Tritikale'de Tüm Transkriptom Gen Ekspresyon Profilleme (RNA-Seq) Yoluyla Kuraklığa Dayanıklı Genotiplerin Belirlenmesi ve Aday Moleküler Seleksiyon Markerların Geliştirilmesi ile Burdur Yöresine Adaptif Yeni Bir Çeşit Geliştirilmesi

PROJE ADI:

Tritikale'de Tüm Transkriptom Gen Ekspresyon Profilleme (RNA-Seq) Yoluyla Kuraklığa Dayanıklı Genotiplerin Belirlenmesi ve Aday Moleküler Seleksiyon Markerların Geliştirilmesi ile Burdur Yöresine Adaptif Yeni Bir Çeşit Geliştirilmesi

PROJE YÜRÜTÜCÜSÜ:

Doç. Dr. Siğnem ÖNEY BİROL

PROJENİN KONUSU:

Tritikale, olumsuz koşullara dayanıklılık özelliklerine sahip yabancı tozlaşan çavdar ile yüksek verim potansiyeline sahip kendine döllenen buğdayın melezlenmesiyle elde edilen türler arası sentetik bir melez tahıldır. Bir asra yakın süreden sonra yoğun ıslah çabalarıyla ticari bir ürüne dönüştürülen tritikale, biyolojik olarak diğer serin iklim tahılları ile agroekolojik özellikleri açısından rekabet edebilen ve olumsuz çevrelere daha iyi adaptasyon gösterebilen yeni bir alternatif ürün olarak geliştirilmiştir. Tritikale’nin diğer serin iklim tahıllarına göre önemli avantajları vardır. Çok farklı iklim ve toprak koşullarına karşı adaptasyon yeteneği oldukça iyidir. Buğday, arpa ve yulaf gibi tahıl cinslerine göre topraktan daha iyi yararlanırken değişen çevre koşullarından daha az etkilenmektedir. Özellikle kurak koşullarda diğer serin iklim tahıllarına göre daha yüksek verim alınabilmektedir. İklim değişikliği etkisi altındaki dünyamızda tarımsal ekili alanların sıklıkla kuraklık ve tuzluluk stresine maruz kalmasından kaynaklanan verim ve kalite özelliklerinin düşüşü tarımsal üretimi tehdit etmektedir. Hayvan beslenmesinde dünya genelinde kullanılan yem bitkileri içerisinde öneme sahip olan buğday üretiminin abiyotik stresten dolayı azaldığı alanlarda, olumsuz koşullar altında adaptasyon geliştirme potansiyeli yüksek olan tritikale gelecek vaat etmektedir. RNA sekanslama tabanlı gen ekspresyon analizleri çeşitli abiyotik stres koşulları ile kuraklık stresine karşı tepki gösteren genleri de ortaya çıkarmak için kullanılmaktadır. Bu kapsamda, ülkemizde ticari olarak satılan 12 farklı Tritikale çeşidi ile, 1 ekmeklik, 1 makarnalık buğday ve 1 çavdar genotipine laboratuvar koşullarında dışsal kuraklık stresi uygulanarak fizyolojik, biyokimyasal seviyelerine dayalı olarak yapılan analizler sonucunda en dayanıklı ve en hassas genotipleri belirlenecektir. Modern tüm-transkriptom gen ekspresyon profilleme (RNA-Seq) kullanılarak buğday ve çavdar referans genomları ile birlikte bu 9 adet Tritikale çeşidine dışsal kuraklık stresi uygulandıktan sonra, kontrolleri ile birlikte (kuraklık stresi uygulanmamış) yaprak dokularından izole edilen RNA transkriptleri karşılaştırılacaktır. Transkriptom analizleri ile muhtemel aday genlerin farklı gen ifadesi yoluyla profillemesi ve farklı ifade edilen genlerin biyoinformatik ve çeşitli ıslah programları yardımıyla işlenerek kuraklık stres toleransının test edilmesinde muhtemel aday genler çıkarılacaktır. Üçüncü aşamada ise, aday genlerde meydana gelen tek nükleotid değişimleri (SNPs) belirlenecek ve marker temelli seleksiyona (MAS) dayalı ıslah çalışmalarında kuraklık stres toleransı için kullanılabilecek aday SNP’ler, T.C. Tarım ve Orman Bakanlığı Tarla Bitkileri Merkez Araştırma Enstitüsü’nde görevli yardımcı araştırıcı tahıl ıslahçıları tarafından Burdur İline adaptif yeni bir tritikale çeşidi geliştirilmesi çalışmalarında kullanılacaktır. Tarla Bitkileri Merkez Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü ile ortak yürütülmekte olan tritikale ıslah çalışmaları kapsamında yeni hatların geliştirilmesi için, daha önce moleküler markörler ile tuzluluğa ve kuraklığa dayanıklı olduğu belirlenen tritikale genotipleri arasında melezlemeler yapılacaktır. Melezlemeden sonra ıslah sürecini kısaltmak için anter kültürü yöntemi ile durulmuş (Çift Katlanmış- Doubled Haploid) hatlar elde edilecektir. Elde edilen 120- 150 civarındaki hat mevcut çeşitlerle karşılaştırmalı olarak ön verim denemelerine alınacaktır. Ön verim denemelerinde üstünlük gösteren hatlar verim denemelerine aktarılacaktır. Tüm bu bilgiler ışığında, ülkemizin de içerisinde yer aldığı gittikçe artan kuraklık stresi ile mücadelede, mevcut Tritikale genotiplerinin strese direnç mekanizması hakkında somut bulgular ortaya konulacak ve kuraklık stresine karşı dayanıklı Burdur yöresine özel yeni tritikale çeşidi geliştirilmesinde kullanılacak marker destekli seleksiyona katkıda bulunularak biyoteknolojik ıslah çalışmaları yoluyla kısa sürede Burdur toprak ve iklim yapısına uygun kuraklık stresine karşı dirençli yeni çeşit geliştirilebilecektir.

PROJENİN AMACI:

Buğdayla karşılaştırıldığında daha düşük girdi ihtiyacı ile ekonomik ve çevresel avantaja sahip olan tritikale büyük oranda hastalıklara dayanıklılığa ve düşük verimli topraklarda yüksek verim elde edilebilme olanaklarına sahip olma özellikleri nedeniyle tarım sistemine en uygun tahıl bitkisidir. Yüksek protein oranı ve iyi bir amino asit dengesine sahip olduğu için buğday ve arpaya göre daha iyi bir hayvan besini özelliğindedir. Büyük oranda tanesi için üretilmesine rağmen, tritikale çift yönlü kullanıma yani bitkinin tane ve diğer kısımlarının kullanımı yönünde de önemli potansiyele sahiptir. Ülkemizde özellikle hayvancılığın yaygın olduğu bölgelerin ekstrem alanlarında yetiştirilen diğer serin iklim tahıllarına alternatif olarak tritikale yetiştiriciliğine ilgi giderek artmaktadır. Gelecek yirmi yıl içinde, iklim değişikliğinin, artan sıcaklıklar ve azalan su kaynakları nedeniyle bitkilerdeki verim kaybını daha da yüksek oranda arttırması beklenmektedir. Pirinç, mısır ve buğday gibi insan sağlığı diyetinde oldukça büyük bir öneme sahip olan tahıl ürünlerinin kurak ortamlara adaptasyon kapasitesinin arttırılarak artan nüfusun beslenmesine yönelik çalışmaların hız kazanması oldukça önemlidir. Ülkemizin de içerisinde bulunduğu, iklim değişikliğinin tarımsal üretim üzerindeki olumsuz etkilerine dayanarak; su eksikliği, sıcaklık stresi ve tüm bunlara bağlı olarak ortaya çıkan tuz stresi, buğday ekim alanlarında aşırı verim kaybına neden olmaktadır. Alternatif bir tahıl olarak geliştirilen Tritikalede, ülkemizde üretim izinli ve tescilli olarak satılan toplam 12 farklı Tritikale çeşidinin kuraklık stresine toleransının belirlenmesi, tüm genotipler içerisinden kuraklığa en dayanıklı ve en dayanıksız genotiplerin moleküler, fizyolojik ve biyokimyasal analizler ile de desteklenerek yeni melez hatların geliştirilmesi ve Burdur yöresine adaptif kuraklığa dirençli yeni bir melez çeşidin geliştirilmesi oldukça önemlidir. Genel olarak, hayvan beslenmesinde değişen iklim koşullarına karşı alternatif yem kaynağı arayışı amacıyla yola çıkılan projede, tritikalenin kuraklık ile mücadele performansı konusunda farklı gen ifadesi düzeyinde bulgular ortaya koymak amaçlanmaktadır. Yeni nesil transkriptom profilleme (RNA-Seq), belirli koşullar altında ve belirli bir zamanda, canlıların ekspresyon profilini temsil edebilecek büyük miktarda sekans verisini başarılı bir şekilde elde etmeye dayalı bir yöntemdir. Tritikale genotiplerinin kuraklık stresi uygulama öncesi ve uygulaması sonrası farklı eksprese olan genlerinin profillemesi ile oldukça başarılı sonuçlar elde edilmesi hedeflenmektedir.
 

PROJENİN BÖLGESEL KATKISI:

• Ülkemiz, kuraklık stresine hassas ve dirençli Tritikale genotipleri belirlenecek, verim ve kalite özellikleri de yüksek olan genotipler birbirleriyle melezlenerek Burdur yöresi iklim ve toprak yapısına adaptif verim ve kalite özellikleri yüksek hayvan beslenmesinde yüksek besin değerine sahip yeni bir Tritikale çeşidi geliştirilecektir.
• Proje sonucunda Tritikale’de kuraklıkla ilişkili genler, farklı ifade edilen genler ve ifade seviyeleri tanımlanacak ve modern ıslah çalışmalarında kullanılmak üzere zaman ve maliyet kayıplarının önüne geçilebilecektir.
• Klasik ıslah yerine marker temelli seleksiyon çalışmalarında kullanılabilecek, düşük maliyet sağlayan, kısa zamanda test edilebilme imkanı sunan kuraklık stres toleransını belirlemeye yardımcı aday moleküler markerlar geliştirilecektir.
• Kuraklık toleransı yüksek genotiplerin verim ve kalite özelliklerinin belirlenmesi gelecekte melezleme ve bitki ıslahı çalışmaları sonucunda Burdur yöresine adaptif yeni geliştirilecek olan Tritikale kültür çeşidinin iklim değişikliği ile mücadelede ticari gerekliliği konusunda önemli bulgular ortaya koyacaktır. Bunun yanısıra yeni geliştirilecek olan çeşidin hem Burdur hem de Burdur yöresi klimatik özelliklerine benzer ülkemiz tarım alanlarında da ekimi tavsiye edilecek, tohumu üreticiye satılmak suretiyle de üniversitemize yıllar içerisinde girdi sağlanacaktır.

Ayrıca bu çalışma sonucunda elde edilecek bilimsel veriler, ülkemiz Tritikale çeşitlerinin kurak stresine karşı toleranslı ve hassas genotiplerinin gen ifadesi seviyesinde strese verdiği biyokimyasal ve transkriptomik cevabın yeni kültür çeşitlerinin geliştirilmesine yönelik projelere ve tahıl ıslahı için önemli kuraklık stres markerlarının keşfedilmesine katkı sağlayacaktır.

PROJENİN TOPLUMSAL KATKISI:

Kuraklık, Türkiye'nin iklim koşulları açısından en önemli sorunlarından biridir. Tüm dünyada görülen en büyük sorunlardan biri olan kuraklık ülkemizde de özellikle yaz aylarında etkisini yoğun olarak göstermesiyle tarım sektörü başta olmak üzere birçok sektörü olumsuz etkilemektedir. Kuraklıkla mücadele etmek için su kaynaklarının etkin kullanımı, su tasarrufu, modern sulama teknikleri ve kuraklık toleransı yüksek bitki türlerinin yetiştirilmesi gibi çözümlere ihtiyacı vardır. Oldukça yüksek ekonomik değere sahip ve besleyici bir tahıl türü olan Tritikale dünya genelinde yaygın olarak yetiştirilmektedir. Ancak, kuraklık gibi çevresel faktörler nedeniyle verimlilikte ciddi düşüşler yaşanmaktadır. Bu nedenle, tritikale türlerinin kuraklığa dayanıklı hale getirilmesi oldukça önemlidir. Güncel moleküler teknolojik gelişmeler sayesinde bitki türlerinin DNA'sında yapılan değişiklikler, istenilen özelliklerin elde edilmesine yardımcı olurken aynı zamanda kuraklığa dayanıklı türlerin geliştirilmesinde de önemli bir rol oynamaktadır. Bu çalışmada uygulanacak SL sonucunda, metabolom, fizyolojik ve biyokimysal analizlerden elde edilecek sonuçlarla beraber ülkemize özgün olan Tritikale çeşitlerinin kuraklığa daha da dayanıklı hale getirilmesi, ülkemiz için spesifik olarak kuraklık direnci yüksek, verim ve kalite özellikleri bakımından değerli çeşitlerin geliştirilmesi tahıl endüstrisi açısından oldukça önemlidir. Bu durumun çevresel ve insan sağlığı bakımından büyük bir kazanım olacağı ve dolayısıyla yaşam kalitesine olumlu katkılar sunacağı düşünülmektedir. Türkiye, tarım sektörü için oldukça önemli bir ülke olarak bilinmektedir. Tarım sektörü, ülke ekonomisinde önemli bir yere sahip olmasının yanı sıra, birçok insanın geçim kaynağı olarak da kullanılmaktadır. Bu nedenle, ülkemizde yapılan tarımsal yeniliklerin toplumsal etkisi oldukça büyüktür. Türkiye'de de tritikale üretimi son yıllarda artmaktadır. Bu artışta, tritikalenin yüksek verim potansiyeli ve ticari değerinin olması önemli bir rol oynamaktadır. Aynı zamanda, hayvancılık sektöründe de yem olarak kullanılmaktadır. Tritikale yemi, buğday yemine göre daha yüksek protein, amino asit ve enerji değerlerine sahip olduğu için hayvanların büyüme ve üreme performansını artırmaktadır. Ayrıca, Türkiye'deki tritikale üretimi, ülkenin buğday ithalatını azaltma hedefine de katkı sağlamaktadır. Bunun yanısıra, Tritikale türünün ekonomik önemi sadece gıda üretimi ile sınırlı değildir. Bu proje kapsamında yeni geliştirilecek olan tritikale çeşidi ile kuraklığa dayanıklı yeni bir çeşit üreticilerin kullanımına sunulacak ve ekonomik öneme sahip olan bu tahıl türünde ülkemizin pazar payı artacaktır. Sonuç olarak Tritikale türleri üreticiler için daha cazip hale gelecek ve ülke çapında istihdama katkı sağlayacaktır.