Natalia Dudareva’nın laboratuvarında doktora adayı Shannon Sterling, hedeflenen genleri aktive etmek için bakteri enjekte ederek DNA’yı bir petunyaya aktardı ve ardından ortaya çıkan proteinleri izole etti. (Purdue Tarımsal İletişim Fotoğrafı/Tom Campbell)

Toprağa kök salmış olan bitkiler zararlılardan, patojenlerden veya hayatta kalmalarına yönelik diğer tehditlerden kaçamazlar. Ancak bitki bilimcileri, uçucu organik bileşikler adı verilen aromatik kimyasallar yoluyla birbirlerine uyarı gönderdiklerini uzun zamandır biliyorlar.

“Konuşamadıkları için uçucu madde kullanıyorlar” dedi Natalya DudarevaDeğerli Profesör Dr. Biyokimya Ve Bahçıvanlık ve Peyzaj Mimarlığı Purdue’de “bitkiler komşu bitkileri patojen saldırısı konusunda bilgilendirir. Neredeyse aşıya benziyor. Normalde alıcı tesiste herhangi bir değişiklik görmezsiniz. Ancak alıcı tesise virüs bulaştığında çok daha hızlı tepki verir. Tepki vermeye hazır.”

Bitki bilimcileri bu aşılamaya benzer hazırlıkları uzun zamandır biliyorlardı, ancak birkaç yıl öncesine kadar bu süreci incelemenin hiçbir yolu yoktu. Bitkilerin uçucu bileşikleri tespit ettiğini gösteren bir işaretleyiciye ihtiyaçları vardı.

Dudareva ve 13 ortak yazar, derginin 22 Mart 2024 sayısında yeni tespit sürecini anlatıyor bilim. Ekip Purdue’den araştırmacıları içeriyor; Fransa’da Université Jean Monnet Saint-Etienne; ve California Üniversitesi, Davis.

Bilim insanları uçucu maddelere yönelik bitki reseptörleri hakkında çok az şey biliyor. Dudareva, memelilerde ve böceklerde de bunlara sahip olduğunu, ancak uçucu maddeleri algılama biçimlerinin araştırmacıların bitki mekanizmalarını incelemesine yardımcı olamayacak kadar farklı olduğunu söyledi.

2019 yılında Nature Chemical Biology dergisinde Dudareva ve meslektaşları yeni bir fizyolojik mekanizma keşiflerini yayınladılar: “Çiçek organları arasında uçucu madde taşınmasına yönelik bir mekanizma olarak doğal fümigasyon.” Çalışma, bir bitkinin çiçek tüplerinin, pistilin polen toplayan ve onu patojen saldırısından koruyan kısmı olan damgasını sterilize etmek için nasıl uçucu bileşikler ürettiğini anlatıyor.

“Özellikle petunyalardaki damga çok fazla şeker içeriyor. Bu, bakterilerin bu uçucu madde olmadan çok iyi büyüyebileceği anlamına geliyor” dedi Dudareva. “Fakat eğer stigma tüp tarafından üretilen uçucu maddeleri almıyorsa, bu organlar arası iletişimdir. Şimdi bu iletişimi incelemek için iyi bir işaretleyicimiz var. süreç – damgalanmanın boyutu – idi.

Purdue’de bahçecilik ve peyzaj mimarlığı alanında doktora öğrencisi olan Science çalışmasının baş yazarı Shannon Sterling, fotoğraflardan yapılan ölçümlerin uçucu maddelere maruz kaldıktan sonra damga boyutunda istatistiksel farklılıklar gösterdiğini söyledi. “Bunun tutarlı bir eğilim olduğunu görebilirsiniz” dedi. “Yeterince damgaya baktığınızda, boyutlarında çok az fark olduğunu gözle görebilirsiniz.”

İlgili potansiyel proteinlerin genetik manipülasyonu ile birleştiğinde, çalışma şaşırtıcı bir şekilde karikin benzeri bir sinyal yolunun Petunya hücresel sinyalleşmesinde anahtar rol oynadığını ortaya çıkardı.

