Eşeyli üreyip annesinin klonunu doğuran saz: Rhynchospora tenuis genlerini hiç karıştırmıyor

Bulgunun önemi şurada: Biyoloji derslerinde eşeyli üremenin asıl getirisi olarak genlerin her kuşakta yeniden karılması anlatılır. Bu saz, karmayı tamamen bırakmış ama eşeyli üremeyi bırakmamış. Yazarlara göre hem erkek hem dişi tarafta karışımın bütünüyle ortadan kalktığı, üstelik eşeyli üremeye devam eden bir tür ilk kez belgeleniyor.

Mayoz ve rekombinasyon: iki desteyi karıştırmak

Olayı anlamak için önce normalde ne olduğuna bakmak gerekiyor. Bitkilerde de hayvanlarda da her hücrede kromozomların iki takımı bulunur: biri anneden, biri babadan. Üreme hücresi (polen ya da yumurta) yapılırken bu iki takım yarıya indirilir; bu özel hücre bölünmesine mayoz denir.

Mayozun bir de gizli bir görevi var. Anneden ve babadan gelen eş kromozomlar bölünmeden önce yan yana gelir, birbirine sarılır ve parça değiş tokuş eder. Buna rekombinasyon, değiş tokuşun yapıldığı noktalara da İngilizcede crossover denir. Bunu iki farklı iskambil destesini birbirine karıştırıp yeniden iki desteye bölmek gibi düşünebilirsiniz: çıkan her deste, iki eski destenin yeni bir karışımıdır. Kardeşlerin birbirine hem benzeyip hem benzememesinin bir nedeni budur.

Karışımın ikinci işlevi mekaniktir. Eş kromozomları birbirine bağlayan bu değiş tokuş noktaları, bölünme sırasında kromozomların doğru kutuplara çekilmesine yardım eder. Bu yüzden çoğu canlıda rekombinasyon hem genetik çeşitlilik hem de hatasız bölünme için vazgeçilmez sayılır. Meyve sineği Drosophila'nın erkekleri ya da ipek böceğinin dişileri gibi istisnalar bilinir ama bu istisnalarda karışımı yalnız bir cinsiyet bırakmıştır.

Her şeyin sıra dışı olduğu bir genom

R. tenuis zaten tuhaflıklarıyla bilinen bir türdü. Çiçekli bitkiler arasında bilinen en düşük kromozom sayısına sahip: üreme hücrelerinde yalnızca iki kromozom var (n = 2). Ekibin bioRxiv'de ocak ayında paylaştığı ön baskıya göre cinsin atasında beş kromozom bulunuyordu; kromozomlar uç uca kaynaşa kaynaşa önce üçe, sonra ikiye inmiş.

İkinci tuhaflık kromozomların yapısında. Çoğu canlıda kromozomun bölünme sırasında iplere bağlandığı tutamak, sentromer, tek bir noktadır; kromozom bir çuval gibi ortasındaki tek kulptan çekilir. R. tenuis'in kromozomları ise holosentrik: tutamak bütün boy boyunca yayılmıştır, çuvalın her yerinde kulp var gibidir. Bu yapı, kırılan ya da yer değiştiren parçaların bölünmede kaybolmamasını kolaylaştırır.

Üçüncüsü, bitkinin mayozu ters sırayla işliyor. Normalde önce eş kromozomlar birbirinden ayrılır, sonra her kromozomun iki kopyası. Bu sazda sıra tersine dönmüş: önce kopyalar, sonra eşler ayrılıyor. Bu "ters mayoz", bölünmenin eşleri birbirine bağlayan değiş tokuş noktalarına daha az muhtaç olmasını sağlıyor.

On binden fazla polen, tek bir değiş tokuş yok

Araştırmacılar Brezilya'nın farklı yerlerinden toplanmış dokuz bitkinin genomunu, iki takımı ayrı ayrı okunacak biçimde çıkardı. Ardından on binden fazla polen çekirdeğini tek tek dizileyip her birinde kromozomların karışıp karışmadığına baktılar. Ön baskıdaki sayı 10.997 polen; hiçbirinde güvenilir bir değiş tokuş noktası bulunmadı. Kromozomlar anneden ya da babadan gelen hâliyle, bütün olarak aktarılıyordu.

Polen yalnız erkek tarafı gösterdiği için dişi tarafı kendi kendini dölleyen annelerin yavrularıyla sınadılar. Ön baskıya göre iki ayrı bitkiden 49 ve 62 yavrunun genomu okundu. Hiçbir yavruda kırılma noktası yoktu ve hepsi annenin iki kromozom takımını olduğu gibi taşıyordu. Mikroskop altında da tablo aynıydı: eş kromozomlar hiç eşleşmiyor, birbirine sarılmıyor.

Akla gelen ilk itiraz, bitkinin gizlice eşeysiz tohum yapıyor olabileceğiydi. Bazı bitkiler döllenme olmadan, annenin dokusundan tohum üretebilir; buna apomiksis denir. Ekip bu ihtimali farklı yollarla eledi. Farklı popülasyonlardan bitkileri çaprazladığında yavruda babaya ait genetik izler çıktı; tohumlardaki embriyo ile besin dokusunun kromozom oranları da çift döllenmeyle uyumluydu. Yani döllenme gerçekten oluyor.

