıdaki
yapraklar ise köklere verirler. Ayrıca bir başak içinde bile asimilatların dağılımı farklıdır.
Olgunlaşma boyunca, bitkinin yeşil kısımlarının varlığını sürdürmesi tane verimi için önemli
bir faktördür. Örneğin pirinç yaprakları taneler olgunlaşıncaya kadar yeşil renklidir. Ancak
buğdayda yapraklar taneler olgunlaşmadan önce sararır. Bu durumda fotosentetik ürünlerin
olgunlaşmanın geç dönemlerinde tanelere ulaştırılması önem kazanır. Fakat bu dönemde
39
tanelerin solunum hızı şeker ve diğer moleküllerin tanelere taşınım hızını aşabilir ve sonuçta
tane ağırlığında azda olsa azalma görülür.
Ortamdaki ışık miktarı da bitkinin belli kısımlarındaki fotosentez hızını etkiler. Arpa ve
buğdayda gelişmekte olan başak yapraklar ışığa maruz kalınca fotosentetik potansiyel tam
olarak kullanılır. Ancak geliştirilen bazı pirinç çeşitlerinde başak yapraklar kıvrılarak, bayrak
yaprakların seviyesinin altına iner. Bu şekilde engellenen gölgeleme, tane dolumunda
kullanılan asimilatlar konusunda az da olsa katkı sağlanmış olur. Tarla koşullarında farklı
bitki kısımlarının fotosentetik etkinliğe olan katkısını belirlemek zordur. Ancak bu konuda
yaprak alanı, yaprak yaşı, yaprağın ışığı alma açısı, gölgeleme, başak yaprakların yapısı,
sıcaklık, besin ve su miktarı da bu konuda etkilidir.
2. 2. 2. BAKLAGĠLLER
Baklagil türleri arasında tohum dolumunda kullanılan karbon ve azot kaynakları bakımından
önemli farklılıklar vardır. Bu bitkilerde çiçeklenmeden önce fotosentezin ürünleri kök ve
nodüllerde gerçekleşen solunum olayında kullanılır ve aynı dönemde yeni yaprak ve
köklerdeki kuru maddenin yapısına gerekli karbon ilavesi de yapılır. Lupinus alba gibi bazı
baklagillerde çiçeklenmeden sonraki dönemde de fotosentez ürünlerinin kök ve nodüllere
dağıtımı devam eder. Tohum oluşumu için gereken karbon ve azotlu bileşikler, gövdenin
vejetatif kısımlarından taşınarak temin edilir. Vigna ungiuculata 'da ise tohum oluşmaya
başlayınca, fotosentez ürünlerinin bitkinin toprak altı kısımlarına taşınması engellenir.
Yapraklar hızla dökülür ve fotosentez ürünleri gelişen meyvelere taşınır. Acı bakla
tohumlarındaki azotun % 75'i çiçeklenmeden sonraki dönemde simbiyotik azot fiksasyonu ile
sağlanır. Vigna ungiuculata 'da ise azot ihtiyacının % 69'u antesisten önceki dönemde
sağlanır. Bu evrede bileşik yapraklardaki protein deposu meyvelere taşınır. Bezelyede karbon
ve azotun büyük kısmı çiçeklenme boyunca ve meyve oluşumunun erken döneminde sağlanır.
2. 2. 3. ASĠMĠLATLARIN GELĠġEN TOHUMLARA TRANSLOKASYONU
Sukroz fotosentezin gerçekleştiği bölgelerden gelişen tohumlara taşınan şeker formudur.
Sukrozun bitkinin vejetatif kısımlarından tohumlara uzun mesafeli taşınımı floemle sağlanır.
Gelişen tahıl tohumlarının ana bitkiyle doğrudan vasküler bağlantısı bulunmaz. Kısa mesafeli
taşınım mekanizması ile asimilatlar vasküler dokulardan endospermin depo bölgesine taşınır.
40
Buğday ve arpa gibi tahıllarda asimilatlar belli bölgelerde bulunan vasküler doku ile sırayla
funikulus-kalaza bölgesi, nusellus çıkıntısı, alevron tabakası ve nişastalı endosperme geçerler.
Pirinç tanelerinde ise besinler, perikarp içindeki vasküler demetle tanelere taşınır. Mısır ve
sorgum gibi tropikal tahıllarda ise asimilatlar, floem yoluyla tanelerin taban kısmındaki
pedisele taşınır. Bazı özelleşmiş transfer hücreleri, asimilatların maternal dokudan gelişen
endospermin taban kısmına taşınımını kolaylaştırır. Transfer hücrelerinde çeperin içeriye
doğru büyümesi ile oluşan yapılar bulunur. Böylece asimilatların absorbsiyonu ve
endosperme verilmesini kolaylaştıran plazmalemmanın yüzey alanının artması sağlanır.
Arpa ve buğdayda floemden boşalan asimilatlar, maternal dokulardan nusellar çıkıntıya
simplastik olarak geçerler. Buradan transfer hücreleri yardımıyla apoplasta gönderilirler. Bu
aşamada aktif taşınımı sağlayan ve hücre zarında bulunan pompalarla, turgorun etkili olduğu
pasif taşınım etkili olur. Asimilatlar buradan difüzyonla endosperme geçerler. Endospermin
dış kısmında bulunan alevron tabakasındaki bazı hücreler transfer hücrelerine modifiye
olurlar. Nişastalı endosperm bölgesine taşınım simplastik olarak sağlanır ve asimilatlar bu
bölgede diğer depo maddelerinin sentezi için kullanılır.
Mısır tanelerinin taban kısmında bulunan pedisel invertaz adı verilen enzimi içerir. Bu enzim
sukrozu fruktoz ve glukoza kadar parçalar. Oluşan ürünler aktif olarak endosperm hücrelerine
taşınır ve tekrar sukroza dönüştürülür. Sukrozun maternal dokudaki hidrolizi mısırdaki
taşınım olayının integral kısmını oluşturur. miniature-1 gibi invertaz içermeyen mutantlarda
floem boşalmasında, endosperm gelişiminde ve pedisel gelişiminde anormallikler gözlenir.
Pedisel hasarına neden olan önemli faktörlerden birisi, invertaz eksikliğinden dolayı sukrozun
birikim göstermesi ve hücrelerdeki ozmotik bozukluktur. Arpa ve buğdayda sukroz, maternal
dokulardan gelişmekte olan endosperme alınır. Bu konuda yapılan araştırmalarda
aminoasitlerin gelişen tahıl tanelerine alınımına daha az önem verilmiştir. Fakat özellikle
asparagin ve glutamin adlı aminoasitlerin ana bitkiden taşınımı önemlidir. Diğer
aminoasitlerin oluşumu ise gelişen tanelerde gerçekleşir. Glutamin ve asparagin gibi bazik
aminoasitlerin amino grupları, yeni sentezlenecek olan aminoasitlerin amino grupları için bir
kaynak oluştururken; karbon iskeleti ise taşınan karbohidratlardan sağlanır. Depo
proteinlerinin sentez hızı asparagin ve glutaminin hem taşınım hızı hem de diğer
aminoasitlere dönüşüm hızı ile kontrol edilir. Asimilatların gelişen tahıl tanelerine taşınımı,
bu tanelerin depo maddeleriyle dolması ve şişmesi ve floemin bulunduğu kısımların
parçalanarak fonksiyonunu kaybetmesi sonucu durur.
41
Endospermik olmayan baklagil tohumları gelişmenin erken evrelerinde gereken besinleri
embriyo kesesinde bulunan endosperm veya nusellar sekresyon denilen embriyoyu saran sıvı
ortamdan temin eder. Fakat sonraki dönemlerde kotiledonlarda depo edilecek olan besinler
ana bitkiden alınır. Bu olay vasküler dokudan gelerek dallanan tohum muhafazası (zarfı)
içinde ilerleyerek funikulus yoluyla ileride testayı oluşturacak olan integümentlere ulaşan
vasküler demetlerle kolaylaştırılır. Asimilatların funikulus yoluyla testadan kotiledonlara
difüzyonla iletimi transfer hücreleri ile sağlanır. Testada bulunan ve asimilatların dağıtımını
sağlayan floem, bezelyede olduğu gibi bir veya iki demetten veya soyadaki gibi ağ şeklinde
bir yapıdan oluşabilir. Testa ile embriyo arasında simplastik bir bağlantı bulunmaz. Bu
nedenle testa floemindeki asimilatlar, embriyoya apoplastik boşlukla iletilir. Embriyo
asimilatları aldıktan sonra, bu asimilatlar simplastik olarak dağıtılır ve depo maddelerinin
sentezinde kullanılır. Baklagillerde türe bağlı olarak değişmesine rağmen, testa veya
embriyonun dış tabakalarında transfer hücreleri bulunur ve sukroz testadan tohuma geçerken
hidroliz edilmez.
Testa floeminde taşınan karbonun yaklaşık % 85'i sukroz formundadır. Floemdeki azotun
temel formu ise asparagin ve glutamindir. Ancak soyadaki azot kaynağının % 10-15 kadarı
üreidlerden oluşur. Bu tip bitkilerin tohumlarının testalarında üreidleri asparagin ve glutamine
çeviren enzimler bulunur. Çiçeklenmeden sonraki dönemde bezelye tohumlarındaki floem öz
suyunda asparagin miktarı artış gösterir. Testa floemindeki aminoasit miktarı bitkinin ihtiyaç
duyduğu azotu hangi formda aldığına bağlıdır. Örneğin azotu simbiyotik fiksasyonla
alanlarda asparagin miktarı daha fazladır. Gelişmekte olan tohumlara verilen aminoaist
kompozisyonu ile testadaki aminoasit kompozisyonu farklıdır. Örneğin testadan apoplasta
geçen sıvının yapısında alanin ve treonin miktarı, asparagine göre fazladır. Testada, buradaki
aminoaistlerin değişime uğramasını sağlayan enzimler mevcuttur. Örneğin asparaginaz
enzimi, bezelye testalarında oldukça aktiftir ve asparaginin yapısında bulunan amino
gruplarını uzaklaştırır. Bu veriler baklagillerdeki azot metabolizmasının türe, azot
beslenmesine ve çevresel faktörlere bağlı olarak değişimler sergileyebileceğinin gösterir.
Soya ve bezelyenin bazı çeşitlerinde yaprak ve tohum muhafazalarında fotosentezle üretilen
sukroz, tohuma taşınmadan önce nişasta halinde geçici olarak tohum muhafazasında depo
edilir. Tohum muhafazası denilen yapı, P. vulgaris gibi türlerde, hem solunum sonucu oluşan
CO2' nin kullanılması için fotosentez yapar hem de şekerlerin sürekli depolandığı bir bölge
42
olarak rol oynar. Tohum muhafazasında geçici olarak depolanan azot ise asetilhomoserin ve
homoserin yapısındadır.
Son yıllarda özellikle absisik asidin bazı asimilatların gelişen tohumlara taşınımını, floem
boşalmasını ve havuz kapasitesini kontrol ederek düzenlediği belirlenmiştir. Boş testa tekniği
yöntemi olarak bilinen çalışmalarda tohum muhafazası içinde bulunan ve gelişmekte olan
tohum çıkarılır ve testanın içi ozmotik etkinliğe sahip bir çözelti ile doldurulur. Sukroz ve
aminoasitlerin testadan iç kısımlara taşınması, testa içinde yüksek ozmotik konsantrasyona
sahip bir ortam gerektirir. Böylece testa simplastındaki düşük turgorun yapraklardan, yani
kaynaktan asimilat alınımını sağladığı düşünülür.
2. 2. 4. ÇEVRESEL FAKTÖRLERĠN TOHUM GELĠġĠMĠ ÜZERĠNE ETKĠSĠ
Tohum gelişimi sırasında çevresel stres faktörlerine verilen cevaplar oldukça karmaşıktır.
Ancak stresin neden olduğu genel etki, tohum sayısı ve kalitesinin azalmasıdır. Tohum
gelişiminin farklı evrelerinde düşük veya yüksek sıcaklık, kuraklık ve besin eksikliği gibi
stres faktörleri etkili olabilir. Hatta birçok zaman aynı anda birden fazla stres faktörü ortaya
çıkabilir. Genelde yüksek sıcaklık ve kuraklık stresi aynı anda ortaya çıkan stres tipleridir. Bu
durumda stresin tohum gelişimi üzerindeki olumsuz etkisi daha fazladır. Stresin etkili olduğu
süre ve tohum gelişiminin hangi evresinde ortaya çıktığı da önemlidir.
Örneğin tohum gelişimi sırasında ortaya çıkan kuraklık stresi, oluşacak tane sayısının
azalmasına neden olur. Eğer kuraklık antesis ve döllenme döneminde ortaya çıkarsa, polen
oluşumu etkilenir. Mısırda ise stigma oluşumunda anormallikler gözlenir. Döllenmeyi izleyen
dönemde hücre bölünmesi ve büyümesi, tanelerin boyutunu ve besin depolama kapasitesini
etkileyeceğinden, bu dönemdeki kuraklık ve yüksek sıcaklık koşulları önemlidir. Buğdayda
yüksek sıcaklık tane dolum evresini kısaltır. Bu durum muhtemelen gelişmenin hızlanmasının
bir sonucudur. Bu koşullarda tane dolum hızı ile oluşan hücre sayısı arasında bir orantı
olmadığından, olgunlaşma tamamlandığında tene ağırlığı azalmıştır. Sıcaklığın 15 °C' den 30
°C' ye yükselmesi, tohumdaki protein miktarının daha fazla artmasına neden olur. Benzer bir
duyarlılık kuraklık koşullarında da ortaya çıkar.
Baklagil tohumlarının gelişmesi sırasında da stres faktörleri etkilidir. Soyada tohum
gelişiminin erken dönemlerinde görülen kuraklık, tohum muhafazalarının absisyona uğraması
43
yüzünden, oluşan tohum sayısını azaltır. Gelişmenin ilerleyen dönemlerinde ortaya çıkan
kuraklık ise fotosentez hızının, dolayısıyla gelişen tohumların ihtiyaç duyduğu asimilat
miktarının ve verimin azalmasına yol açar. Tohumların canlılığı da stres koşullarından
olumsuz etkilenir. Gelişim boyunca ortaya çıkan düşük sıcaklık, bazı yağ bitkilerinin lipid
içeriğinde kalitatif ve kantitatif değişimlere yol açar. Örneğin gelişmenin daha sonraki
aşamalarında ortaya çıkan düşük fakat öldürücü olmayan sıcaklıklar, kolzada testanın yeşil
renkli kalmasına neden olur. Yağların klorofil ile kontaminasyonu ise yağın ticari değerini
azaltan bir faktördür.
2. 3. BESĠNLERĠN DEPO DOKULARDA BĠRĠKĠMĠ
Birçok olgun tohumda önemli miktarlarda en az iki üç farklı tipte depo maddesi bulunur.
Birçok besin maddesi de tohum gelişimi boyunca sentezlenir. Depo edilen maddelerin tipi ve
miktarının nasıl belirlendiği merak edilen bir konudur. Tohum yapısında bulunan aynı dokuda
bazen iki hatta üç farklı madde sentezlendiğine göre, tohumlarda bununla ilgili birbirinden
bağımsız biyokimyasal sentez mekanizmaları bulunmalıdır. Tohuma ulaşan asimilatların
tohum içindeki farklı bölgelere uygun miktar ve tipte dağıtılması gerekir. Bu konuda etkili
olan mekanizmalardan birisi sentez olaylarının farklı hücresel yapılarda gerçekleşmesidir.
Örneğin nişasta ve yağ asitleri plastidlerde, proteinler ise sitoplazma ve endoplazmik
retikulumda sentezlenir. Bu nedenle sukrozdan gelecek olan karbon atomlarının nerede ve
nasıl kullanılacağı daha önceden belirlenmiştir. Ancak bu programlamanın nasıl yapıldığı tam
olarak bilinmemektedir. Aynı plastid içinde yağ asidi ve nişasta sentezi için kullanılacak
moleküllerin paylaşımının nasıl yapıldığı da henüz anlaşılamamıştır. Örneğin mısır
embriyosunda bulunan plastidler büyük ölçüde yağ asidi sentezi ile ilgilidir. Ancak
endospermdeki plastidlerde nişasta sentezlenir. Yağ depolayan embriyoların kotiledonlarında
gelişimin erken evrelerinde nişasta daha sonra ise yağ asidi sentezi yapılır. Bu olaylarda farklı
enzimlerin oransal aktiviteleri etkilidir. Dolayısıyla bu enzimlerin sentezinden sorumlu olan
genlerin ekspresyonu da farklıdır. Günümüzde bu tip düzenleyici mekanizmalar hakkında
yeterince bilgi yoktur. Ancak bazı endojen (içsel) faktörlerle çevresel faktörler önemlidir.
Tohumun depo içeriği arttıkça meydana gelen değişimler, tohum gelişimi sırasında oluşan
değişimlerle ilişkilidir. Birinci bölümde tohumun, zigotun hücre bölünmeleri ve farklılaşma
olayları ile çok hücreli yapının kazanılması şeklinde büyüdüğü belirtilmişti. Bu olaylar dizisi
histolojik farklılaşma olarak bilinmektedir. Aynı zamanda hücre genişlemesi, tohumun taze
44
ağırlığı ve su miktarında da artış görülür. Depo maddelerinin sentez ve depolanması sonucu,
kuru ağırlıkta hızlı bir artış meydana gelir ve hücreler depo maddelerine yer sağlamak için
genişlerler. Daha sonra tohumun taze ağırlığı nispeten sabitlenir. Ancak bu arada tohum, depo
hücrelerinin çözünmeyen maddelerle doldurulması sonucu su kaybeder. Tohum maksimum
kuru ağırlığa yaklaştıkça su kaybetme hızı da azalır. Son aşamada tohumda olgunlaşma ve
kuruma meydana geldikçe, tohumun su miktarı iyice azalır, ana bitkiden ayrılır ve dormansi
periyoduna girer (Şekil 2. 7). Bu olayların gerçekleşmesi bitki türü ve çevresel faktörlere
bağlı olarak birkaç günle birkaç ay gibi bir zaman alabilir.
ġekil 2. 7. Gelişim boyunca tohumların taze ağırlık (TA), kuru ağırlık (KA) ve su miktarı (SM) gibi
parametrelerde meydana gelen değişimler.
2. 3. 1. NĠġASTA SENTEZĠ
Nişasta tohumlarda amiloz ve amilopektin formunda bulunur. İlk olarak amiloz sentezi
gerçekleşir.
Daha
sonra
bazı
modifikasyonlarla
amilopektin
oluşur.
Tohumlara
karbohidratların taşınım formu olan sukroz, nişasta sentezinin substratıdır. Sukroz ilk olarak
fruktoz ve UDP-glukoza (uridin difosfoglukoz) dönüştürülür. Bu reaksiyon sukroz sentaz
45
enzimi ile katalizlenir. Daha sonra fruktoz, hekzokinaz enzimi yardımıyla fruktoz-6-fosfata
fosforile edilir. Fruktoz-6-fosfat, heksoz fosfat izomeraz enziminin katalizlediği bir
reaksiyonla
glukoz-6-fosfata
dönüştürülür.
Bu
arada
UDP-glukozdan,
UDP-glukoz
pirofosforilaz enziminin yardımıyla, glukoz-1-fosfat oluşturulur. Bu molekül de mutaz enzimi
ile glukoz-6-fosfata dönüştürülür. Nişasta biyosentezinin bu basamakları sitoplazmada
gerçekleşir. Glukoz-6-fosfat amiloplast olarak bilinen nişasta sentezleyen plastidlere girer. Bu
olay amiloplast membranındaki bir taşıyıcı ile sağlanır. Glukoz-6-fosfatın önce glukoz-1fosfata izomerizasyonu sağlanır. Daha sonra ADP-glukoz pirofosforilaz enzimi ile yine bir
şeker nükleotid olan ADP-glukoza dönüşür. ADP-glukoz molekülü yapısındaki glukozu α-1,4
bağı kurarak başka bir glukoza verir ve bu olay amiloz molekülü oluşuncaya kadar devam
eder. Nişasta düz zincirli amiloz ve dallanmış durumdaki amilopektin yapısında bulunur. Bu
nedenle α-1,6 bağlarının oluşumunu, yani molekülde dallanmayı sağlayan bir enzim de
gereklidir. Bu enzim α-1,4 bağlarına sahip kısa glukoz zincirlerini amiloza verir (Şekil 2. 8).
ġekil 2. 8. Gelişmekte olan bezelye tohumu kotiledonlarında nişasta sentezinin basamakları (1: Sukroz-UDPglukosiltransferaz; 2: Hekzokinaz; 3: UDP-glukoz pirofosforilaz; 4: Fosfoglukomutaz; 5: Heksoz fosfat
izomeraz; 6: ADP-glukoz pirofosforilaz; 7: Nişasta sentetaz; 8: Nişasta dallandırıcı enzim) (Smith ve Denyer,
1992).
46
Nişasta biyosentezinde rol oynayan enzimlerle ilgili bilgiler, özellikle tahıllarda bulunan ve
nişasta sentez mekanizmasında önemli eksiklikler sergileyen mutantlar sayesinde elde
edilmiştir. Bu mutasyonlardan bazıları tablo 2. 1'de görülmektedir. Nişasta sentezindeki
önemli mutantlardan birisi de buruşuk testalı bezelyedir. Buruşuk ve düz testalı bezelye
tohumlarında nişasta içeriği çok farklıdır (Tablo 2. 2). Buruşuk testalı tiplerde amilopektin
miktarı çok azdır. Buruşuk bezelye tohumlarında dallanmış nişasta miktarındaki azalma,
nişasta sentezinde rol oynayan ve dallanmaya yol açan enzimin eksikliğinden kaynaklanır.
Diğer enzimlerin aktivitesinde çok büyük bir fark yoktur. Yapılan araştırmalar bu enzimin
düz testalı bezelye tohumlarında bulunduğunu göstermiştir. Buruşuk tiplerde bu enzimin
mRNA' sı transkripsiyona uğrayamaz. Ancak buruşuk tiplerde de az miktarda amilopektin
sentezlenir. Yani dallanmaya yol açan ikinci bir enzim daha vardır.
Tablo 2. 1. Bazı mısır mutantlarında, mutasyonun sebepleri ile şeker ve nişasta moleküllerinin karakteristik
özellikleria.
Mutant (gen)
Cevap
Amiloz extender
(ae)
Amilopektinde
birkaç dallanma
noktası
Daha küçük,
oldukça dallanmış
ve çözünür
amilopektin
(fitoglikojen)
Az miktarda nişasta
depolama
Sugary (su)
Shrunken 2 (sh2)
Waxy (waxy)
a
Az miktarda
amiloz, daha fazla
amilopektin üretimi
Sebep
Dallanma
enzimlerinden
birinin eksikliği
Dallanma
enzimlerinden
birinde aktivite
değişimi
Küçük alt ünite
eksikliği yüzünden
ADP-glukoz
pirofosforilaz
aktivitesinin
azalması
Granüle bağlı
nişasta sentetaz
enziminin yokluğu,
amilozun dallanma
sağlayan
enzimlerden
korunmaması
Suda çözünür
karbohidratlar
(%)
NiĢasta (%)
-
-
36
30
2
25
-
-
Normal mısır % 1.3 suda çözünen polisakkarit ve % 65 oranında nişasta içerir.
Bu enzimin düşük aktivite göstermesinin tohum morfolojisinde nasıl bu kadar önemli bir
değişime sebep olduğu önemlidir. Dallanmaya yol açan bu enzim, büyüyen nişasta
polimerinin uç kısmında indirgen olmayan birçok bölge oluşturur. Bu bölgelerin sayısının
azalması, nişasta sentetaz enziminin bağlanacağı bölge sayısının ve dolayısıyla nişasta
47
sentezinin azalmasına yol açar. Bunun sonucunda da kotiledonlarda sukroz birikimi meydana
gelir. Nitekim buruşuk bezelye tohumlarındaki sukroz miktarı, düz testalıların yaklaşık iki
katıdır. Bu durumda buruşuk testalı tohumlarda, kotiledon hücrelerinde daha az nişasta ve
daha çok sukroz bulunur. Ozmotik etkinliğe sahip olan sukroz, suyun hücrelere girmesini ve
buruşuk testalı tohumlardaki su miktarının daha yüksek olmasını sağlar. Tohum
olgunlaşmasının son evresi, su kaybı sonucu meydana gelen kurumadır. Bu evre başlamadan
önce her iki tohumun morfolojisi benzerdir. Ancak daha sonraki evrede su kaybı devam
ettikçe, hacminin daha büyük kısmını kaybettiği için buruşuk testa yapısı oluşur.
Tablo 2. 2. Düz (RR) ve buruşuk (rr) testalı bezelye tohumları arasındaki içerik farklarıa.
Düz testalı
BuruĢuk testalı
Nişasta miktarı (% kuru ağırlık)
51
29
Amiloz (% kuru ağırlık)
15
21
Amilopektin (% kuru ağırlık)
35
8
Sukroz (% kuru ağırlık)
4.1
7.4
Tohumda olgunlaşma öncesindeki su miktarı (%)
60
74
a
Wang ve Hedley, (1991).
Fotosentetik olmayan ve nişasta depolayan dokularda nişasta sentezi bir veya iki tane küçük
nişasta granülü ile proplastidlerde başlar. Bu granüller başlangıçta proplastidin küçük bir
kısmını işgal eder. Ancak daha sonra amiloplastın tamamen doldurulmasına kadar granül
boyutları dereceli olarak artar. Olgun bir nişasta granülü konsentrik halkalardan meydana
gelir (Şekil 2. 9A). Bu halkaların herbiri, granüldeki bir günlük nişasta birikimi sonucu
meydana gelir. Arpa gibi bazı tahılların olgun endospermlerinde büyük ve küçük
amiloplastlar bulunur. Büyük olanlar (A tipi) antesisten hemen sonra, küçük olanlar (B tipi)
ise daha sonraki dönemde mevcut amiloplastların büzülmesiyle oluşur. Sayısal olarak A
tiplerinden 10 kat fazla olmasına rağmen, mevcut nişastanın % 30'unu içerir.
Bezelye gibi birçok baklagil bitkisinin kotiledonlarındaki amiloplastlar kloroplast benzeri
plastidlerden meydana gelir. Nişasta taneleri, plastidlerdeki tilakoid yığınları arasından
depolama işleminin başlamasıyla birlikte birikmeye başlar ve nişasta depolandıkça boyutları
artar. İnternal zarlar dış zarlara doğru sıkıştırılır ve olgunlaşma boyunca bütünlüğünü
kaybeder. Kotiledonların iç kısmındaki hücrelerde daha büyük nişasta taneleri bulunurken, dış
kısımdaki hücrelerde daha az sayıda ve daha küçük nişasta taneleri bulunur (Şekil 2. 9B).
48
Ancak bu hücrelerde nişasta depolanmayan küçük kloroplastlar da vardır. Olgun bezelye
tohumlarının yeşil rengini de oluşturan bunlardır.
ġekil 2. 9. (A) Arpa ve (B) bezleye tohumlarında nişasta taneleri.
Bazı baklagillerde, soya ve kolza tohumlarında gelişme boyunca nişasta birikimi daha farklı
şekilde meydana gelir. Bu tohumlarda kotiledonların nişasta miktarı gelişme periyodunun
başında artar, daha sonra azalır ve olgun tohumların nişasta içeriği bu nedenle düşüktür.
Çünkü nişasta, gelişimin ilerleyen evrelerinde yağ ve protein sentezi için gereksinim duyulan
karbon iskeletini oluşturmak için harcanır.
2. 3. 2. DĠĞER POLĠMERĠK KARBOHĠDRATLAR
Nişasta, tahıl ve baklagil tohumlarındaki tek depo karbohidratı değildir. Hatta depolanan
polimerik şekerlerin ana formu da olmayabilir. Tahıl tanelerindeki olgun endospermin nişasta
içeren ölü hücrelerinin çeperlerinde önemli miktarda hemiselüloz ve hem α-1,3 hem de α-1,4
bağlarına sahip olan glukanlar bulunur. Bahçe bezelyesi tohumlarının kuru ağırlığının % 3545' i nişasta iken, tarla bezelyesinde tohum kuru ağırlığının % 40' ı hemiselüloz, % 25' i ise
nişastadır. Hemiselüloz sentezi, nişasta sentezinin bitmesinden sonra da devam eder.
Bazı endospermik baklagiller de dahil, bazı tohumlarda hücre çeperinde depolanan ana depo
maddesi hemiselülozdur. Trigonella foenum-graecum, afrika hurması, kahve ve Phoenix
49
dactylifora'
da
depo
organlarının
hücrelerinde
galaktomannanlar bulunur. Galaktomannan
hemiselülozlar,
sentezi
büyük
ölçüde
de
Trigonella foenum-graecum' un
endosperminde, gelişimin erken everlerinde embriyoya yakın hücrelerde başlar. Uzaktaki
hücrelerde ise daha sonra başlar. Galaktomannan oluşumu, granüler endoplazmik retikulum
üzerindeki vesiküllerde meydana gelir ve oluşan polimer daha sonra plazmalemmaya verilir.
Galaktomannan sentezi için kullanılan karbohidrat kaynağı, maternal dokulardan endosperme
alınan sukrozdur. Heksoz şekerler hidroliz olup fosforilasyona uğradıktan sonra, mannoz-1fosfat ve daha sonra da GDP-mannoza dönüştürülür (Şekil 2. 10).
ġekil 2. 10. Gelişmekte olan endospermik baklagillerin endosperminde galaktomannan sentez basamakları (1:
İnvertaz; 2: Hekzokinaz; 3: Heksoz fosfat izomeraz; 4: Fosfomannoizomeraz; 5: Fosfomannomutaz; 6:
GTPMan-1-P guanililtransferaz; 7: GDPMannoza bağımlı mannosiltransferaz; 8: Sukroz sentaz; 9: Epimeraz;
10: UDPGalaktoza bağımlı galaktosiltransferaz).
Membrana bağlı bir enzim olan GDP-mannoza bağımlı mannozil transferaz, mannaz
molekülünü lineer ve β-1,4 bağına sahip olan mannoz primerine verir. Böylece
50
galaktomannan polimerinin omurgası oluşturulur. Aynı anda, membrana bağlı diğer bir enzim
olan UDP-galaktoza bağımlı galaktosiltransferaz enzimi, galaktozu α-1,6 bağı ile yan zincire
taşır. Daha sonra tohum gelişimi boyunca galaktomannan molekülündeki mannoz/galaktoz
oranı sabit kalır. Ancak gelişimin geç dönemlerinde bu oran α-galaktosidaz enziminin
aktivitesindeki artış nedeniyle değişebilir. Bu enzim bazı galaktoz moleküllerini zincirden
uzaklaştırır.
2. 3. 3. TRĠAÇĠLGLĠSEROL SENTEZĠ
Tohumlarda depo edilen triaçilgliserollerin yağ asidi içeriğinde önemli derecede farklılıklar
bulunur. Bununla ilgili bazı örnekler tablo 1. 4' de verilmişti. Ancak bu konudaki çeşitlilik
çok daha fazladır. Burada yağ asidi çeşitliliğinden çok gelişmekte olan tohumlardaki
triaçilgliserol sentezinden bahsedilecektir.
Gelişmekte olan tohuma giren sukroz genelde depo edilecek olan triaçilgliserol ve
proteinlerin sentezinde kullanılır. Ancak nişasta sentezi için kullanılmamasının nedeni
bilinmemektedir. Halbuki oleogenik tohumların gelişimlerinin yarısından itibaren nişasta
biriktirdiğini gösteren kanıtlar mevcuttur. Şu anda ispatlanmamış olmasına rağmen, nişastanın
triaçilgliserol sentezinde kullanılmak üzere mobilize olduğu ve triaçilgliserol sentezinin
ağırlıklı olarak dışarıdan alınan sukrozla sağlandığı düşünülür. Tohumlarda triaçilgliderol
sentezi üç basamakta gerçekleşir:
1- Gliserol omurgasının oluşumu
2- Yağ asitlerinin oluşumu
3- Gliserolün triaçilgliserolü oluşturmak üzere yağ asitleri ile esterifikasyonu
Ancak bu reaksiyonlarda serbest gliserol ve serbest yağ asitleri kullanılmaz. Gliserol, gliserol3-fosfat; yağ asitleri ise koenzim A (CoA)' ya veya açil taşıyıcı proteinlere bağlı durumdadır.
Triaçilgliserol biyosentezi ve farklı adımlarının lokalizasyonu ile ilgili genel bir şema şekil 2.
11'de görülmektedir. Sukroz gelişmekte olan tohumlara alındıktan sonra, glikoliz
reaksiyonları ile heksoz fosfatlara ve trioz fosfatlara dönüştürülür. Bir trioz fosfat olan
dehidroksiaseton fosfatın sitoplazmada indirgenmesi ile gliserol-3-fosfat oluşturulur. Bu da
daha sonra açillenir. Yağ asidi sentezi plastidlerde başlar. Plastidlerdeki glikoliz reaksiyonları
sonucu oluşan asetil CoA, bu reaksiyonlarda kullanılır. Enolaz ve pürivat kinaz gibi yağ
51
depolayan
tohumların
plastidlerinde
bulunan
glikolitik
enzimlerin
aktivitelerinin
triaçilgliserol birikimi sırasında arttığı belirlenmiştir.
ġekil 2. 11. Tohumlarda gerçekleşen yağ asidi sentezinin basamakları (PEP: fosfoenol pürivat; OAA:
okzalaasetik asit; GAL: gliseraldehit; PA: pürivik asit; ACoAC: asetil CoA karboksilaz; TA: transaçilaz; YASC:
yağ asidisentaz kompleksi; 1: desaturaz; 2: hidroksilaz; 3: elongaz; PC: fosfatidilkolin).
Glikolizin başlangıç molekülü heksoz fosfatlardır. Bunlar plastidlere dış membranda bulunan
özel taşıyıcılarla alınırlar. Gelişmekte olan kolza embriyolarındaki plastidlerde heksoz
fosfatların glikolitik dönüşümüyle ilgili tüm enzimler bulunur. Bu enzimlerin aktiviteleri de
hem asetil CoA hem de yağ asidi oluşum hızıyla uyumludur. Fasülye endıspermlerinde de
sitoplazmada oluşam malik asidin plastidlere alınarak pürivik aside dekarboksile olduğu, daha
sonra da asetil CoA'yı oluşturduğu belirlenmiştir. Malik enzim aracılığı ile sağlanan malik
asit-pürivik asit dönüşümü de yağ asidi sentezinde indirgeyici bileşik olarak kullanılan
NADPH'nin oluşumunu sağlar. Plastidlerdeki asetil CoA'nın diğer muhtemel kaynağı serbest
asetattır. Bu molekül mitokondrilerdeki asetil CoA'dan oluşur. Ayrıca bazı türlerin
kloroplastlarında bulunan asetil karnitin/karnitin mekiği ile sağlanır.
52
Asetil CoA karboksile olarak malonil CoA' yı oluşturur. Molekülün malonil kısmı açil taşıyıcı
proteine aktarılarak malonil-ACP oluşur (Şekil 2. 11). Daha sonra asetil CoA'nın asetil kısmı
ile malonil arasında kondensasyon meydana gelir ve bir mol CO2 çıkışı ile asetoasetil-ACP
oluşur. NADPH ve NADH'nin kullanıldığı iki redüksiyon ve bir dehidrasyon reaksiyonu
sonucu asetoasetil-ACP tamamen indirgenmiş olan 4 karbonlu açil yapısına dönüştürülür. Bu
molekül ACP' ye bağlı başka bir malonil ile kondense olur ve bir molekül CO2 çıkışı ile
indirgenir. Daha sonra bir mol su çıkışı ile yağ açil kısmı meydana gelir. İki tane karbon
atomunun sıra ile yapıya eklenmesi ile 16 karbonlu pamitoil-ACP (16:0) ve stearoil-ACP
(18:0) meydana gelir. Bu sırada bu bileşiklerden palmitik asit veya stearik asit ayrılarak
serbest kalabilr. Ayrıca stearoil-ACP anaerobik olarak denaturasyona uğrar ve serbest oleik
asidi (18:1) oluşturacak olan oleoil-ACP meydana gelebilir. Açil-ACP'nin dönüşüm
reaksiyonları, ACP molekülü çevresinde bulunan ve 6 enzimden ibaret olan yağ asidi sentaz
adı verilen bir enzim kompleksi tarafından katalizlenir.
Palmitik, stearik ve oleik asit plastidlerden çıkarak endoplazmik retikuluma çok yakın
konumdaki CoA' ya bağlanır. Doymamış yağ asitleri olan linoleik (18:2) ve linolenik asit
(18:3), açil grubunun bir fosfolipid olan fosfatidilkoline transfer edilmesinden sonra geriye
kalan oleoil-CoA' nın oleoil kısmından meydana gelir. Doymamış açil grupları fosfolipidden
bunun CoA türevleri olarak ayrılır ve açil-CoA havuzuna katılır. Fosfatidilkolin yapısında da
risinoleat oluşumu için hidroksilasyon meydana gelebilir. Açil-CoA grubu ise gliserol-3fosfatın kondensasyonu ve triaçilgliserol oluşumu için gerekli açil gruplarını sağlar.
Belli türler için triaçilgliserol yapısında bulunan yağ asidi kompozisyonu oldukça
karakteristiktir. Bu yüzden, bu düzenlemeyi sağlayan bir mekanizma olmalıdır. Yani farklı
açil-CoA tiplerinin triaçilgliserol yapısına hangi oranda gireceği belirlenmektedir. Bu
konudaki önemli sorulardan birisi de açil zincirinin niçin sürekli oleoil yardımıyla uzadığı, bu
konuda niçin palmitoil ve stearoil yapılarının kullanılmadığıdır. Bu durum açil-ACP'den
serbest yağ asitlerinin oluşması için açil-ACP'yi hidrolize uğratan ve uzamayı durduran
tioesterazlar adlı enzimlerle ilgilidir. Bu enzim grubu belli açil-ACP'ler için spesifiktir.
Örneğin gelişmekte olan kolza tohumlarında bulunan tioesterazlar, palmitoil ve stearoilACP'lere göre, oleoil-ACP'lere karşı daha aktiftir. Palmiye tohumlarında ise tioesterazlar
palmitoil-ACP'ye daha spesifiktir. Bu durum kolza tohumlarında neden daha uzun zincirli yağ
asitlerinin bulunduğunu ve palmiye yağındaki yüksek palmitat miktarını açıklayabilir.
Tioesterazların bu özelliğinin ortaya çıkarılması, triaçilgliserollerin yağ asidi içeriğinin
53
değiştirilebileceği fikrini de oluşturmuştur. Örneğin Umbellularia californica adlı bitkiden
izole edilip saflaştırılan lauroil-ACP tioesteraz enziminin cDNA'sı hazırlanıp kolza bitkisine
verildiğinde bu bitkinin tohumlarındaki laurik asit (12:0) miktarı artmıştır.
Erusik asit yönünden zengin bir yapıya sahip olan ve Brassicaceae familyası üyesi olan
krambe adlı bitkinin yağında farklı yağ asitleri bulunur. Bu bitki yağ asidi birikiminin
açıklanması bakımından önemlidir. Tohum gelişiminin başlangıç döneminde, gerekli enzimler
bulunmadığı için tohumdaki triaçilgliserol miktarı ya çok düşüktür ya da hiç triaçilgliserol
bulunmaz. Bu evrede linolenik asit (18:3) bakımından zengin olan galaktosilaçilgliseroller ve
fosfoaçilgliseroller bulunur. Bunlar da kotiledon kloroplastlarının zarlarının bileşenidir.
Çiçeklenmeden 8-30 gün sonraki ikinci dönemde triaçilgliserol birikimi dereceli olarak
artmaya başlar. Bu evrenin başlangıcında linoleik (18:2) ve oleik (18:1) asidin miktarı geçici
olarak artar ve daha sonra yoğun bir erusik asit (22:1) birikimi görülür. Tohum gelişiminin
son evresinde triaçilgliserol sentezi muhtemelen ilgili enzimlerin parçalanması ve sentezinin
durması nedeniyle azalır.
Triaçilgliserol sentezi ve bunun birikim şekli bitki türüne göre farklılık gösterebilir. Örneğin
aspir bitkisinde triaçilgliserol sentezinin başladığı dönemde geçici bir oleik asit (18:1)
birikimi gözlenir. Bu evrede muhtemelen linoleik asit oluşumunu sağlayacak olan desaturaz
enziminin kapasitesi yeterli olmamaktadır. Daha sonra asıl depo edilecek olan triaçilgliserol
formu oluştukça oleik asit miktarı azalır. Simmondsia chinensis (jojoba) tohumlarında ise
depo edilen yağlar sıvıdır. Bu nedenle yüksek basınç altındaki makine parçalarının
yağlanması için kullanılır. Ancak jojoba, diğer birçok yağ bitkisinin aksine çalı formundadır.
Dolayısıyla bu bitkiden olgunluğa ulaşıncaya kadar yağ elde edilemez. Jojoba tohumlarındaki
sıvı yağ miktarının, tohumun olgun ağırlığının yaklaşık yarısı kadar ağırlığa ulaştığı dönemde
maksimum olduğu belirlenmiştir. Ancak sıvı yağın istenen uygun kimyasal bileşime sahaip
olması, gelişimin tamamlanmasından 20 gün önce olmaktadır.
Bitkilerdeki triaçilgliserollerin karakteristik yağ asidi kompozisyonu, yağ asidi ve
triaçilgliserol sentezinde rol oynayan enzimler yardımıyla genetik olarak belirlenmiştir.
Ancak tohum gelişimi boyunca hakim olan çevresel koşullar da bu kompozisyonu
etkileyebilir. Düşük sıcaklıkta yetiştirilen yağ bitkilerinin, yağ asitleri daha fazla miktarda
doymamış yağ asidi içerir. Ancak tüm yağ bitkilerinde büyüme sıcaklığı bu etkiye yol açmaz.
Yağ asidi kompoazisyonu üzerine iklimsel faktörlerin etkisi konusunda bir genelleme
54
yapılamaz. Gelişmekte olan ayçiçeği tohumlarında düşük sıcaklık oleat desaturaz gibi
enzimlerin sentez ve aktivitesini artırır. Bu şekilde fosfatidilkolin ve triaçilgliserollerin
yapısındaki linoleik asit/oleik asit oranı da artar. Yağ asidi ve triaçilgliserol sentezi ile ilgili
biyokimyasal ve moleküler çalışmalarla, bazı konuların açıklanması ve tohumlardaki
triaçilgliserol üretiminin modifiye edilmesi amaçlanmaktadır. Yağ asidi sentetaz enzim
kompleksini oluşturan enzimler bu şekilde belirlenmiştir. Diğer çalışmalar da yağ bitkilerinin
tohumlarındaki yağların yağ asidi kompozisyonunu değiştirmeye yöneliktir.
Triaçilgliserol sentezinin regülasyonu konusunda da aydınlatılması gereken birçok konu
vardır. Örneğin triaçilgliserollerin neden sadece tohumlardaki kotiledonlar gibi belli
bölgelerde
bulunduğu
ve
neden
sadece
tohum
gelişiminin
bazı
dönemlerinde
triaçilgliserollere rastlandığı bilinmemektedir. Yapılan bazı çalışmalar absisik asit ve
embriyodaki bazı ozmotik değişimlerin triaçilgliserol sentezinin regülasyonu ve yağ asidi
kompozisyonunun belirlenmesinde rol oynadığını göstermiştir.
Depo organlarındaki hücreler içindeki depo triaçilgliserolleri yağ cisimcikleri olarak bilinen
organellerde bulunur (Şekil 2. 12). Bu organellerin endoplazmik retikulumdan köken aldığı
belirlenmiştir. Yeni oluşan triaçilgliserol endoplazmik retikulumun iki zar tabakası arasında
birikim gösterir ve bu bölgenin şişmesine yol açar. Yağla dolan vesikül kritik büyüklüğe
ulaşınca endoplazmik retikulumdan tamamen ayrılıp bağımsız bir mikrozom haline
gelebileceği gibi, belli oranda endoplazmik retikuluma bağlı da kalabilir. Depo
triaçilgliserolleri fosfolipid tabakalar arasındaki zarlarda birikim gösterdiği için olgun lipid
cisimciğini saran dış zar, yarı birim zar yapısındadır.
ġekil 2. 12. Olgunlaşmakta olan (A) ve olgunlaşmasını tamamlamış (B) susam tohumlarında yağ cisimcikleri
(Yağ cisimcikleri O, protein cisimcikleri P ile gösterilmiştir) (Tai ve ark., 2001).
55
Yağ cisimciklerinin membranlarının fosfolipid kısmı ile bağlantılı olan oleosinler olarak
adlandırılan bir protein sınıfı vardır (Şekil 2. 13). Bunlar düşük moleküler ağırlıklı (15-26
kDa) proteinlerdir ve oluşumları boyunca yağ cisimciklerinin zarına bağlanırlar. Bu
proteinler, triaçilgliserollerin cisimcikler içinde depolanması sırasında endoplazmik
retikuluma bağlı polizomlarda sentezlenirler. Mısır skutellumunda oleosin genlerinin
ekspresyonu absisik asit ile artırılabilir. Oleosinlerde üç farklı yapısal kısım bulunur.
Bunlardan birincisi, 40-60 aminoasitten oluşan, amino ucuna yakın olan ve yağ cisimciğinin
yüzeyi ile bağlantılı olan amfipatik kısımdır. İkincisi 68-74 aminoasitten oluşan, yağ
cisimciğinin içindeki triaçilgliserol matriksinde yer alan hidrofobik kısımdır. Üçüncüsü ise
33-40 aminoasitten oluşan, karboksil ucuna yakın konumda bulunan, cisimcik yüzeynden
dışarıya doğru çıkıntı yapabilen amfipatik α-heliks yapısındaki kısımdır.
ġekil 2. 13. (A) Bir yağ cisimciğinin genel şematik gösterimi, (B) oleozinlerin yağ cisimciği üzerindeki
yerleşimi ve (C) oleozinlerin sekonder yapıları (Lin ve Tzen, 2004).
56
Oleosinlerin farklı izozimleri vardır (Şekil 2. 13B). Bu farklılık amino ve karboksil
uçlarındaki aminoasit bölgelerinin uzunluk farkından kaynaklanır. Bu nedenle izozimlerin
molekül ağırlıkları türe ve hatta bireye bağlı olarak değişiklik gösterebilir. Oleosinler, yağ
cisimciğini çevreleyen yarı birim fosfolipid zarın stabilizasyonunda yapısal bir rol oynarlar ve
negatif yükse sahip bir yüzey oluştururlar. Böylece bu organellerin bir araya gelip yığınlar
oluşturması ve çökmesi engellenmiş olur. Oleosinler aynı zamanda fosfolipidlerin sitoplazmik
fosfolipazlar tarafından hidrolize uğramasını önler ve çimlenme sonrası evrede triaçilgliserol
mobilizasyonu ile ilgili olan lipazlar için bağlanma bölgesi sağlarlar.
2. 3. 4. DEPO PROTEĠNLERĠNĠN SENTEZĠ
Genelde farklı depo proteinlerinin tohumdaki sentezi, gelişme periyodunda benzer
dönemlerde başlar ve protein birikimi yaklaşık aynı oranda gerçekleşir. Ancak bu konuda bazı
istisnalar olabilir. Bazı türlerde yeni depo proteinleri gelişmenin daha geç dönemlerinde
meydana gelir. Ayrıca gelişme boyunca sentezlenen bazı proteinlerin alt birim kompozisyonu
gelişmenin daha sonraki dönemlerinde değişebilir. Örneğin soya fasülyesinde konglisinin adlı
proteinin α ve α' alt üniteleri, çiçeklenmeden 15-17 gün sonra ortaya çıkarken; β alt ünitesi
çiçeklenmeden 5-7 gün sonra görülür. Depo proteinlerinin nihai miktarı büyük ölçüde değişim
gösterir ve genelde her türe ait karakteristik bir temel depo proteini tipi vardır. Tahıllar ve
dikotil bitkilerde protein sentez mekanizması temelde aynı olmasına rağmen, proteinlerin
protein cisimcikleri içindeki depo şekli farklıdır.
2. 3. 4. 1. TAHILLAR
Arpa, buğday ve mısırda çözünmeyen prolamin endoplazmik retikuluma oldukça yakın olan
polizomlar tarafından sentezlenir (Şekil 2. 14). Sentezlenen yeni protein hidrofobik
özelliğinden dolayı endoplazmik retikulum zarını geçerek lümene girer. Bu proteinler
lümende sitoplazmik akıntı ile bir araya gelerek kümeler oluştururlar. Bunlar da daha sonra
protein cisimciklerini meydana getirirler. Buğdayda iki farklı protein cisimciği, gelişmekte
olan endosperm hücrelerinde bağımsız olarak birikim gösterir. Bunlar düşük ve yüksek
yoğunluklu cisimciklerdir. Gliadinler her iki tipte de bulunurlar. Hafif olan protein
cisimcikleri gelişmenin erken dönemlerinde baklagil tohumlarında olduğu gibi oluşurken,
daha yoğun olanlar daha sonraki dönemlerde endoplazmik retikulumdan türevlenir.
Proteinlerin endoplazmik retikulum lümeninin iç kısmında birikmesi sonucu zarda oluşan
57
basınç zarın parçalanmasına neden olur. Bu durumda zar, protein kümeleri içermeyecek
şekilde yeniden oluşabilir ve protein cisimciği dış zara bağlı olmaz. Pirinç ve mısır gibi
tahıllarda protein cisimcikleri olgun evrede bile etrafı zarla çevrili bağımsız yapılar halinde
olduğundan, endoplazmik retikulum zarı üzerindeki basınç daha azdır ve zarda meydana
gelen gerilmeye rağmen zar parçalanmaz. Ayrıca endoplazmik retikulumun kendisi daha
elastik bir yapıya sahip olabilir.
ġekil 2. 14. Mısır tohumu endospermlerinde protein cisimciklerinin gelişimi (GER: granüler endoplazmik
retikulum; PC: protein cisimciği) (Wu ve ark, 2010).
Tahıl tanelerinde aynı zamanda prolaminlere ek olarak glutelinler ve globulinler gibi diğer
depo proteinleri de nişastalı endosperm içinde birbirinden izole edilmiş olarak bulunur.
Kristallin adı verilen bu protein cisimcikleri, alevron tabakasında da bulunabilir ve genelde
baklagil kotiledonlarındakine benzer şekilde oluşmuştur. Ancak buğdayın yüksek moleküler
ağırlığa sahip olan gluteninleri, endoplazmik retikulumdan türevlenmiş protein cisimcikleri
içinde bulunur.
Endoplazmik retikuluma bağlı polizomlarda bulunan depo proteinlerinin mRNA'larının
izolasyonu ve bunların in vitro ortamda translasyonu, gelişmekte olan tahıl tanelerinde
gerçekleştirilmiştir. In vitro ortamda sentezlenen ürünler, bu tür için tipik olan prolaminlere
büyük ölçüde benzerlik göstermekle beraber, moleküler ağırlıklarının doğal proteine göre
daha fazla olduğu görülmüştür. Çünkü in vivo ortamda sentezlenen proteinin endoplazmik
retikulum zarından lümene geçmesi için bazı modifikasyonlar uğraması ve kısalması
gereklidir. Proteinin zardan geçişi, yeni sentezlenen proteinin amino ucundaki hidrofobik bir
sinyal peptidi ile kolaylaştırılır. Bu sinyal peptidi, proteinin zardan geçişini sağlar fakat aynı
58
zamanda proteolitik aktivite ile uzaklaştırılır (Şekil 2. 15). Depo proteinindeki bu yapısal
modifikasyon in vitro ortamda gerçekleşmez.
ġekil 2. 15. Tohumlardaki depo proteinlerinin granüler endoplazmik zarından translokasyonu (Blobel ve ark,
1979 ve Johnson ve Chrispeels, 1987'den değiştirilerek alınmıştır).
Mısır endosperminde gelişim sırasında protein cisimcikleri içinde farklı zein sınıfları
depolanır. Yeni oluşan cisimciklerde sadece β ve γ-zein bulunur. Ancak daha sonra protein
cisimciğinin iç kısmı α-zein ile dolar. β ve γ-zein ise protein cisimciğinin çevresinde ince bir
tabaka oluşturur. Yine de olgun protein cisimciğinde α-zein matriksi içinde az miktarda β ve
γ-zein de bulunur.
2. 3. 4. 2. DĠKOTĠL BĠTKĠLER
Dikotillerin kalıcı endospermlerinde ve kotiledonlarındaki protein cisimciklerinin oluşum
tarzı, tahıl endospermlerindeki prolamin içeren protein cisimciklerinden çok farklıdır. Bu
durum gelişmekte olan Pisum sativum kotiledonlarında açıkça belirlenmiştir. Gelişimin erken
döneminde çiçeklenmeden yaklaşık 12 gün sonra kotiledon hücrelerinde, hücre hacminin
çoğunu oluşturan bir veya iki büyük vakuol vardır. Bu dönemde bazı proteinler vakuol içinde
depolanmaya başlar. On beşinci güne doğru, vakuollerin çoğunun boyutları azalmış ve
59
küresel bir şekil kazanmıştır. Yirminci günde ise bu vakuoller depo proteinleri ile dolar ve
sınırları kesin olarak belli olan protein cisimcikleri oluşur (Tablo 2. 3). Daha sonraki birkaç
gün boyunca gelişim olayı, oldukça kıvrımlı bir yapı kazanmış olan vakuolün parçalanması
ile devam eder ve sonuçta küçük protein cisimcikleri meydana gelir. Bu olaylar dizisi baklagil
ve baklagil olmayan bitkilerin kotiledonlarında da görülür. Yağ depolayan tohumların
endosperminde de bu olaylar gerçekleşir. Ancak bu bitki grubunda vakuollerin parçalanması,
protein birikiminden önce gerçekleşir. Bazı dikotil bitkilerde ise gelişmenin daha sonraki
dönemlerinde, temel depo maddelerinin birikiminden sonra, protein cisimcikleri granüler
endoplazmik retikulum sisternalarının genişlemesiyle doğrudan oluşurlar.
Tablo 2. 3. Çiçeklenme sonrası dönemde bezelye kotiledonlarında meydana gelen hücresel büyüklük değişimleri
(Craig ve ark, 1979, 1980).
Çiçeklenmeden sonraki gün
Hücre boyutları (µm)
Vakuol/protein cisimciği
10
42
39
12
81
11
15
84
3
20
99
1
Proteinlerin depolanması vakuol ve/veya protein cisimcikleri içinde gerçekleşmesine rağmen,
bunlar granüler endoplazmik retikulumda sentezlenir ve depo organellerine taşınır. Bu durum
soya fasülyesi tohumlarında gösterilmiştir. Bir 12S legümin tipi proteini olan glisininin alt
üniteleri birer tane asidik ve bazik polipeptid içerir. Bunlar sıralı bir şekilde aynı mRNA
kalıbı ile sentezlenir (Şekil 2. 16). Translasyonunu primer ürünü preprolegümindir ve amino
ucunda bir sinyal peptidi taşır. Ayrıca asidik ve bazik polipeptidler de yine daha kısa peptid
zincirleriyle birbirine bağlanmış durumdadır. Diğer baklagillerde bağlayıcı peptidler ve
karboksi ucundaki peptidler bulunmayabilir. Glisinin daha sonra granüler endoplazmik
retikulumun lümeninde bazı işlemlerden geçirilerek amino ve karboksi ucundaki peptidler
uzaklaştırılır. Protein daha sonra kıvrılmaya başlar ve granüler endoplazmik retikulum içinde
üç boyutlu yapısına dönüşür. Bu olaylar proteinin fonksiyon göstereceği bölgeye
taşınmasından önce gerçekleşir. Endoplazmik retikulum zarı içinde bulunan bazı proteinler bu
olayları kolaylaştırırlar. Bunlardan birisi depo proteininin doğru bir şekilde kıvrılmasını
sağlayan bağlanma proteini (BiP), diğeri ise disülfit bağlarının oluşumu sırasında rol oynayan
60
protein disülfit izomeraz (PDI)'dır. Be şekilde sentezlenen prolegümin golgi aygıtı yardımıyla
protein cisimciğine taşınır ve burada olgunlaşmasını tamamlayarak hekzamer yapıya dönüşür.
ġekil 2. 16. Soya fasülyesi kotiledonlarında legümin tipi bir depo proteini olan glisininin sentezlenmesi
(Dickinson ve ark., 1989).
2. 3. 4. 3. DEPO PROTEĠNLERĠNĠN MODĠFĠKASYONU VE PROTEĠN
CĠSĠMCĠKLERĠNE YÖNLENDĠRĠLMESĠ
Olgun tohumlarda bulunan depo proteinlerinin çoğu glikoproteinlerdir. Bunların yapısındaki
bir veya daha fazla sayıdaki oligosakkarit yan zincirleri polipeptiddeki asparagin birimlerine
kovalent olarak bağlanmıştır. Baklagil tohumlarındaki visilinler ve lektinler buna örnek olarak
verilebilir. Oligosakkarit yan zincirleri iki farklı yapıya sahip olabilir. Bunların basit yapıdaki
yan zincirlerinde 5:2 veya 9:2 oranında mannoz ve N-asetilglukozamin bulunabilir. Bunun
dışında kompleks veya modifikasyona uğramış oligosakkaritlerde yine mannoz miktarı
fazladır. Ancal N-asetilglukozamin dışında fukoz, glukoz ve galaktoz da bulunabilir.
61
Depo proteinlerinin glukosilasyonu kotranslasyonal bir olaydır. Mannoz bakımından zengin
olan zincirler endoplazmik retikuluma bağlı glukosiltransferazlar yardımıyla sentezlendik.e,
endoplazmik retikulum lümenine alınırlar ve oluşmakta olan yeni polipeptide eklenirler.
Glukoz kısmı ile mannoz yapılarından birinin uzaklaştırılması ile olgun zincir polipeptide
bağlı halde kalır. Glukoproteinler üzerindeki kompleks oligosakkarit yan zincirler, polipeptide
kovalent olarak bağlanan mannoz yönünden zengin zincirlerden türevlenir. Daha sonra çeşitli
mannoz kısımlarının çıkarılması ve yeni şeker kısımlarının ilavesi ile polipeptid
modifikasyona uğrar. Basit yan zincirin, kompleks yan zincire modifikasyonu şeklindeki
değişim tüm glukoproteinlerde görülmez. Dolayısıyla bazı glukoproteinlerde sadece basit yan
zincirler, bazılarında ise basit ve kompleks yan zincirler vardır. Yüksek oranda mannoz içeren
yan zincirlerin herhangi bir işleme tabi tutulmamasının nedeni, bunların depo proteinlerinin
kuaterner yapıları içinde bulunması ve modifikasyondan sorumlu olan α-mannosidaz ve
glukosiltransferaz gibi enzimlerin bu proteinler ulaşamaması olabilir.
Yan zincirlerde meydana gelen glukosilasyon ve modifikasyon olaylarının sırası ile ilgili
yeterli bilgi olmamasına rağmen, glukosilasyonun gerekliliği konusunda daha fazla bilgiye
gerek vardır. Tunikamisin uygulaması ile protein glukosilasyonunun engellenmesi sonunda,
depo proteinlerinin alt birimlerinin birleşmesi, lektinlerin bağlanma yetenekleri veya depo
proteinlerinin protein cisimciklerine taşınımı ve yönlendirilmesi gibi olaylarda herhangi bir
aksama görülmemiştir. Ancak şu anda glikan yan zincirlerinin proteinlerin uygun şekilde
kıvrılmasını
ve
endoplazmik
retikulumda
oligomer
oluşumunun
uygun
şekilde
gerçekleşmesini sağladığı düşünülmektedir.
Depo proteinlerinin öncü maddelerinin sentezi ve bunların işlenme şekilleri, türler arasında
önemli varyasyon gösterir. Örneğin pamukta temel depo proteini 60-69 kDa' lık öncü
maddeler olarak sentezlenir. Büyük olan öncü madde sınırlı bir modifikasyona uğrar. Bu
sırada sinyal peptidinin ana molekülden ayrılması sağlanır ve böylece endoplazmik retikulum
zarından geçişi kolaylaşır. Küçük öncü maddenin moleküler ağırlığı glukosilasyon nedeniyle
70 kDA civarındadır ve bu öncü maddede de sinyal peptidi uzaklaştırılır. Daha sonra her iki
öncü madde bağlanarak 52 ve 48 kDa' lık depo proteinini oluşturur. Öncü maddelerinden
ayrılarak proteinleri oluşturacak lan peptidler, herhangi bir sinyal peptidine göre çok büyüktür
(15-20 kDa) ve protein cisimcikleri içinde birikim gösterebilirler.
62
Fasülyenin gelişmekte olan endospermindeki temel depo proteini 11S büyüklüğündeki
kristalloid bir komplekstir. Bu protein 50 kDa' lık bir öncü maddenin posttranslasyonel olarak
30 ve 20 kDa' lık parçalara ayrılması ile oluşur. Yine fasülyedeki matriks proteini olan
aglutinin daha karmaşık bir yapıya sahiptir. Aglutinin tip I, olgun durumda 37 ve 31 kDa' lık
iki polipeptidden oluşur. Ancak bunlar 59 ve 35 kDa' lık öncü maddeler tarafından kodlanır.
Kotranslasyonel olaylar sonucunda 1.5-2 kDa' lık sinyal peptidleri yapıdan ayrılır ve daha
sonra zaten büyük bir moleküler ağırlığa sahip olan öncü maddenin moleküler ağırlığı daha da
artar. Posttraslasyonel parçalanma sonucu glukosillenmiş 37 ve 34 kDa' lık asıl protein oluşur.
Küçük aglutinin zincirinin öncü maddesi, sinyal peptidinin kotranslasyonel olarak
uzaklaştırılması ile yaklaşık 32 kDa' lık proteine dönüştürülür. Daha sonra küçük peptid
parçalarının uzaklaştırılması ile 31 kDa' lık protein oluşur.
Granüler endoplazmik retikulumda sentezlenen depo proteinleri golgi aygıtına taşınır. Daha
sonra bu proteinler golgi aygıtından türevlenen vesiküller içinde paketlenir ve vakuol/protein
cisimciği içine taşınır. Vasiküllerle tonoplastın birleşmesi sonucunda depo proteini vakuol
lümenine boşaltılır. Depo proteinlerinin çevresindeki tonoplast tarafından sarılması ile
bağımsız protein cisimcikleri meydana gelir. Depo proteinlerinin vakuole yönlendirilmesi için
proteinin kendi yapısında bulunan aminoasit yapıları veya farklı bölgelerde bulunan belli
sayıda aminoasit içeren yapılar rol oynar. Proteinin yapısında bulunan ve bu taşınımı
belirleyen bölgeler de protein tipine göre farklı olabilir. Örneğin arpadaki lektinde, depo
proteininin taşınımında rol oynayan kısım, proteinin karboksi ucundaki glukosillenmiş bir
propeptiddir. Depo proteininin vakuolde depolanması ile bu propeptid yapıdan uzaklaştırılır
ve olgun lektin meydana gelir.
Diğer bazı proteinlerde yönlendirmeyi sağlayan yapı amino ucunda bulunur. Ancak bu özellik
tohum depo proteinleri için geçerli değildir. Fitohemaglutinin ve legümin gibi bazı
proteinlerde de olgun evrede vakuolar düzenleme mekanizması bulunur. Bu mekanizma
muhtemelen polipeptid zinciri üzerindeki iki veya daha fazla bölgede bulunan lineer bir
aminoasit sırasından ibarettir. Ancak depo proteinlerinde böyle bir aminoasit bölgesi
tanımlanmamıştır.
Tahıl endospermlerindeki prolaminler gibi bazı depo proteinleri ise vakuole gönderilmek
yerine endoplazmik retikulumda tutulurlar. Bu tip proteinlerde genelde karboksi ucunda
histidin (lizin)-aspartik asit-glutamik asit-lösin şeklinde bir tetrapeptid yapısı bulunur. Bu yapı
63
proteinin endoplazmik retikulumda kalmasını sağlar. Buğdaydaki gliadinde ise iki farklı
sinyal bölgesi vardır. Bunlardan birisi proteinin karboksi ucuna yalın bulunur ve proteinin
endoplazmik retikulumdan golgi aygıtına gönderilmesini teşvik eder, diğeri ise amino ucuna
yakın bulunur ve proteinin endoplazmik retikulumda kalmasını ve protein cisimciğinin
oluşmaya başlamasını sağlar. Dolayısıyla bir depo proteininin endoplazmik retikulumda
tutulması veya vakuole gönderilmesi bu sinyal peptidleri arasındaki etkileşime göre sağlanır.
2. 3. 4. 4. TOHUM mRNA MĠKTARI VE DEPO PROTEĠNĠ SENTEZĠ
Bezelye kotiledonlarındaki depo proteinlerinin sentezi büyük ölçüde hücre bölünmesini
izleyen hücre genişlemesi evresinde gerçekleşir ve tohum olgunlaşmasının tamamlanması ile
birlikte durur. Hücrelerin genişleme evresinde kotiledonlardaki DNA ve RNA miktarı artar.
Büyük kısmı ribozomal RNA olan RNA sentezininbu evrenin ilk yarısında gerçekleşmesi
beklenir. Çünkü genişleyen hücrelerde fazla miktarda depo proteini sentezlenir. Ancak artık
bölünmeyen hücrelerde devam eden DNA sentezini açıklamak kolay değildir. Bu konuda
poliploidi oluşumunun depo proteinleri için ekstra gen kopyaları oluşturduğu şeklinde
tahminler ileri sürülmektedir. Ancak bu konuda yapılan çalışmalardan elde edilen bilgiler bu
fikri desteklememektedir.araştırma yapılan dikotil bitkiler ve tahıllarda tohum gelişimi
boyunca depo proteinleri için seçici bir gen artışı olmadığı belirlenmiştir. Birçok depo
proteini geni ya tek kopyası olan genlerdir ya da haploid genom başına dört veya beşten fazla
kopyası olmayan genlerdir. Bu nedenle ekstra DNA üretimi, deoksinükleotidlerin kaynağı
olarak nadiren depo fonksiyonu yapar. Bu kaynak, çimlenmey izleyen dönemde büyüyem
embriyodaki hücre bölünmesi için kullanılır.
Depo proteini mRNA'larının miktarı gelişme boyunca artarak protein miktarının maksimum
seviyeye çıktığı anda maksimum değere ulaşır. Daha sonra tohum olgunlaştıkça ve kurudukça
mRNA miktarı ve depo proteinlerinin sentez hızı da azalır. Bu değişim profili, protein
sentezinin transkripsiyonel
olarak düzenlendiğini
gösterir. Yani
sentezlenen depo
proteinlerinin miktarı kendi mRNA'sının miktar ve stabilitesi ile ilgilidir. Bu durum birçok
protein için geçerlidir. Ancak bazı istisnalar da vardır. Soya ve diğer baklagillerde 7S depo
proteininin (konglisin) alt birim kompozisyonu gelişim boyunca değişebilir. Aynı zamanda
soyadaki 7S proteininin β alt birimi, iki tane α alt biriminin sentezinden birkaç hafta sonra
sentezlenir. Ancak gelişmenin çok erken evrelerinden itibaren α ve β alt birimlerinin
mRNA'ları dokuda bulunur. Bu durum translasyonel kontrol mekanizmasında farklılık
64
olduğunu göstermektedir. Yani gelişmenin erken döneminde β alt birimini mRNA'larının
kullanılması önlenmektedir.
Bazı durumlarda da posttranskripsiyonel olayların mRNA stabilitesini etkilediği görülür.
Örneğin bezelyede farklı baklagil mRNA'larının transkripsiyon hızı benzerdir. Ancak bir
tanesinin mRNA miktarı daha yüksektir. Arpadaki hordein grubu proteinler için de aynı
durum geçerlidir. Bu örnekler gelişmekte olan tohumlardaki bazı depo proteinn genlerinin
transkriptlerinin kararsız olduğunu göstermektedir. Ancak bu durumda soyada olduğu gibi
organlar arası farklılığın stabilite üzerindeki etkisi de düşünülmektedir. Soyada embriyodaki
genlerin transkripsiyon hızı ana bitkinin köklerine göre 10 kat daha fazla olmasına rağmen,
embriyodaki protein miktarı köke göre yaklaşık 200 kat fazladır. Bazı durumlarda da tohum
bileşenlerinin mRNA stabilitesini etkilediği görülür. Örneğin buruşuk testalı bezelye
tohumlarında amilopektin üretimi azalmıştır. Fakat sukroz miktarı daha fazladır. Sukroz
legümin proteininin mRNA' sının stabiltesini etkiler ve legümin miktarı azalır. mRNA
stabilitesi çevresel koşullardan da etkilenebilir. Bezelyede legümin mRNA' sının ana bitkinin
yaşadığı ortamdaki kükürtten etkilendiği belirlenmiştir.
2. 3. 5. DEPO PROTEĠNĠ SENTEZĠNĠN REGÜLASYONU
Gelişen tohumlarda her depo proteininin depolanması farklı zamanlarda ve gelişimin belirli
bir döneminde gerçekleşir. Bu aynı zamanda aynı togumdaki farklı depo maddelerinin ve
farklı polipeptid alt birimlerinin varlığını da açıklar. Dolayısıyla proteinlerin mRNA' ları ve
uygun genlerin ekspresyonunu da açıklar. İkincisi depo proteinleri sadece tohumlarda ve
tohumların da kotiledonlar, skutellum veya endsperm gibi belirli kısımlarında sentezlenir.
Dolayısıyla hem protein sentezi hem de bunların genlerinin ekspresyonunun temporal ve
spatial olarak düzenlendiği söylenebilir.
Regülasyon mekanizmasının anlaşılabilmesi için ilk olarak genlerin izolasyonu, klonlanması
ve hem kodlayan hem de buna komşu olan bölgelerin baz sırasının belirlenmesi gerekir.
Birçok depo proteini birçok genden oluşan ve farklı kromozomlar üzerinde bulunan gen
aileleri tarafından kodlanır. Bu karmaşıklığa rağmen farklı bitki türlerindeki birçok depo
proteini geninin cDNA ve genomik DNA' ları izole edilip klonlanmış ve baz sırası
belirlenmiştir. Buna rağmen çok kısıtlı miktarda bilgi elde edilmiştir.
65
2. 3. 5. 1. TOHUMLARDAKĠ GEN EKSPRESYONUNUN ARAġTIRILMASI
Bitkisel materyallerden hem cDNA hem de genomik DNA' lar hazırlanabilir. cDNA
teknılojisi özellikle proteinlerin aminoasit sıralarının ve bunu kodlayan genlerin baz
kompozisyonlarının belirlenmesi için kullanılır. Bu yöntem aynı zamanda uygun mRNA ile
spesifik olarak hibridizasyona uğradığı için radyoaktif işaretlemeden veya farklı
uygulamalardan sonra bir genin taşıdığı mesajın, bu mesajın etkinliğinin ve o genin
transkripsiyonel ekspresyonunun boyutunun incelenmesini sağlar. Genomik DNA ise genlerin
kodlayan bölgelerini ve buna komşu olan 3' ve 5' bölgelerini içerir. 5' bölgesi
transkripsiyonun başladığı bölgedir ve hem promotorları hem de diğer düzenleyici bölgeleri
içerir.
5'
bölgesi
gen
üzerinde
kodlama
yapan
kısımların
transkripsiyonunun
düzenlenmesinden sorumlu olduğu için, gen ekspresyonunun düzenlenmesiyle ilgili
çalışmalarda bu bölge önemlidir.
Restriksiyon enzimleri de genomik DNA' nın belli bölgelerden kesilmesini ve 5' ucu ile
komşu olan bölgelerin kodlayan bölgelerinin ayrı ayrı incelenmesini sağlar. Kodlayan bölge,
diğer bir genin 5' düzenleyici bölgesine veya promotorlara bağlanmış olabilir. Ayrıca
genomik DNA' nın 5' bölgesi başka bir depo proteininin kodlayan bölgesine de bağlanabilir.
Ancak bu tip yapılarda genelde reporter genler kullanılır. Reporter genler normalde bitkilerde
bulunmayan GUS ve CAT gibi bazı enzimlere uygundur ve analizleri bazı histokimyasal
analizlerle, renk değişimi esasına dayanır. Bu yöntemle 5' düzenleyici bölgenin dokuya veya
zamana bağlı spesifikliğe sahip olup olmadığı anlaşılır. Bu düzenlemeyi 5' bölgesinde tam
olarak belirlemek için bu bölge küçük parçalara ayrılır ve bu parçaların herbiri reporter gene
kaynaşmıştır. Bu tip yapılar delesyon mutantları olarak bilinir. Çünkü düzenleyici bölge
parçalara ayrılmıştır. Düzenleyici bölgenin kompozisyonunun analizi için 5' bölgesinin baz
sırası da belirlenebilir.
Bu yapıların gen ekspresyonunu destekleme kapasitesini belirlemek için bunları transgenik
bitkiler protoplastlar gibi uygun ekspresyon sistemlerine vermek gerekir. Örneğin transgenik
bitkiler tohum veya diğer bitki dokularında gelişim boyunca gen ekspresyonunu izlemek için
kullanılır. Protoplastlar ise geçici ekspresyon sistemleridir ve ekspresyonun birkaç saat içinde
görülebileceği durumlarda kullanılır. Bu sistem bitki hormonlarının etkilerinin incelenmesi
için de uygundur. Çünkü bu hormonlar protoplast kültürlerinde kolayca aktif hale getirilebilir.
66
5' bölgesinin düzenleyici kısımları birçok durumda kendilerine kolayca bağlanan nüklear
proteinlerle etkileşime girerek transkripsiyonuın kontrolünde de rol oynayabilir. Düzenleyici
kısımlar bir kez tanımlanınca bunlara bağlanan proteinler de farklı biyokimyasal yöntemlerle
izole edilebilir.
2. 3. 5. 2. DEPO PROTEĠNĠ GENLERĠNĠN EKSPRESYONU
Yukarıda belirtilen prosedürlerin uygulanmasıyla ortaya çıkan sonuçlar şu şekilde
özetlenebilir:
1- Depo proteini genleri bir türden başka bir türe aktarılabilir. Bu tip transgenik bitkilerde
genler normal şekilde ekspreslenir. Bu olay gelişmekte olan tohumlarda belli zamanlarda
meydana gelir.
2- Legüminler, prolaminler ve visilinler gibi benzer proteinlerin 5' bölgelerinde bulunan
benzer baz sıralarına sahip olan korunmuş bölgeler bulunabilir. Bu bölgeler dokuya ve
zamana bağlı spesifiklik veya hormonal duyarlılık gibi yollarla düzenleme sağlayabilir.
3- 5' bölgeleri kodlayan bölgenin transkripsiyonunu artıran baz sıraları bulundurabilir.
4- 5' bölgesinde bulunan spesifik baz sıralarına bağlanan nüklear proteinler izole edilmiştir.
Bu proteinsi yapıdaki trans-acting faktörler, cis-acting elementlerle etkileşime girebilir ve
örneğin depo proteinlerini kodlayan bölgenin transkripsiyonunu düzenleyebilir. Bu tip
etkileşimler doku ve zamana spesifik olan regülasyon mekanizmasının bir parçasıdır.
5- bazı depo proteini genlerinin ekspresyonu absisik asit gibi bitkisel hormonlarla ve başka
bazı faktörlerle regüle edilebilir. Bazı durumlarda bu konuda etkili olan elementlerin 5'
promotor bölgesinde bulunduğu belirlenmiştir.
Başka bitkilere aktarılan bazı depo proteinlerinin genleri tablo 2. 3' de verilmiştir. Genlerin
aktarılması Agrobacterium tumafaciens adlı bakterinin vektör olarak kullanılmasıyla yapılır
ve genelde Arabidopsis, petunya ve tütün gibi türlere gen aktarılır.çünkü bu türlerde
transformantların rejenerasyonu nispeten kolaydır. Protein immünolojik olarak belirlenir.
mRNA
ise
uygun
cDNA
probu
ile
veya
67
nadiren
in
vitro
translasyon
ile
tanımlanabilir.aktarılan depo proteini geni çoğunlukla ana bitkinin hangi kısmında
ekspresleniyorsa transgenik bitkide de aynı bölgede ekspreslenir. Bu bölge genelde tohumun
endospermi
veya
kotiledonlarıdır.
Örneğin
gelişmekte
olan
fasülye
tohumlarının
kotiledonlarında sentezlenen faseolin adlı depo proteininin geni tütün bitkisine verildiğinde bu
protein yine büyük ölçüde kotiledonlarda sentezlenir. Aynı zamanda bu genlerin ana bitkideki
ekspresyonu da hem gelişimsel hem de zamana bağlı regülasyon bakımından transgenik
bitkiye benzerlik gösterir.
Farklı türlerin benzer genlerinin 5' bölgelerinde benzer bilgiler bulunur. Örneğin birçok
legümin geninde kodlayan bölgenin doku ve zamana bağlı ekspresyonu benzerlik gösterir.
Bunun nedeni bu bölgenin baz sırasının aynı veya benzer olmasıdır. Bu tip bölgelere
korunmuş bölgeler denir. Farklı türlerde bulunan legümin, visilin ve prolamin genleri 5'
bölgelerinde korunmuş bölgelere sahiptir. Bu bölgelere prolamin, visilin veya legümin kutusu
adı verilir. Ayrıca sıkça tekrarlanan baz sıraları da mevcuttur.
Prpmotor-delesyon çalışmalarında 5' bölgesinin bir kısmı veya kısımları reporter genlere ilave
edilerek transgenik bitkiler oluşturulur. Bu tip çalışmalar 5' bölgesinin hangi kısmının dokuya
ve zaman bağlı ekspresyonu düzenlediğinin tam olarak anlaşılmasını sağlar. Bu metodla 5'
bölgesinde bulunan bağımsız kısımların bu tip etkilere yol açtığı belirlenmiştir.
Bazı zis-elementlerin DNA' ya bağlanan trans-acting elementlerle etkileşime girmesi de
mümkündür. Farklı türlerin gelişmekte olan tohumlarından bazı proteinler izole edilmiştir.
Ayrıca bu proteinlerin bağlandığı DNA sıralaraı da belirlenmiştir. Bu tip yapıların da tohuma
veya zamana spesifik ekspresyonla ilgili rolleri olduğu sanılmaktadır.
Birçok türde DNA' ya bağlanan proteinlerin sadece tohumlarda bulunduğu ve depo proteini
genlerinin ekspresyonunun başlamasıyla birlikte ortaya çıktığı anlaşılmıştır. Bu nedenle depo
proteini genlerinin ekspresyonunun uygun bağlanma proteinlerinin gereken zamanda ve
gereken yerde sentezi ile sağlandığı düşünülebilir. Ayrıca trans-acting proteinlerin farklı
türlerde çok benzer veya birebir aynı olduğu da bilinir.
Tans-acting proteinlerini kodlayan genlerin bazıları izole edilip klonlanmıştır. Bu genler
mutasyona uğrayabilirler ve depo protein sentezinin regülasyonunda rol oynadıkları için bu
sentez reaksiyonları da etkilenir. Mısırdaki opaque-2 gibi mutantlarda aşırı miktarda tohum
68
depo popteini bulunur ve mutasyon aslında DNA' ya bağlanan proteinlerin genlerinde
meydana gelmiştir.
2. 3. 5. 3. DEPO PROTEĠN SENTEZĠNDE BESĠN ETKĠSĠ
Depo proteinlerinin sentezinde bitkinin yaşadığı topraktaki azot ve kükürt gibi protein
yapısına giren elementlerin de etkili olduğu bilinmektedir. Azot eksikliği tohumlardaki
protein eksikliğine neden olur. Ancak kükürt eksikliğinin sadece spesifik proteinler üzerinde
etkileri vardır. Bu konuda bezelyedeki legümin ve albumin proteinleri örnek olarak verilebilir.
Orta veya şiddetli derecede kükürt eksikliği sonucu legümin birikimi % 80-100 oranında
azalırken, az miktarda kükürt içeren bir depo proteini olan visilin miktarı değişmez veya artar.
Kükürt eksikliği durumunda gelişmekte olan tohumlardaki legümin mRNA' sının miktarı
azalır. Çünkü bu koşullar mRNA' nın stabilitesini azaltır. Transgenik bitkilerde de benzer bir
durum söz konusudur.
2. 3. 5. 4. ABSĠSĠK ASĠT VE DĠĞER OZMOTĠK FAKTÖRLER
Birçok türde gelişmekte olan tohumların absisik asit miktarındaki artışla depo maddelerinin
sentez hızının artmasının aynı dönemlerde görülmesi, tohumlardaki protein ve diğer organik
bileşiklerin birikiminde absisik asidin rol oynadığını gösterir. Ancak absisik asit ve depo
proteini birikimi arasındaki ilişki, bazı mutantlar ve izole edilmiş embriyolarla yapılan
çalışmalarla daha net bir şekilde ortaya konmuştur.
Gelişmekte olan tohumlardan izole edilen embriyolar, sıvı bir ortama veya besin ortamına
konulduğu zaman daha erken çimlenirler. Birçok durumda normal embriyonik gelişim ve
depo proteini sentezi aynı anda meydana gelir. Ancak ortama absisik asit eklenirse, hem
gelişme hem de depo proteini sentezi devam eder. Kolzada yapılan çalışmalar napin ve
krusiferin adlı proteinlerin ve bunların mRNA' larının sentezinin, izole edilen embriyoların
absisik asit içermeyen ortama konulmaları sonucunda azaldığını göstermiştir. Bu sonuç
büyüme düzenleyicilerinin gen seviyesinde etkili olduğunu gösterir. Gelişmekte olan buğday
embriyolarındaki aglutinin, depo globulini ve erken dönemde metionin kısmı işaretlenen Em
proteini miktarı, absisik asit uygulaması ile artmıştır. Absisik asidin gelişmekte olan
embriyolardaki etkinlik derecesi, genelde bitkinin yaşına göre değişir. Genelde embriyo olgun
evreye yaklaştıkça absisik aside duyarlılık da azalır.
69
Absisik asidin hem depo proteinleri hem de diğer tip proteinler üzerindeki etkisi aslında
dolaylı bir etkidir. Absisik asit sadece çimlenme aşamasında embriyonun büyümesini nihibe
ederken, depo proteini sentezi devam eder. Bu fikri destekleyen ve karşı çıkan görüşler daha
sonra incelenecektir. Ancak şu anda absisik asidin çimlenme aşamasında büyümeyi
engellediği ve izole edilmiş kotiledonlarda depo proteini birikimini etkilediği bilinmektedir.
İzole edilip kültüre alınan soya kotiledonlarında β-konglisinin adlı proteinin β alt birimi ve
mRNA' sının sentezi azalır. Ancak absisik asit uygulaması ile bu etki ortadan kaldırılır. Bu
proteinin β alt birimi ve mRNA' sının sentezi bir karotenoid ve aynı zamanda absisik asit
sentez inhibitörü olan fluridon uygulaması ile azalırken, absisik asit ilavesi ile yeniden
hızlanır. Kültür ortamındaki hücre süspansiyonlarından, anterlerdeki mikrosporlardan ve diğer
bitkisel materyallerden elde edilen somatik embriyolarda da, zigotik embiyolardakine benzer
sonuçlar elde edilmiştir.
Absisik asidin gelişmekte olan tohumlardaki depo proteini birikiminin regülasyonu üzerindeki
etkilerini gösteren önemli bazı kanıtlar da mısır ve Arabidopsis mutantlarıyla yapılan
çalışmalardan elde edilmiştir. Yabani mısırın gelişmekte olan embriyolarında globulin
bulunur. Fakat bu protein ve bunun mRNA' sı vp1 (absisik aside duyarsız) ve vp5 (absisik asit
içermeyen) adlı mutantlarda bulunmaz. vp5 embriyoları absisik asit uygulaması ile yeniden
globulin sentezlemeye başlar. Fakat vp1 mutantları absisik asit uygulamasına bu şekilde cevap
vermez. Bu sonuçlar, gelişmekte olan mısır embriyolarının normal miktarda globulin
sentezlemeleri için hem ABA'nın hem de ABA'ya duyarlı olmalarının gerekli olduğunu
gösterir. Diğer yandan Arabidopsis ve domatesin aba ve sit adlı absisik asit içermeyen
mutantları, embriyo gelişimi boyunca depo proteini sentezi açısından normal bir seyir
gösterir. Absisik aside duyarlılığı daha az olan Arabidopsis mutantlarında da (abi1, abi2 ve
abi3) durum benzerdir. Fakat bu mutantlar çok fazla miktarda absisik asit içerirler.
Arabidopsis' in bu mutantları aynı zamanda absisik asit eksikliğine duyarsız olan
rekombinantların oluşturulmasında kullanılmıştır. Bu rekombinantların gelişmekte olan
tohumları 12S ve 2S depo proteinlerini sentezleyemezler. Arabidopsis' in bir mutantında
absisik aside tamamen duyarsızlık sağlayan abi3 geninin birkaç aleli bulunur. Bu mutantların
gelişmekte olan tohumlarında 12S ve 2S depo proteinlerinin sentezi büyük ölçüde
indirgenmiştir. Bu bulgular Arabidopsis' deki depo proteini birikiminin içsel absisik asit
etkisine bağlı olduğunu göstermektedir. Aynı zamanda düşük absisik asit içeriğine sahip olan
gelişen tohumlardaki, absisik asidin regüle ettiği depo proteini sentezinin devam ettiği de bu
şekilde belirlenmiştir. Ancak absisik asit miktarının bir cevabın oluşmasını sağlayabilecek
70
miktarı dokularda varsa, absisik aside duyarlılığı az olan Arabidopsis tohumlarında depo
proteini sentezi devam edebilir.
Bütün bu verilere rağmen, absisik asidin depo proteini sentezinde rol oynamadığını gösteren
kanıtlar da vardır. Örneğin bezelye, arpa ve pamuk embriyoları depo proteini sentezi
bakımından absisik aside cevap vermez. Floridon uygulanmış bezelye tohumlarında absisik
asit miktarı büyük ölçüde azalır ancak depo proteini birikimi çok fazla etkilenmez. Bu konuda
türe bağlı büyük farklılıklar vardır.
Absisik asidin gelişmekte olan embriyolarda meydana getirdiği fiyolojik ve biyokimyasal
etkilerin çoğu, düşük ozmotik potansiyel nedeniyle de indüklenebilir. Buna benzer koşullar
altında, izole edilmiş embriyoların çimlenmesi engellenirken, birçok türde depo proteini
birikimi artmıştır.
Bunun dışında absisik asit ve düşük ozmotik potansiyelin farklı şekilde etki gösterdiğine dair
bulgular da vardır. Örneğin yoncada sadece düşük ozmotik potansiyele sahip kültür ortamında
protein sentezi benzer şekilde meydana gelir. Ortama basisik asit ilave edilirse çimlenme
inhibe edilir. Ancak diğer etkilere yol açmaz. Düşük ozmotik potansiyel aynı zamanda izole
edilmiş mısır embriyolarında erken çimlenmeyi önler fakat embriyodaki globulin sentezi
sadece absisik asit varsa gerçekleşir. Bu gözlemler de ozmotik stresin absisik asit sentezini
artırdığı şeklindeki iddiaları ortadan kaldırır. Eğer bu doğru ise iki faktörün aynı etkiye sahip
olduğunu düşünmek gerekir. Aslında yüksek ozmotik potansiyelin gelişmekte olan
embriyolarda absisik asit miktarının artmasına neden olmadığını gösteren biyokimyasal
kanıtlar vardır. Ayrıca ozmotik potansiyel ve absisik aside olan duyarlılık gelişmekte olan
embriyonun yaşına göre de değişir. Örneğin yoncada daha yaşlı embriyoların çimlenmesi
yüksek ozmotik potansiyel ile engellenir. Ancak absisik asidin etkisi daha azdır. Buradan
absisik asit ve ozmotik faktörlerin tohum gelişimi boyunca etkileşim halinde oldukları sonucu
çıkarılabilir. Muhtemelen ozmotik stres absisik aside olan duyarlılığı artırmaktadır.
Ozmotik faktörlerle absisik asidin etki mekanizması aynı değildir. Dış ortamın düşük ozmotik
potansiyeli, su alınımını önler ve çimlenme meydana gelmez. Ancak absisik asidin burada
ozmotik bir etkisi yoktur. Absisik asidin etkisi daha çok çeper üzerindedir. Absisik asit hücre
büyümesi için gerekli olan çeper gevşemesini önler. Ozmotik faktörlerin, depo prteinlerinin
71
sentezi konusunda, absisik asit gibi moleküler bir düzenleme mekanizmasına sahip olup
olmadığı da kesin değildir.
2. 3. 3. 5. ABSĠSĠK ASĠDĠN MOLEKÜLER ETKĠLERĠ
Absisik asidin transkripsiyon üzerindeki düzenleyici etkisi ile depo ve diğer proteinlerin
sentezini etkilediği bilinmektedir. Bunun yanında az da olsa absisik asidin translasyonal ve
posttranslasyonal etkisi dışında mRNA stabilizasyonunu etkilediği de ortaya çıkarılmıştır.
Ayçiçeğindeki heliantinin (globulin), soyadaki β-konglisinin (visilin) ve buğdaydaki Em
proteinlerinin (LEA proteinleri) genleri ile ilgili ayrıntılı çalışmalar yapılmıştır. Bu konuda
günümüzde özellikle geçici ekspresyon sistemleri (arpa alevron protoplastları ve pirinç hücre
süspansiyonları) önemlidir. Bu yaklaşımlar transgenik bitkilere göre daha olumlu sonuçlar
vermektedir.
Absisik asidin gen ekspresyonu üzerindeki etkileri hakkında bilinenler şunlardır:
1- Promotor bölgesinde 3 tip cis sekuensi bulunur. Bunlar artırıcı sekuensler, tohuma özgü
sekuensler ve absisik aside cevap veren elementlerdir (ABRE).
2- Tohumlarda trans faktörleri (DNA' ya bağlı müklear proteinler) üretilir ve bunlar da ABRE'
ye bağlanarak kodlayan bölgelerin transkripsiyonunu artırırlar.
2. 3. 5. 6. MUTANTLAR, PROTEĠN MĠKTARI VE TOHUMLARIN BESĠN
KALĠTESĠ
Son yıllarda gelişmekte olan tohumlardaki depo proteinlerinin sentezi ve özelliklerine olan
ilgi artmıştır. İnsan gıdasının büyük kısmı doğrudan ve dolaylı olarak tahumlara bağımlıdır.
Ancak tahıl tohumları lizin, treonin ve triptofan; baklagil tohumları da metionin ve sistein gibi
aminoasitleri içermezler. İnsan da dahil tüm monogastrik canlılar karbon ve azot
kaynaklarından, esansiyel aminoasitleri sentezlemelerini sağlayan anabolik bir mekanizmaya
sahip değillerdir. Tohum proteinlerindeki bu aminoasitlerin eksikliğini gidermek için
çalışmalar yapılmaktadır.
72
Tahıllarda yüksek oranda prolin ve düşük oranda lizin içeren ve prolaminler olarak bilinen
ana depo proteinleri bulunur. Ancak mısırın daha az miktarda prolamin ve zein içeren, ancak
yüksek miktarda lizin içeren depo proteinleri sentezleyen mutantları belirlenmiştir. Bu
mutantlarda farklı proteinler etkilenmiştir. Örneğin opaque-2, 22 kDa' lık bir zeini; opaque-7,
19 kDa' lık bir zeini; floury-2 ise her ikisini de içermez. opaque-2 mutasyonu 22 kDa' lık zein
geninin ekspresyonunun regülasyonunda rol oynayan bir transkripsiyon faktörünü kodalayan
gendeki mutasyon sonucu oluşmuştur. Lizin içeriği yüksek olan bu tip mutantlar insan ve
hayvanların beslenmesi açısından önemlidir. Ancak mutant olan bu tohumların bazı olumsuz
yönleri de vardır. Düşük prolamin içeriği yüzünden daha kırılgan ve depolama boyunca
parçalanmaya daha yatkındır. Ayrıca mutant mısır ununun pişme özelliği daha zayıftır. Ancak
bu mutasyonun en önemli etkisi karbohidrat metabolizmasını önemli derecede bozması ve
nişasta verimini % 10-60 azaltmasıdır. Şu ana kadar düşük miktarda prolamin içeren mısır
çeşitleri üretilememiştir. Ancak diğer tahıllarda bu konuda az da olsa başarı elde edilmiştir.
Örneğin arpanın doğal ve radyasyon uygulanarak elde edilen mutantları mevcuttur. Ancak
bunların ticari üretimi yoktur. Diğer çalışmalarda biyosentez reaksiyonlarına müdahale
edilerek serbest aminoasit sentez yeteneğinin artırılması amaçlanmıştır. Tohumların lizin ve
metionin içeriği artırıldığında, bu aminoasitlerin protein yapısına girme oranının da arttığı
ortaya çıkarılmıştır. Örneğin geliştirilen bir soya mutantında tohumdaki metionin içeren
protein miktarının % 20 oranında arttığı belirlenmiştir. Bu amaçla tohum gelişimi boyunca
ana bitkiye sülfat uygulaması yapılarak, tohum proteinlerinin yapısına daha fazla miktarda
kükürt içeren aminoasit girmesi amaçlanmıştır.
2. 3. 6. FĠTĠNĠN TOHUMLARDA DEPOLANMASI
Fitin tohumlarda fosfat ve mineral iyonlar için önemli bir depo bileşiğidir. Ancak fitik asit
biyosentez mekanizması ve yeri hakkında yeterli bilgi yoktur. Daha önceleri fitik asidin
protein cisimcikleri içinde sentezlendiği iddia edilmiştir. Ancak Ricinus communis' in
gelişmekte olan endospermlerinde yapılan elektron mikroskopisi çalışmaları fitinin
endoplazmik retikulumun sisternalarında sentezlendiğini, transport vesiküllerine alındığını,
vakuolar membrana hareket ettiğini ve membrana kaynaştığını göstermiştir. Daha sonra fitin
partikülleri vakuol lümenine geçer ve yoğunlaşarak globoidi oluşturur. Bu olayda paketleme
ve
transport
vesiküllerinin
oluşumunda
golgi
aygıtı
rol
oynayabilir.
Ancak
bu
kanıtlanmamıştır. Tohum gelişimi boyunca vakuollerdeki fitin ve depo proteini birikimi aynı
anda meydana gelir. Fitik asit biyosentez mekanizması tam olarak bilinmemektedir. Ancak
73
glukoz-6-fosfattan sentezlenen myo-inositol-1-fosfata, ATP' den gelen beş tabe fosfat
grubunun eklenmesiyel myo-inositol hegzafosforik asidin oluştuğu sanılmaktadır. Bu
basamaklarda herhangi bir ara ürüne rastlanmamıştır.
2. 4. GELĠġEN TOHUMLAR VE HORMONLAR
Büyüyen tohumlar bir yandan temel depo maddelerini biriktirirken, diğer yandan oksinler,
giberellinler, sitokininler ve absisik asit gibi hormon miktarlarında da değişimler meydana
gelir. Bu hormonlar tohum büyümesi ve gelişmesi boyunca birçok olay üzerinde önemli
rollere sahiptir. Aynı zamanda meyve büyümesi ve belirli fizyolojik olaylar üzerinde de
etkilidirler. Olgunlaşmamış tohumlar bitkilerde birçok hormon için en büyük kaynaktır.
Hormonların sentezi ve metabolizması ile ilgili çalışmalar büyük ölçüde tohumlar kullanılarak
yapılmaktadır.
2. 4. 1. HORMONLARIN TOHUMLARDAKĠ KOMPOZĠSYON VE LOKASYONU
2. 4. 1. 1. OKSĠNLER
Tohumlarda bulunan temel oksin tipi indol-3-asetik asittir (IAA). Tohumlardaki oksin normal
biyosentez reaksiyonlarıyla triptofandan sentezlenir, ana bitkiden tohuma oksin taşınımı
meydana gelmez. Tohumlarda bulunan oksinler çoğunlukla serbest formdadır. Ancak
olgunlaşmamış mısır tohumlarında IAA-arabinozid, IAA-myo-inositol ve IAA-myo-inositolarabinozid gibi bağlı oksinlerin varlığı da belirlenmiştir. Bağlı oksinlerin IAA oluşumu için
kullanıldığı, çimlenmeyi izleyen dönemde enzimatik olarak serbest IAA oluşturularak
büyüyen koleoptilin uç kısmına taşındığı belirlenmiştir. Gelişmekte olan tohumlardaki serbest
ve bağlı oksin miktarlarında çok farklı değişimlerin meydana geldiği belirlenmiştir.
2. 4. 1. 2. GĠBERELLĠNLER
Bitkiler aleminde 1992 yılına kadar 80 farklı giberellin tipi belirnmiştir. Ancak bu sayı
günümüze kadar sürekli artış göstermiştir. Bunun dışında bitki dokularında polar, suda
çözünebilen glukopiranosid ve glukopiranosil esterleri gibi farklı formlarda bağlı
giberellinlerin de bulunduğu anlaşılmıştır. Gelişmekte olan tohumların giberellin bakımından
çok zengin olması nedeniyle, bitki dokularında giberellinlerin sentezi ve metabolizması ile
74
ilgili birçok çalışmada tohumlar kullanılmaktadır. Örneğin giberellin biyosentezinin asetil
CoA ile başladığı, ilk oluşan giberellinin, giberellin 12 olduğu ve diğer giberellin tiplerinin
bundan köken aldığı Cucurbita maxima, Marah macrocarpus ve Pisum sativum gibi türlerin
tohumlarında yapılan araştırmalar sonunda ortaya çıkarılmıştır. Gelişmekte olan tohumlarda
ve diğer bitkisel dokularda giberellinler çok hızlı bir şekilde birbirine dönüştürüldüğü için, bir
türün tohumlarında aynı anda birden fazla tipte giberellin bulunmaktadır. Giberellin tipleri
içinde sadece giberellin 29 ve giberellin 51 biyolojik olarak inaktiftir. Bu nedenle farklı
giberellin tipleri arasındaki dönüşüm, giberelln molekülünün inaktivasyonu ile sonuçlanabilir.
Gelişmekte olan tohumlarda aktif giberellin miktarı maksimum seviyede iken, tohum
olgunlaşmasının sonuna doğru inaktif formların oluşumu hızlanır. Bu dönemde ayrıca
tohumun yapısında bulunan aktif giberellin miktarı, bunların bir kısmı glukozil ester ve
glukozidlerle rekasiyona girerek bağlı forma geçtikleri ve ayrıca katabolize edildikleri için
azalır. Farklı giberellin tiplerinin aynı tohumun farklı kısımlarındaki miktarı büyük değişim
gösterebilir. Bunun nedeni taşınarak tohumun farklı bölgelerine ulaşan giberellinlerin farklı
metabolik olaylara maruz kalmasıdır.
2. 4. 1. 3. SĠTOKĠNĠNLER
Gelişmiş bitkilerde ilk tanımlanan sitokinin, gelişmekte olan mısır tohumlarında saptanan
zeatindir. Olgunlaşmamış tohumlarda kimyasal olarak varlığı belirlenen sitokininler (zeatin,
izopentil adenin ve bunların türevleri) yapılarında adenin taşırlar. Sitokinin türevleri glukoz,
riboz veya her ikisiyle birlikte kompleks bileşiklerden oluşmuş formlardır. Sitokininler ayrıca
yapılarında belirli tipte tRNA molekülleri de bulundurabilirler ve bu tRNA' lar gerektiğinde
hidroliz yoluyla yapıdan uzaklaştırılır. Sitokininlerin bitkinin hangi bölgesinde sentezlendiği
henüz anlaşılamamıştır. Ancak bugüne kadar elde edilen sonuçlar iki ihtimalin olduğunu
göstermektedir. Bunlardan birincisi kökler diğeri ise meyve veya tohumdur. Tohum gelişimi
sırasında, özellikle de tohum dokularının büyüdüğü dönemde sitokinin miktarı önemli
derecede artarken, olgunlaşma döneminde ise azalmaktadır.
2. 4. 1. 4. ABSĠSĠK ASĠT
Absisik asit birçok bitki türünün olgunlaşmamış tohumlarından elde edilmiştir. Bu hormonun
serbest formu özellikle baklagil tohumlarında oldukça yüksek miktarlarda bulunur (0,2-1 mg
g-1 taze ağırlık). Ayrıca tohum yapısında glukozil esterlere ve glukozidlere bağlanmış formda
75
absisik aside de yüksek oranda rastlanır. Serbest ve bağlı absisik asidin tohumların embriyo,
endosperm ve bunları saran kısımlarda bulunduğu belirlenmiştir. Bunun dışında, özellikle
baklagil tohumlarında, absisik asidin katabolitleri olan faseik asit ve dehidro faseik asit vardır.
Diğer hormonlarda olduğu gibi absisik asidin miktarı da tohum olgunlaşmasından itibaren
artar ve olgunlaşmanın sonuna doğru azalır.
2. 4. 2. HORMONLARIN TOHUMLARDAKĠ GENEL ROLLERĠ
Hormonlar, gelişmekte olan tohumlarda büyüme ve gelişmenin devamını sağlarken,
olgunlaşma evresinde ise büyümenin durmasına yol açarlar. Büyüme ve gelişme üzerindeki
bu etkileri tohumun embriyo dışındaki kısımları için de geçerlidir. Tohumlarda hem embriyo
gelişimi için hem de çimlenme aşamasında kullanılmak üzere depo maddelerinin birikiminin
sağlanması ve gelişmekte olan tohumlara yakın konumdaki doku ve organlardaki fizyolojik
değişimlerden de hormonlar sorumludur.
2. 4. 2. 1. HORMONLARIN TOHUM BÜYÜMESĠ VE GELĠġMESĠ ÜZERĠNDEKĠ
ETKĠLERĠ
Tohum gelişmesi ile hormonlar arasındaki etkileşimlerin büyük kısmı, hormon miktarı ile
embriyo büyümesi arasındaki korelasyondan kaynaklanmaktadır. Örneğin cüce bezelye
tohumlarında biyolojik olarak aktif olan giberellinlerin (giberellin 9 ve 20) miktarının,
maksimum embriyo büyümesinin gözlendiği dönemde artış gösterdiği belirlenmiştir. Benzer
bir korelasyona Phaseolus coccineus embriyolarının büyüme hızı ile giberellin 20 miktarı
arasında da rastlanmıştır. Bu bitkide büyümekte olan embriyoya gerekli giberellinlerin
süspensör tarafında sağlanabileceği de belirlenmiştir. Genç embriyo tohum dışına alınıp
kültür ortamına bırakıldığında, süspensöründe uzaklaştırıldığı durumlarda gelişememiş, ancak
dışarıdan giberellin uygulandığında gelişmesini sürdürmüştür. Giberellinlerin tohum gelişimi
üzerindeki etkileri bazı mutant bitkilerde de araştırılmıştır. Örneğin giberellin içermeyen bir
Arabidopsis ve domates mutantında tohum gelişimi normal şekilde devam etmektedir. Bu
sonuç giberrelinlerin bu iki türde tohum gelişimi üzerinde spesifik bir etkisinin olmadığını
göstermektedir. Ancak tohumdaki giberellin miktarı aşırı derecede azalmış olan bir bezelye
mutantında (lhi) tohumların gelişmelerini tamamlamadan önce ana bitkiden ayrıldığı
görülmüştür.
76
Tohumlardaki hücre bölünmesi ve genişlemesini içeren evrede sitokinin miktarı da
maksimum seviyededir. Sitokininlerin bazı bitki dokularında hücre bölünmesini uyardığı ve
bu özelliğinden dolayı tohum gelişiminde de rol oynadıkları sanılmaktadır. Phaseolus
coccineus ve Lupinus alba'da, yüksek sitokinin içeriği nedeniyel süspensörün gelişmekte olan
embriyoya sitokinin sağladığı düşünülmektedir.
İnhibe edici özelliğinden dolayı, absisik asidin (ABA) embriyo büyümesini inhibe ettiği
bilinmektedir. Arpa ve kolza tohumlarında ABA bulunmasına rağmen normal embriyo
büyümesinin gerçekleştiği ancak çimlenme ve eksen büyümesinin inhibe olduğu görülmüştür.
Ancak ABA'nın bu etkisi, tohum daha ana bitki üzerinde iken embriyonun bir dinlenme evresi
geçirmeden hemen çimlenmeye başlamasını önleyici niteliktedir. ABA miktarı ile gelişmekte
olan embriyonun çimlenebilme özelliği arasında bir ilişki olduğu birçok türde gösterilmiştir.
Örneğin birçok bitkide olgunlaşmasını tamamlamamış olan tohumlar gelişim periyodunun
erken evrelerinde çimlenme özelliğine sahip değildir ve çimlenme özelliğini tam olgunlaşma
noktasına yaklaştıkça kazanmaya başlar. Birçok tahıl ve baklagil türünde yapılan çalışmalar
genç ve daha olgunlaşmasını tamamlamamış olan tohumlarda ABA miktarının çok yüksek
olduğunu göstermiştir. Ancak bazı bitki türlerinde de tohum gelişimi boyunca ABA miktarı
değişmez, ancak embriyonun ABA' ya duyarlılığında azalma gözlenir.
Gelişmekte olan tohumların bu evredeki en önemli özelliği bazı depo maddelerinin
birikmesidir ve hormonların bu konuda da önemli rol oynadığı bilinmektedir. Örneğin
sitokininlerin sıvı endospermlerde asimilatların dokulara mobilizasyonunu sağladığı ortaya
çıkarılmıştır. ABA ise depo proteinlerinin sentezinin regülasyonunda önemli bir hormondur.
Fasülye ve soya kotiledonlarına ABA uygulaması yapılırsa depo proteinlerinin sentezinin
başladığı gözlenmiştir. ABA' nın ayrıca üzümde karbohidrat birikimini artırdığı, bezelye ve
tahıllarda tohum ve tane dolumunu düzenlediği bilinmektedir. ABA'ya duyarlı olmayan
Arabidopsis'in gelişmekte olan tohumlarında depo proteini ve triaçilgliserol miktarının çok
düşük olduğu görülmüştür.
2. 4. 2. 2. MEYVE BÜYÜMESĠ VE GELĠġMESĠ
Birçok durumda meyvenin etli kısımlarının büyümesi gelişmekte olan tohumların aktivitesi
ile ilişkilidir. Örneğin kavunda meyve büyüklüğünün tohum sayısı ile korelasyon gösterdiği
belirlenmiştir. Yalancı bir meyve olan çilekte ise gelişmekte olan tohumlar uzaklaştırıldığında
77
meyve büyümesinin büyük oranda indirgendiği görülür. Tohumlar oksin bakımından oldukça
zengindir ve tohumları uzaklaştırılan çilek meyvelerine dışarıdan oksin uygulandığında
meyve büyümesinin normal şekilde devam ettiği görülür. Bu sonuç çilek meyvelerinin
gelişiminin, tohumlardan sağlanan oksinle gerçekleştirildiğini ispatlamaktadır. Bezelyede ise
bir iğne yardımıyla tohum zarfının içindeki tohumların mekanik olarak zedelenmesi sonucu
tohum zarfının büyümesinin durduğu, ancak dışarıdan yapılan giberellik asit (GA) veya
sentetik bir oksin olan naftalen asetik asit uygulaması ile büyümeye devam ettiği görülmüştür.
2. 4. 2. 3. HORMONLARIN ÇĠMLENME VE BÜYÜME ÜZERĠNDEKĠ ETKĠLERĠ
Birçok bitki türünde tohumların bağlı formda bir oksin türü olan indol-3-asetik asit (IAA)
içerdiği ve hidrolitik parçalanmayla bunların serbest IAA' ya dönüştüğü bilinmektedir. IAA'
nın çimlenme ve radikula büyümesi üzerinde bir etkisi yoktur. Ancal çimlenmeden sonraki
dönemde gerçekleşen fide büyümesi büyük ölçüde IAA' ya bağlıdır. Bu durumda serbest
forma geçen IAA' nın çimlenmekte olan mısır endospermlerinden koleoptil ucuna taşındığı ve
buradaki uzama bölgesinde bulunan hücrelerin büyümesini regüle ettiği söylenebilir.
Gelişmekte olan bezelye tohumlarına radyoaktif olarak işaretlenmiş GA1 ve GA20
verildiğinde, bunların tohumda bağlı formda muhafaza edildiği ve tohum çimlenmesiyle
birlikte serbest forma dönüştüğü belirlenmiştir.
2. 4. 2. 4. HORMONLARIN TOHUMLARDAKĠ DĠĞER ETKĠLERĠ
Tohum muhafazası içinde bulunan bezelye tohumları parçalandığı zaman bu yapının
absisyona uğradığı görülmüştür. Tohumları öldürülmüş olan tohum muhafazasına naftalen
asetik asit ve bazı giberellinler (GA9, GA20, GA29) uygulanırsa absisyon zonunun oluşumu
engellenmiştir. Dolayısıyla bu hormonların etkilerinden birisi de absisyon zonunun
oluşumunu engellemektir. Giberellinlerin diğer ilginç bir özelliği de elmalarda görülür. Bazı
elma çeşitleri iki yılda bir meyve verirler. Bazı meyveler gelişirken meydana gelen bazı çiçek
tomurcukları bir sonraki yıla kadar dormant kalırlar. Dolayısıyla o yıl açam çiçekler aslında
bir önceki yıl meydana gelmiştir. Bu bitkilerde meyve gelişimi sürerken çiçek tomurcuğu
oluşmaz ve çiçeklenme dönemi yoktur. Gelişmekte olan meyveler koparıldığı taktirde çiçek
tomurcukları oluşmaya başlar. Ancak bu bitkiye giberellin uygulanırsa çiçek tomurcuğu
oluşmaz. Gelişmekte olan elma tohumları giberellin bakımından zengin olduğu için
giberellinlerin çiçek tomurcuğu oluşumunu inhibe ettiği düşünülmektedir.
78