Sterling, “Carikinler bitkiler tarafından üretilmiyor” dedi. “Bitkiler yandığında oluşuyorlar ve bitkilerimiz hiçbir zaman dumana veya ateşe maruz kalmadı.”

Ekip ayrıca uçucu seskiterpenlerin tespitinde karrisin benzeri yolun önemini de belgeledi. Birçok bitki, diğer işlevlerin yanı sıra diğer bitkilerle iletişim kurmak için seskiterpenleri kullanır.

Şaşırtıcı bir şekilde, tanımlanan karikin reseptörü, bir tür seskiterpen bileşiğinden gelen sinyalleri seçici olarak algılama yeteneğini gösterdi, ancak ayna görüntüsünü değil, “stereospesifiklik” olarak adlandırılan bir özellik gösterdi. Purdue’de biyokimya alanında doktora sonrası araştırmacı olan çalışmanın ortak yazarı Matthew Bergman, reseptörün bileşik için oldukça seçici göründüğünü söyledi.

Bergman, “Bitki birçok farklı uçucu bileşik üretiyor ve diğer pek çok şeye maruz kalıyor.” dedi. “Bu reseptörün, tüpten gönderilen bu sinyal için ne kadar seçici ve spesifik olduğu oldukça dikkat çekicidir. Bu spesifiklik, başka hiçbir uçucu sinyalin alınmamasını sağlar. Yanlış sinyal yoktur.”

Stirling’e göre çalışma, sinyal-reseptör protein etkileşimlerini tespit etmek amacıyla petunya pistillerindeki protein seviyelerini geçici olarak değiştirmek için zahmetli bir yöntemde ustalaşmayı gerektiriyordu. “Pistil ve stigma küçük. Boyutları nedeniyle onlarla çalışmak biraz zor” dedi. “Herhangi bir şey için yeterli miktarda numune almak için bile ihtiyaç duyacağınız damgalanma miktarı oldukça fazladır çünkü çok fazla ağırlıkları yoktur.”

Bu yöntem, hedeflenen genleri yerleştirmek için belirli bir bakteri türünün stigmaya enjekte edilmesini ve ardından ortaya çıkan proteinlerin izole edilmesini içerir.

Bergman, “Bu kadar küçük bir organı manipüle etmek kolay değil” diye belirtiyor. “Fakat Shannon bir şırıngayla damgayı nazikçe koparmayı başardı ve bu bakteri çok incelikli bir şekilde nüfuz edebildi. Kendisi bu konuda oldukça uzmandır.”

Petunyalar genellikle parlak renklidir ve güzel kokar, ancak Purdue bilim adamları, araştırmaları için verimli bir model sistemi olarak hizmet ettikleri için onlara değer veriyorlar.

Bergman, “Şu ana kadar oldukça verimli olduklarını kanıtladık” dedi.

Bu çalışma Ulusal Bilim Vakfı, USDA Ulusal Gıda ve Tarım Enstitüsü ve Ulusal Sağlık Enstitüleri tarafından finanse edildi.

Purdue Üniversitesi Hakkında

Purdue Üniversitesi, geniş ölçekte mükemmellik sergileyen bir kamu araştırma kurumudur. Amerika Birleşik Devletleri’ndeki en iyi 10 devlet üniversitesi ve en iyi dört kolejden ikisi arasında yer alan Purdue, bilgiyi rakipsiz bir kalite ve ölçekte keşfeder ve yayar. Yaklaşık 50.000’i West Lafayette kampüsünde olmak üzere, Purdue’de çeşitli yöntem ve yerlerde 105.000’den fazla öğrenci eğitim görmektedir. Uygun fiyat ve erişilebilirliğe önem veren Purdue’nin ana kampüsü, öğrenim ücretlerini art arda 13 yıl boyunca dondurdu. Purdue’nin bir sonraki dev adım olan Indianapolis’teki ilk devasa şehir kampüsü, yeni Mitchell E. Daniels, Jr. İşletme Fakültesi ve Purdue Computes — şu adreste: