Tarımda Genetik Yaklaşımlar

Tarımda Genetik Yaklaşımlar
www.plantcell.org/cgi/doi/10.1105/tpc.111.tt0511
•Dünyada, yaşam
yaklaşık olarak 4 milyar
yıl önce başladı.
Cro magnon kafatası
Homo sapiens
~ 30,000 yıllık
•Homo sapiens, bir tür
olarak yaklaşık
300,000yıl önce ortaya
çıktı.
Image credit: Smithsonian Institution Human Origins Program
•İnsanlar, dünyada;
fiziksel, kimyasal,
jeolojik, atmosferik ve
biyolojik olmak üzere
çok farklı alanlarda
değişime neden
olmuşlardır.
Cro magnon kafatası
Homo sapiens
~ 30,000 yıllık
Image credit: Smithsonian Institution Human Origins Program
Biz dağları kaldırdık
1984
2009
2 km
Boone bölgesindeki Hobet kömür
madeni, Batı Virjinyada 10,000
dönüm alana yayıldı (15.6 square
miles) NASA images by Robert Simmon, based on Landsat 5 data from the USGS Global Visualization Viewer.
...barajlar kurduk...
1987
2006
Üç Gorges Barajı, dünyanın en
büyük hidroelektrik
jeneratörüdür.
Barajın üst kısmı 3 km’den daha
fazladır.
+ View movie of
the dam's
construction
Photo credit: NASA/Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio United States Geological Survey and Le Grand Portage
....nesillerin tükenmesine
sebep olduk.....
Dodo (Raphus cucullatus) uçamayan ve
Mauritius bölgesinde yaşayan büyük bir
kuştu. İle 17. yy sonunda bu kuşun nesli
tükenmiştir.
Dodo by Edouard Poppig, 1841
...diğer türleri
değiştirdik
?
... Ve bitki genomlarını binlerce yıldır
değiştirmekteyiz…
Image credits: P. Cos, Cacaphony, USDA, CIMMYT
Şimdi ise yaptığımız bu büyük
değişimler ile yüzleşiyoruz.
Küresel
populasyon
0
500
1000
1500
Atmosferik
CO2
2000
1800
1850
1900
1950
2000
Daha çok insanı
gezegenimize zarar
vermeden nasıl
yaşatıcaz?
Photo courtesy Earth Observatory NASA
Küresel sorunun çözümünde bitki
ıslahının rolü nedir?
Photo credits: Xochiquetzal Fonseca/CIMMYT and IRRI
TARIMDA GENETİK GELİŞMELER
Uzak geçmişte
Bitki evcilleştirme ve ötesi
Yakın geçmişte
Hibrit tohumlar
(İlk) Yeşil devrim
Islah teknolojilerindeki gelişmeler
Şimdi ve gelecekte
İnsan sağlığını için ıslah
Kuraklık toleransı için ıslah
Afrikada tarımsal yenilikler
İkinci yeşil devrim
Uzak geçmiş
(>10,000 yıl öncesi- 1900)
Homo sapiens ortaya çıkışı
400,000 – 250,000 yıl önce
Temel bitkiler ıslah edilmesi,
~ 10,000 – 5000 yıl önce
İnsan medeniyetlerinin gelişimi
tarımın gelişmesi ile ilişkilidir.
Karol Schauer
Son buzul döneminden sonra bitkilerin
ıslah edildiği döneme girilmiştir.
Buzulların çekildiği dönem
Buzul çağı
Bin yıl önce
Yabani toplama
Bitki yetiştirme
Bitki ıslahı
Neolitik
Devrim
Allaby, R.G., Fuller, D.Q., and Brown, T.A. (2008) The genetic expectations of a protracted model for the origins of domesticated crops. Proc. Natl. Acad.
Sci. USA 105: 13982-13986, copyright National Academy of Sciences USA
İnsanlar bitki yetiştirmeye nasıl
başladı?
Besin
kaynaklarının
aranması ve
takip edilmesi
şeklinde
kademeli
olarak geliştiği
düşünülüyor.
X
X
X
İnsanlar bitki yetiştirmeye nasıl
başladı?
Besin
kaynaklarının
aranması ve
takip edilmesi
yarı yerleşik
hayat
dönemini
başlatmıştır.
X
X
İnsanlar bitki yetiştirmeye nasıl
başladı?
Daha sonra
ise insanlar
yerleşik
hayata
geçmişlerdir
X
Bitkiler, birçok bölgede
yetiştirilmiştir.
Buğday, arpa, bezelye, mercimekl
~ 13,000 yıl önce
Çeltik, soya fasülyesi,
~ 9000 yıl önce
Çeltik, fasülye
~ 8500 yıl önce
Mısır, kabak, fasülye,
patates
~ 10,000 yıl önce
Reprinted by permission from Macmillan Publishers Ltd.: [Nature] Diamond, J. (2002). Evolution, consequences
and future of plant and animal domestication. Nature 418: 700-707, copyright 2002.
Bitki ıslahının sonunda genetik
değişiklikler ortaya çıktı
‘İyi’ bitkilerden elde edilen
tohumların kullanılması,
sonraki nesillerin daha iyi
olmasını sağladı.
Populasyondaki
doğal varyasyonlar
Image courtesy of University of California Museum of Paleontology, Understanding Evolution - www.evolution.berkeley.edu
Mısırın ıslahı soncunda mısır
koçanının boyu arttı
Meksika’daki
Tehuacan
Vadisinde yapılan
arkeolojik
kazılarda bulunan
mısır koçanları
7000
Yıl önce
500
Yıl önce
Photo © Robert S. Peabody Museum of Archaeology, Phillips Academy, Andover, Massachusetts. All Rights Reserved.
Birçok tanenin etrafında bulunan
sert kılıflar ortadan kalktı
Teosinte, mısırın
yabani atası, her
bir tanesinde sert
kılıfa sahiptir.
Mısırın ıslahı
sırasında insanlar
bu özelliğe sahip
olmayan bitkileri
yetiştirmişlerdir.
Photo by Hugh Iltis; Reprinted from Doebley, J.F., Gaut, B.S., and Smith, B.D. (2006). The Molecular
Genetics of Crop Domestication. Cell 127: 1309-1321, with permission from Elsevier.
Dallanmadaki azalma ve tohum büyüklüğündeki
artma da seçilen özelliklerdendi.
Image credit Nicolle Rager Fuller,
National Science Foundation
Sağlıklı, kopmayan tohumlar seçilir.
Islah edilmiş
Non-shattering grain
“Tough rachis”
Advantage –
facilitates harvesting
Yabani
Shattering grain
“Brittle rachis”
Advantage –
maximizes seed
dispersal
From Konishi, S., Izawa, T., Lin, S.Y., Ebana, K., Fukuta, Y., Sasaki, T., and Yano, M. (2006). An SNP caused loss of seed
shattering during rice domestication. Science 312: 1392-1396. Reprinted with permission from AAAS.
Ürünlerin çoğu, genomik yeniden
düzenleme ile elde edilmiş ürünlerdir.
Poliploid (multi-genome)
bitkiler genelde büyüktür
ve bu yüzden üretimde
için seçiilirler.
Ekmeklik buğday, buğdayın
üç atasının türler arası
hibridizasyonu ile elde
edilmiştir.
Brassica, üç genomu paylaşır.
From Dubcovsky, J. and Dvorak, J. (2007). Genome Plasticity a Key Factor in the Success of Polyploid Wheat Under Domestication. Science.
316: 1862-1866. Reprinted with permission from AAAS. Brassica figure from Adenosine
Islahın genomda değişiklik oluşturularak yapılması
modern bitkilerin üretimine sebep olmuştur.
From Dubcovsky, J. and Dvorak, J. (2007). Genome Plasticity a Key Factor in the Success of Polyploid Wheat Under Domestication. Science.
316: 1862-1866. Reprinted with permission from AAAS.
PA CHIAM
SERAUP
BESAR 15
FORTUNA
M ARONG
PAROC
UNKNOWN
Orijinal çeltik genomu
BPI 76
BLUE ROSE
SUPREM E
REXORO
KITCHILI SAM BA
En yaygın bitkileden
bir olan, indica çeltik
IR64, karmaşık bir
ıslah programının
ürünüdür.

SINAWPAGH
Mutasyonlar
UNKNOWN
CINA
LATISAIL
TEXAS
PATNA
RSBR
GEB24
DGWG
Translokasyon
BLUE BONNET
Rekombinasyonlar
PETA
CP231
SLO 17
IR86
BENONG
CP SLO 17
SIGADIS
Inversiyonlar
NAHNG M ON S4
IR95
IR8
CHOW SUNG
IR1103
TADUKAN
VELLAIKAR
IR400
IR1006
IR127
NM S 4
IR262
TSAI YUAN CHUNG
M UDGO
CO 18
TETEP
Bu program;
genomik
modifikasyon,
mutasyon, delesyon
ve yeniden
düzenlenme içerir.
IR1163
IR238
TN1
IR1416
IR1402
O. nivara
IR1870
IR1641

IR22
IR1614
TKM 6
IR2006
IR579
IR773 A
BPI 121
IR1915 B
IR746A
IR747
Delesyonlar
IR24/ IR661
IR1704
IR1721
GAM PAI
IR1833
IR1916
GAM PAI 15
IR1561
IR833
IR1737
IR2040
IR2146
IR 2055
IR2061
IR5236
IR5338
IR5657
IR18348
IR64
IR 64
Ultimate Landraces
GAM PAI
DEE GEO WOO GEN
CINA
LATISAIL
TADUKAN
KITCHILI SAMBA
PA CHIAM
SERAUPBESAR 15
NAHNG MON S 4
VELLAIKAR
TSAI YUAN CHUNG
BENONG
Unknow n
CHOW SUNG
MUDGO
TETEP
SINAWPAGH
UNKNOWN (JAPANESE)
O. nivara (IRGC 101508)
MARONG PAROC
Slide courtesy of Ingo Potrykus
Doğal gıda efsanesi
Credit: Nicolle Rager Fuller, National Science Foundation
Yakın Geçmiş–
Bilimsel Bitki Islahı
20. yy, gaz
lambalarından
internete; buharlı
vapurlardan uzay
araçlarına geçildiği
bir dönemdi.
Yakın Geçmiş–
Bilimsel Bitki Islahı
Dünya nüfusu (milyarlar)
Ve dünya nüfusu 100
yıl içinde 4’e
katlandı.
20. yy, gaz
lambalarından
internete; buharlı
vapurlardan uzay
araçlarına geçildiği
bir dönemdi.
7
6
5
4
3
2
1
6 milyar
1.6 milyar
1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000
Yakın Geçmiş–
Bilimsel Bitki Islahı
Artan dünya nüfusu
karşısında bitki üretiminde
ve ıslahındaki gelişmeler
zorunlu hale geldi.
Photo credits: Gartons Plant Breeders
Mendel ve Darwin, bilimsel bitki
ıslahı için yolu açtı.
Hibrit (melez) mısır gelişimi ile
ürünlerde büyük artışa sebep oldu.
A
BxA
Ax B
B
Genetik olarak farklı iki
ebeveynin dölleri artan
büyüme gösterir- Bu etki
‘melez gücü’ olarak
tanımlanır.
Shull, G.H. (1909) A pure line method in corn breeding. Am. Breed. Assoc. Rep. 5, 51–
59 by permission of Oxford University Press.
Melez mısır, artan ürün özelliği
sebebiyle hemen kabul edilmişti.
A
BxA
Ax B
B
Even though farmers had to
purchase seed every year,
increased yields more than
offset increased costs
Toplanm mısır alanının yüzdesi
Shull, G.H. (1909) A pure line method in corn breeding. Am. Breed. Assoc. Rep. 5, 51–
59 by permission of Oxford University Press; Economic Research Service / USDA
Norman Borlaug, bitki üreticisi ve ‘green
revolution’ yeşil devrimin babasıdır.
20. yy biliminin en önemli
başarılarıları; patojenlere
dayanıklı, yüksek verimli yarı
bodur tahıl çeşitlerinin
geliştirilmesidir.
Norman Borlaug 1914-2009
Yeşil Devrim bitkilerinin gelişimi ürünlerin
önemli ölçüde artmasını sağlamıştır.
Source: FAO via Brian0918
CGIAR tarımsal
araştırma
gruplarının yer
aldığı uluslararası
bir örgüttür.
IRRI’da yapılan çeltik ıslahı da aynı zamanda
ürünlerin artmasını sağlamıştır.
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
1961
1980
2000
Dünyada üretilen çeltik miktarı (ton/ha) (FAO)
IR8, released in 1966, “…was to tropical rices what
the Model T Ford was to automobiles.” It was
known as “miracle rice” because of its high yields.
Photo courtesy IRRI
Bitkisel verimlilik, artmış dünya
nüfusunu dengelemiştir.
Populasyon (milyarlar)
100%
artış
Ürün verimliliği (gigaton)
>100%
artış
Ürün alanı (hektar)
~20%
artış
Ürün alanı,
alan başına
düşen
ürünlerin
veimliliği arttığı
için
artmamıştır.
Fazla alan kullanmadan fazla miktarda ürün elde edilmesi, iklim
değişikliğinin etkilerini azaltmaya ve biyolojik çeşitlilik kaybını
yavaşlatmaya yardım eder.
Burney, J.A., Davis, S.J., and Lobell, D.B. (2010). Greenhouse gas mitigation by agricultural intensification. Proc. Natl. Acad. Sci. 107: 12052-12057.
Modern bitki yetiştiricileri; arazi
çalışmalarının yanı sıra, DNA
dizileme ve proteomik gibi moleküler
metotlar kullanırlar.
Photo credits Scott Bauer USDA; CIMMYT; IRRI; RCMI; Duke Institute for Genome Sciences and Policy
Genetik teknolojilerin gelişmesi gelişmiş
bitkilerin üretimini sağlar.
•Markır aracılı seçim
•Genomla ilişkili çalışmalar
•Rekombinant DNA teknolojisi ve
transgenik bitkiler
Photo credit: IRRI
Markır aracılı seçim ‘Marker assisted
selection’ (MAS)
Fenotip:
Özelliklerin fiziksel anlatımı
Genotip: genomdaki tüm genlerin
dizileri
Photo credit LemnaTec; Anderson, L.K., Lai, A., Stack, S.M., Rizzon, C. and Gaut, B.S. (2006). Uneven
distribution of expressed sequence tag loci on maize pachytene chromosomes. Genome Research. 16: 115-122.
Markır aracılı seçim ‘Marker assisted
selection’ (MAS)
DNA markırlarının
seçimi fenotipin
seçiminden daha
hızlıdır.
Fenotip:
Özelliklerin fiziksel anlatımı
Genotip: genomdaki tüm
genlerin dizileri
Photo credit LemnaTec; Anderson, L.K., Lai, A., Stack, S.M., Rizzon, C. and Gaut, B.S. (2006). Uneven
distribution of expressed sequence tag loci on maize pachytene chromosomes. Genome Research. 16: 115-122.
Markırlar nasıl çalışır: Her nesilde,
genler yeniden sınıflandırılır ya da
karıştırılır.
Markırlar bize, her bir
bireyde hangi genin
kalıtıldığını gösterir.
Örnek: Hastalığa direnç sağlayan bir
gen
Biz hastalığa direnç
özelliğini seçkin
‘elit’ domatese
aktarmak istiyoruz.
Seçkin domates
Zayıf domates ama
hastalığa dirençli
(direnç geni gösterilmştir.)
Örnek: Hastalığa direnç sağlayan bir
gen
İki bitki çaprazlanır. Döllerinden
bazıları hastalığa direnç özelliği
kazanmıştır ama bazılarında bu
özellik yoktur. Farklılığı nasıl
söyleyebiliriz?
Photo by Stephen Ausmus USDA
Örnek: Hastalığa direnç sağlayan bir
gen
DNA’larına bakmak için
markırlar kullanılır. Bu
metot, fenotipi görüp
incelemekten daha hızlı
ve daha kolaydır.
Örnek: Hastalığa direnç sağlayan bir
gen
Bu bitki seçkin ve hastalığa
dirençli bir domates midir?
Hayır, onun genomunun yarısı
zayıf domatesten gelmiştir.
Örnek: Hastalığa direnç sağlayan bir
gen
Daha sonra, elit domates
elde etmek için tekrar tekrar
geri çaprazlama yapılır,
hastalığa direnç sağlayan
gene sahip bitkileri
tanımlamak için markırlar
kullanılır.
Örnek: Hastalığa direnç sağlayan bir
gen
Markırlar, ıslah
çalışmalarını önemli
ölçüde hızlandırırlar.
Birkaç nesil sonra,
elit, hastalığa
dirençli domates
MAS, suda batmaya karşı dirençli çeltik
yetiştirmede bir araç olarak kullanılır. (Sub1)
Çeltik üreten birçok ülke sel tehdidi ile karşı
karşıyadır. Pakistanda 2010 yılında, sel felaketi
yaşanmıştır ve 17 million dönüm (69,000 km2)
alan su altında kalmıştır.
Temmuz, 2010
50 km
Eylül, 2010
Photo credits: Abdul Majeed Goraya / IRIN; NASA Goddard
Batmaya dirençli çeltik, selde 17 gün
boyunca yaşayabilir.
Duyarlı çeltik– uzun süren
selde yaşayamaz.
SEL
Batmaya dayanıklı Sub1
çeltik – sel boyunca
büyümesi kısıtlanır ve yaşar.
Tekrar
sulama
Swarna üretimi–Sub1:
Swarna - Sub1 donör ile çaprazlama
Sub1
Swarna
Swarna, yüksek
verimli bir pirinçtir
ama sele karşı
duyarlıdır.
Birkaç nesilden
sonra, SwarnaSub1
Swarna –
verimi
yüksek,
sele
duyarlı
Swarna-Sub1
Sele dirençli
ebeveyn
MAS, Sub-1 özelliğinin hızlı
şekilde Swarna bitkisine
aktarılmasını sağlar. SwarnaSub1 çeltik, 2010 yılında
Hindistan’da ekilen çeltiğin
%25’inden fazlasını
oluşturmuştur.
Reprinted by permission from Macmillan Publishers Ltd. (NATURE) Xu, K., Xu, X., Fukao, T., Canlas, P., Maghirang-Rodriguez,
R., Heuer, S., Ismail, A.M., Bailey-Serres, J., Ronald, P.C., and Mackill, D.J. (2006). Sub1A is an ethylene-response-factor-like gene
that confers submergence tolerance to rice. Nature 442: 705-708. Photo couresy of Adam Barclay CPS, IRRI Photo.
Gelişen teknoloji karmaşık
özelliklerin ıslahını kolaylaştırmıştır.
•20’den fazla bitki türünün
genom dizi bilgisi mevcuttur.
•Birçok tür için moleküler
ıslah ve haritalama
geliştirilmiştir.
•Genomla ilgili yapılan
çalışmalarda, özellikler ile
ilişkili genlerin belirlenmesi
gerçekleştirilmektedir.
Anderson, L.K., Lai, A., Stack, S.M., Rizzon, C. and Gaut, B.S. (2006). Uneven distribution of
expressed sequence tag loci on maize pachytene chromosomes. Genome Research. 16: 115-122.
Mısır
Birçok önemli bitkinin genom dizi bilgisi elde edilmiştir.
Fenotip analizi
Genom çalşımaları karmaşık
özellikler (örneğin: verim ya da
suyu kullanma yetisi) ile ilişkili
genlerin tespitini kolaylaştırmıştır.
Gen keşfi
Genotip analizi
Bu yaklaşım küçük etkilere sahip
yüzlerce genin tespitine izin vermiştir.
Mısırda, tane verimliliği, yaprak açısı ve
büyüklüğü ile ilişkilidir. Genom
çalışmalarında, bu özelliklerle ilişkili
yüzlerce tek nükleotit polimorfizmi
‘Single-Nucleotide Polymorphisms
(SNPs)’ ortaya çıkarmıştır ve bu bilgi
yetiştiriciler için çok değerlidir.
Reprinted by permission from Macmillan Publishers Ltd. Tian, F., Bradbury, P.J., Brown, P.J., Hung, H., Sun, Q., Flint-Garcia, S., Rocheford, T.R., McMullen, M.D.,
Holland, J.B., and Buckler, E.S. (2011). Genome-wide association study of leaf architecture in the maize nested association mapping population. Nat Genet 43: 159-162.
Yapılan çalışmalarda, hastalığa karşı
dirençlilik kazanmada katkıda bulunan
SNP’ler ortaya çıkmıştır
Benzer çalışmalar,
kuraklılığa karşı
tolerans gibi önemli
özelliklerle ilişkili
genlerin tespitini
sağlamıştır.
Reprinted by permission from Macmillan Publishers Ltd Kump, K.L., Bradbury, P.J., Wisser, R.J., Buckler, E.S., Belcher, A.R., Oropeza-Rosas,
M.A., Zwonitzer, J.C., Kresovich, S., McMullen, M.D., Ware, D., Balint-Kurti, P.J., and Holland, J.B. (2011). Genome-wide association study of
quantitative resistance to southern leaf blight in the maize nested association mapping population. Nat Genet 43: 163-168.
Genetik Modifikasyon (GM) diğer bir
ıslah metodudur.
Rekombinant
DNA
(ya da GM) tek bir
genin genom içine
girmesini sağlar. Bu
metot,
geleneksel
yetiştirmeden
daha
hızlıdır.
Elit domates
Zayıf domates ama
hastalığa dirençli
Elit, hastalığa dirençli domates
Genin kaynağı
(hastalığa dirençli
bitki)
İlgilenilen bitki
Moleküler biyoloji
metotlarının
kullanılmasıyla ilgili
gen izole edilir.
Gen, bitki
genomuna girdiği
zaman, bu gen tıpkı
diğer herhangi bir
gen gibi işlev görür.
Alıcı bitki DNA’sı ile
rekombinasyon gerçekleştirilir.
Neden bazen GM metotları kullanılırken
bazen moleküler ıslah metotları kullanılır?
Moleküler Islah
1. İstenilen özellik
populasyonda
bulunmalıdır.
2. Genetik kaynaklar
mevcut olmalıdır.
3. Bitki eşeyli olarak
çoğaltılabilmelidir.
Photo credits: Gramene.org
Neden bazen GM metotları kullanılırken
bazen moleküler ıslah metotları kullanılır?
Moleküler Islah
1. İstenilen özellik
populasyonda bulunmalıdır.
2. Genetik kaynaklar
mevcut olmalıdır.
3. Bitki eşeyli olarak
çoğaltılabilmelidir.
GM
1. Gen herhangi bir
kaynaktan gelebilir.
2. Genetik kaynaklar
gerekli değildir.
3. Bitki vejetatif (eşeysiz)
olarak üreyebilir.
Photo credits: Gramene.org ETH Life International
GM Örnek: Hastalığa dirençli muz (biberden elde
edilen genin muza aktarılması ile)
Dirençli
Hassas
Muzda bakterilen sebep olduğu solgunluk Doğu
Afrikada bitkilerin ölmesine sebep olmuştur.
Transgenik bitkiler, biberden elde edilen
dirençlilik genini taşıyarak bu hastalıktan
kurtulmuşlardır.
Tripathi, L., Mwaka, H., Tripathi, J.N., and Tushemereirwe, W.K. (2010). Expression of sweet pepper Hrap gene in banana
enhances resistance to Xanthomonas campestris pv. musacearum. Molecular Plant Pathology 11: 721-731.
GM Örnek: Böceğe karşı dirençli (Bt
geninin aktarılması ile)
Yabani tip fıstık bitkisi
Bt gen anlatımı yapan fıstık bitkisi
Photo by Herb Pilcher USDA
Bacillus thuringiensis (Bt) bakterisi
böcekleri öldüren proteinler üretir.
Bacillus
thuringiensis, Bt
toksin anlatımını
yapar
Böcek öldürücü Bt toxini
üreten Bacillus thuringiensis
bitkinin üzerine püskürtülebilir.
Bitki hücresi, Bt
toksin anlatımı
yapar
Ya da bitkileri Bt toksinini
kodlayan Bt geninin
anlatımı için
düzenlenebilirler.
Bt toksinin etkisi kendine özgüdür.
Bağırsak
Bacillus
thuringiensis, Bt
toksin anlatımını
yapar
Süreç
Bitki hücresi, Bt
toksin anlatımı
yapar
Reseptör
bağlanma
Bağırsak
lümeni
Bt toksini sadece bazı böcekleri etkiler.
Çünkü, sürecin gerçekleşmesi için özel
bir reseptör proteine ihtiyaç duyar.
Bt toksinin etkisi kendine özgüdür.
Bağırsak
Bacillus
thuringiensis, Bt
toksin anlatımını
yapar
Bitki hücresi, Bt
toksin anlatımı
yapar
Bağlanmadan sonra, böcek öldürücü
proteinler bir araya gelerek bir gözenek
oluştururlar. Bu gözenek böcek
bağırsağında oluşur ve böceği öldürür.
Gözenek
GM Örnek :Herbisite karşı dayanıklılık
Güneş ışığı ve besinleri
almak için bitkiler
birbirleriyle yarışırlar.
Birçok çiftçi istenmeyen
bitkilerin (otların)
büyümesini engellemek
için herbisit kullanır.
Sol – mısırlara herbisit püskürtülmüş
Sağ –mısırlar dev tilki kuyruğu (Setaria faberi) ile baskılanmış
Photo credit: Doug Buhler, Bugwood.org
Herbisitlere karşı dayanıklı bitkiler
çevrecidir.
Çiftçiler, herbisite karşı dirençli
bitkiler yetiştirirken daha az
herbisit kullanırlar. Böylece
toprakta da daha az herbisit
kontaminasyonu olur.
Soya fasülyesi
*
*
Cerdeira, A.L. and Duke, S.O. (2006). The Current Status and Environmental Impacts of Glyphosate-Resistant Crops. J.
Environ. Qual. 35: 1633-1658. Photo credit Hunt Sanders, University of Georgia, bugwood.org.
Polen hareketindeki gen akışı
izlenmeli ve kontrol edilmelidir.
Ürünler ile istenmeyen bitkiler
arasında ya da tam tersi olmak
üzere gen akışı gözlenmiştir.
•Gen akışı sonunda beklenen
sonuçlar nedir?
•Gen akışı nasıl en az seviyeye
indirebilir?
•Azaltmanın sonuçları nasıl
olur?
Howard F. Schwartz, Colorado State University, Bugwood.org
Gelecekteki
Zorluklar
Photo credit: IRRI
Yetiştiriciler, zorluklar ile başa çıkabilmek
için birden fazla metot kullanabilirler.
Kamu –
Özel
ortaklıklar
Gen
piramiti
MAS
yetiştiricileri
ÇÖZÜM
Geliştirilen
agronomik
yaklaşımlar
GM
teknolojisi
PROBLEM
Genomla
ilgili
çalışmalar
β-karoten (pro-vitamin A) bakımından
zengin bitki yetiştirilmesi
Vitamin A eksikliği körlüğe sebep olur.
Image sources: Petaholmes based on WHO data;
Besinlerde artan β-karoten içeriği A
vitamini eksikliğini önler.
•Birçok temel besin βkaroten bakımından
fakirdir. Bu yüzden,
birçok insan yedikleri
yemekten yeteri kadar
vitamin A alamazlar.
β-karoten, insan vücudunda
Vitamin A’ya dönüşür.
β-karoten
Vitamin A
Sentez, depolama ve yıkım, βkaroteni etkiler.
Bitkilerde betakaroten seviyesini
arttırmak için, daha
çok senteze, daha
çok depolamaya ya
da daha az
katabolizmaya gerek
vardır.
GGPP
Sentez
phytoene
likopen
β-karoten
Vitamin A
Depolama
Kromoplastlar–
karotenoid depolayan
organeller
Katabolizma
ya da diğer
formlara
dönüşüm
Photo credit: University of Wisconsin
β-carotene, çeltiğin
atın gibi
görünmesini sağlar.
Besinlerin
kalitesini
arttırmak için
doğru ya da
yanlış yol yoktur
β-karoten
Vitamin A
β-karoten
bakımından
zengin bitkiler ya
GM ya da GM
olmayan
metotlar ile elde
edilirler.
Photo credit: Golden rice humanitarian board
Besin değerleri fazla olan bitkiler
geliştiriliyor.
The non-profit organization HarvestPlus
focuses on the development of biofortified
crops for the developing world, including a
provitamin A enriched sweet potato that is
currently being grown by half a million
families. Other biofortification projects are
underway to increase levels of protein,
iron, zinc, antioxidants and other beneficial
components in food.
Sources: HarvestPlus; CIMMYT
Kurağa dayanıklı bitki yetiştirme
Suyu kullanma
yetisi, yüzlerce
genin işleviyle
gerçekleşen
karmaşık bir
özelliktir.
Photo credit: J.S. Quick, Bugwood.org
Bir günlük bir insanın tüketeceği
besin için 3000 litre su gereklidir.
Küreselolarak
suyun geri
çekilmesi (km3/yr)
Tarım için kullanılan suyun %70’i
Comprehensive Assessment of Water Management in Agriculture. 2007. Water for Food, Water for Life: A Comprehensive Assessment of Water Management in
Agriculture. London: Earthscan, and Colombo: International Water Management Institute.
Kuraklıkların sıklığı artıyor.
Çin 2011 yılında büyük bir kuraklık yaşamıştır.
Extreme
Severe
Moderate
Çin, Rusya ve Avustralyada meydan gelen
büyük kuraklıklar ve sıcak hava dalgaları,
besin üretimini etkilemiş ve besin fiyatları
artmıştır.
Red = decreased
plant productivity
Green = increased
Rusyada 2011
yılında; sıcak
hava algası,
kuraklık ve
yangınlar meydan
gelmiştir.
Image credits:USDA Foreign Agricultural Service; IRRI; NASA earth observatory
2011’de tohum şirketleri, suyu optimize
kullanan mısır üretmişlerdir.
Bu iki varyete, modern moleküler ıslah
metotlar (rekombinant DNA kullanmadan)
kullanılarak geliştirilmiştir.
Afrikada tarımsal yenilikler – Afrika
Sahra-altı bölgesinde bitki yetiştirilmesi
7-8
6-7
5-6
4-5
3-4
2-3
1-2
0-1
Fertility rate
Doğum oranı yüksek ve ürün verimliliği düşük. Bu
sebeple, birçok Afrika ülkesi kendi kendine yetemiyor.
Birçok Afrika ülkesinde, insanlar
yetersiz besleniyor
Source: FAOSTAT
Afrikada besin üretimi zordur
• Alt yapı eksikliği, özellikle sulama ve ulaşım
ağlarına erişim.
• Yüksek oranda hastalık
• Eğitim ve çiftçilere destek eksikliği
• Ekonomik destek eksikliği ve piyasa istikrarı
• Diğer ülkelerde tarımsal yardımın piyasa
istikrarını etkilemesi
Mısır, Afrikada temel bir besindir ama
kuraklığa karşı hassastır.
Afrika Sahara altı bölgesinde %10’dan
daha az ekili alan sulanmaktadır.
Ekili alan içinde sulanan alanın yüzdesi
Photo credit: Anne Wangalachi/CIMMYT Map Source – FAO Aquastat 2005
İklim değişikliği sonunda, kuraklığın artması
beklenmektedir.
In some African
countries, yields from
rain-fed agriculture,
which is important for the
poorest farmers, could
be reduced by up to
50% by 2020.
-(FAO 2010)
Image credit: United Nations Economic Commission for Africa, 2008 Africa Review Report on Drought and Desertification
Afrikada, suyu az kullanan mısır (water-efficient
maize), kamu-özel sektörün işbirliği ile geliştirildi.
Afrika’nın
Sahra-altı bölgesinde suyu az
kullanan mısır bitkisi, hem GM
hem de ıslah yönetmeleri
kullanılarak geliştirildi.
Photo credits: Anne Wangalachi/CIMMYT
Bitki ıslahı Afrikadaki tarıma destek
olabilir.
Afrikalı çiftçilerin
yetiştirmesi için
yüksek verimli,
kuraklığa toleranslı,
hastalıklara
dayanıklı bitkiler
gerekiyor.
Cassava, börülce
ve muz önemli
bitkilerdir ve
geliştime
programlarında
kullanılan bitkilerdir.
Photos courtesy if IITA
Afrika hükümetleri, tarıma destek
olmak için beraber çalışıyorlar.
Afrika'da Yeşil Devrim için İttifak
Source: AGRA
Gelecek 50 yılda, insanlık
tarihi boyunca üretilen besin
kadar besin üretmek
zorundayız.
Photo credit: © UNICEF/NYHQ1998-0891/Giacomo Pirozzi
Birçok yol var
Besin
içeriğinin
geliştirilmesi
Hastalığa
direnç
Stres
toleransı
ÇÖZÜMLER
Artan su
kullanım
etkinliği
Yüksek
verim
PROBLEMLER
Geliştirilmiş
gübre alımı
İkinci yeşil devrim ‘Second Green
Revolution’ için ıslah edilen ürünler
Birçok kişi insan sağlığı
geliştirirken çevresel
bozulmanın en aza indiren
gelişmeler için, ikinci yeşil
devrimin olmasını bekliyor.
Genetikteki gelişmeler bunu
mümkün hale getirir.
Photo credit: IRRI
SORULAR
GM ürünlerindeki riskler nelerdir?
• GM ürünlerinin zararlı etkileri var mı düşünülmeli;
• İnsan sağlığına riski (toksik ve allerjik)
• Hedef patojen ve zararlıların dirençlilik kazanabilme riski
• Transgen hareketlerindeki risk
Genetiği değiştirilen organizmalardan (GDO) elde
edilen genler yabani populasyonu bozabilir mi?
Pandora yasaklı kutuyu
açtığında, dünyada kötülüğü
serbest bırakmış oldu.
Polenler bitkiler arasında DNA
taşır. Bu ihtimali en aza
indirmek için GM ürünler,
aralarında yakın akrabalık olan
bitkilerden uzak mesafelerde
yetiştirilmelidir. Teknolojik
metotlar bu riski azaltmak için
geliştirlmektedir.
John William Waterhouse: Pandora - 1896
Anti-böcek genleri istenmeyen
hedeflere zararlı mı?
Image credit jons2
GDO’lar, bir seçim midir?
> %45 mısır
böcekler
sebebiyle
kaybedilmektedir.
Uluslararası tarım araştırma
enstitüleri, sivil toplum
örgütleri, bölgesel araştırma
ağları ve özel şirketler
arasındaki ortak çalışmaları,
tohumun gelişmesi (lokal
şartlar ve yerel çiftçiler için
uygun fiyatlı olması gibi)
yönündedir.
Photo credit: CIMMYT.
GM’li ürünler yemek güvenli midir?
Tüm GM bitkiler test
edilmiş ve zararlı etkisi
olmadığı belirlenmiştir.
Bt mısır, çeşitli hastalıklara
karşı toksin üreten mantarlara
karşı daha dirençlidir.
EVET
GM ile besinsel değerlerin
arttırılması sonucunda,
çocuklar protein, vitamin ve
mineralleri yeteri kadar
alabilirler.
GM güvenlidir ve artan
nüfusu beslemek için
yararlı bir yoldur.
Photo credit: Neil Palmer/ CIAT
Dünya çapında bilimadamları GM’li
ürünleri ıslah için önemli bir araç olarak
görmektedir.
“Both genetic improvement
and better crop management
are vital and both should be
resourced in parallel.” - 2009
“The ASPB believes strongly that, with
continued responsible regulation and
oversight, GE will bring many significant
health and environmental benefits to the
world and its people.”
- 2006