Klon nasıl çıkıyor: hileli zar ve ağır bir eleme

Karışım olmayınca her kromozom bütün hâlde aktarılır. İki kromozom ve her birinin iki farklı kopyası olduğu için bir polen ya da yumurta dört farklı bileşimden birini taşıyabilir. Bu bileşimler rastgele dağılsaydı yavrular çok çeşitli olurdu. Olmuyor, çünkü iki süzgeç devrede.

Birincisi mayotik sürüş denen hileli zar. Bazı kromozom bileşimleri, adil bir paylaşımda olması gerekenden çok daha sık aktarılıyor. Ön baskıya göre bu bitkide öne geçen taraf, hareketli genetik parçaların (transpozonların) birikmesiyle şişmiş, daha büyük kromozomlar. Dişi tarafta durum daha da keskin: incelenen iki popülasyonda annenin hep aynı kromozom takımı yumurtaya geçiyordu. Yazarlar, tutamağı boy boyunca yayılmış kromozomlarda daha uzun kromozomun bölünmede daha güçlü çekilmesinin bu dengesizliğe katkı yapabileceğini öne sürüyor, ama bunu kesinleşmiş bir mekanizma olarak sunmuyor.

İkinci süzgeç döllenmeden sonra çalışıyor. Popülasyonlar arasında kromozom uçları yer değiştirmiş; bu yer değişiklikleri uyuşmayan üreme hücreleri buluştuğunda tohum oluşmuyor. İki kopyası birbirinin aynısı olan embriyolar da ayakta kalamıyor. Phys.org'da yayımlanan Max Planck Derneği duyurusuna göre tohumların yaklaşık yüzde 87'si düşüyor ve yalnızca annenin iki farklı kopyadan oluşan kromozom bileşimini yeniden kuran yavrular hayatta kalıyor. Annenin bir takımı yumurtadan, eksik olan öbür takım polenden geliyor; sonuç, annenin genetik kopyası.

Tablodaki veriler Max Planck Derneği'nin duyurusu ile çalışmanın bioRxiv'deki ön baskısından derlendi.

Bulgunun sınırları

Çalışmanın söylediği ile söylemediği arasındaki çizgi önemli. Birincisi, "hiç değiş tokuş yok" ifadesi, binlerce polende ve yüzü aşkın yavruda hiçbirinin saptanmadığı anlamına geliyor. Yazarlar ön baskıda, değiş tokuş hiç oluyorsa bile son derece nadir olması gerektiğini yazıyor.

İkincisi, rekombinasyonun neden çöktüğü bilinmiyor. Mayozun ilk adımları normal başlıyor, eşleşme sonra bozuluyor. Yazarlar iki kromozom takımı arasındaki yapısal farkların eşlerin birbirini tanımasını engellemiş olabileceğini düşünüyor, fakat tartışma bölümünde bunun hâlâ belirsiz olduğunu açıkça yazıyor.

Üçüncüsü, zaman tahminleri geniş. İki kromozom takımının ne zamandır birbirinden bağımsız evrildiğine dair ön baskıdaki farklı yöntemler yaklaşık 1,7 milyon yıl ile birkaç yüz bin yıl arasında değişen sonuçlar veriyor. Dördüncüsü, örnekler Brezilya'dan; türün Amerika kıtasındaki geniş yayılışının her yerinde aynı düzenin geçerli olup olmadığı bu çalışmayla gösterilmiş değil.

Islahçıların neden ilgilendiği

Çiftçilerin ve bitki ıslahçılarının eski bir derdi var: iki iyi ebeveynden çok verimli bir melez elde edersiniz, ama melezin tohumu ektiğinizde genler yeniden karılır ve o üstün bileşim dağılır. Bu yüzden melez tohum her yıl yeniden üretilmek zorundadır. Marques, rekombinasyonu denetim altına almanın bitki ıslahının uzun süredir peşinde olduğu bir hedef olduğunu söylüyor; bu sazın nasıl başardığını anlamanın, verimli melez bileşimleri kuşaktan kuşağa korumaya yönelik stratejilere ışık tutabileceği görüşünde.

Bunu yakın bir uygulama vaadi olarak okumamak gerekir. R. tenuis'in düzeni, iki kromozom, boy boyunca yayılmış tutamaklar, ters mayoz ve tohumların çoğunu feda eden bir eleme gibi birbirine kenetli koşullara dayanıyor. Bu koşulların ekonomik değeri olan bitkilere nasıl uyarlanabileceği ayrı ve henüz yanıtsız bir soru.

Açık soru: karışmadan ne kadar yaşanır?

Evrim biyolojisinin temel beklentilerinden biri, genlerini hiç karıştırmayan soyların zamanla zararlı mutasyon biriktirip çıkmaza girmesidir. Ön baskıda iki kromozom takımının, eşeysiz çoğalan canlılarda görülen türden birbirinden ayrıştığı gösteriliyor. Yazarlar yine de döllenmenin sürmesi ve uyumsuz yavruların elenmesinin bu çöküşü sınırlayabileceğini savunuyor. Bu savın ne kadar sağlam olduğu ve düşük kromozom sayılı, holosentrik başka bitkilerde benzer bir düzen bulunup bulunmadığı, yazarların kendi ifadesiyle henüz bilinmiyor.

Fotoğraf: Andrés González, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons