Canlı organizmaların yapım ve bakımını sağlayan tüm bilgileri içeren genetik haritalar, yaşamın temel taşları olarak kabul ediliyor. Bildiğimiz üzere, ökaryot adı verilen ve hücreleri zarla çevrili bir çekirdeğe sahip olan canlılarda (bitkiler, hayvanlar, mantarlar ve pek çok mikroorganizma gibi) bu genetik bilgi, çekirdeğin içinde kromozomlar halinde düzenlenmiş durumda bulunuyor.
İnsan genomunda olduğu gibi, her bir kromozomda eksiksiz genetik kodun bir bölümü yer alıyor. Uzun yıllar boyunca, her bir çekirdeğin en az bir tam kromozom setine sahip olduğu ve dolayısıyla 'bir çekirdek, bir tam genom' kuralına uyduğu varsayılıyordu.
Ancak yapılan yeni araştırmalar, bazı mantar türlerinde genetik bilginin birden fazla çekirdeğe dağılabildiğini ve her çekirdeğin toplam kromozomların yalnızca bir kısmını aldığını ortaya koydu. Bu keşif, bilim dünyasında büyük bir şaşkınlık yarattı.
Şaşırtıcı Bir Keşif
Araştırmacıların incelediği Sclerotinia sclerotiorum adlı toprak kökenli patojen mantar, tarım ürünlerinde ciddi hastalıklara yol açıyor. Bu mantarın genetiği ve hücre biyolojisi üzerine yapılan çalışmalar sırasında, hücre bölünmesi ve üreme sırasında 16 kromozomun organizasyonunda dikkat çekici bir bulguya ulaşıldı.
Çoğu ökaryotik hücre diploidtir, yani çekirdekte her farklı kromozomdan iki kopya bulunur. Birçok mantarda, örneğin ekmek mayasında, üreme, ana diploid bir hücrenin bölünerek haploid spor hücreleri oluşturmasıyla başlar ve her spor hücresi tek bir çekirdek ve her kromozomdan tek bir kopya içerir.
Ancak, Sclerotinia sclerotiorum'un askospor adı verilen sporları, her biri iki ayrı çekirdek içeriyor. Daha önceki varsayımlara göre, bu çekirdeklerin her birinin 16 kromozomun tam takımını içeren haploid olduğu düşünülüyordu. Bu durum, her askosporun diploid bir hücreye benzer şekilde toplam 32 kromozoma sahip olması anlamına geliyordu.
Yapılan incelemelerde, floresan mikroskobu kullanılarak tek bir askospordaki kromozom sayısı doğrudan sayıldı. Sonuçlar şaşırtıcıydı: Mevcut 'bir çekirdek, bir tam genom' teorisiyle çelişen şekilde, her askosporda tutarlı bir şekilde yalnızca 16 kromozom gözlemlendi. Ayrıca, floresan probları kullanılarak belirli kromozomlar etiketlendiğinde, askosporlardaki iki çekirdeğin farklı kromozomlar içerdiği anlaşıldı. Yani, askosporlar tam bir kromozom setini her çekirdekte barındırmak yerine, 16 kromozomluk bir setin iki çekirdek arasında dağılmış halini taşıyor.
Düzensiz Bir Dağılım
Araştırmacılar, 16 kromozomun iki çekirdek arasında rastgele mi yoksa belirli bir düzenle mi dağıldığı sorusunu da ele aldı. Bireysel çekirdekler ayrılıp polimeraz zincir reaksiyonu (PCR) analizi ile hangi kromozomların bulunduğu belirlendiğinde, çekirdek kompozisyonunun farklılık gösterdiği ve kromozomların çekirdekler arasında düzensiz bir şekilde dağıldığı ortaya çıktı.
Bu bulgulardan yola çıkarak, benzer bir durumun başka mantarlarda da olup olmadığı incelendi. Botrytis cinerea, Sclerotinia sclerotiorum ile aynı familyadan olan başka bir bitki patojeni mantar türüdür. Bu mantarın sporları genellikle dört ila altı çekirdek içerirken, Sclerotinia sclerotiorum'da bu sayı ikidir. Benzer yöntemlerle yapılan incelemelerde, Botrytis cinerea genomundaki 18 kromozomun da çekirdekler arasında benzer şekilde bölündüğü, her çekirdeğin genellikle üç ila sekiz kromozom taşıdığı görüldü.
Bu gözlemler, haploid genomların çekirdekler arasında 'bölünmesinin' birden fazla bitki patojeni mantarda gerçekleştiğini gösteriyor. Ancak bu olgunun daha geniş mantar ailelerinde veya hatta diğer ökaryotlarda ne kadar yaygın olduğu henüz daha fazla araştırmaya ihtiyaç duyuyor.
Bilinmeyen Bir Mekanizma
Sclerotinia sclerotiorum ve Botrytis cinerea'da haploid genomların çekirdekler arasında dağılması, bu ayrımın mantarın yaşam döngüsünün geri kalanında nasıl bir rol oynadığına dair soruları gündeme getiriyor. Bu mantarların yeni nesli üretebilmesi için, tam kromozom setini yeniden bir araya getiren diploid bir hücre oluşturmaları gerekiyor. Bu da tamamlayıcı kromozomlara sahip çekirdeklerin füzyonunu gerektiriyor. Peki, bu mantarlar hangi çekirdeklerin birleştiğini nasıl sağlıyor?
En basit açıklama, rastgele çekirdek füzyonlarının gerçekleşmesi ve yalnızca tam bir genoma sahip olanların canlı askosporlar üretmesi olabilir. Ancak bu verimsiz bir süreç gibi görünüyor. Daha olası bir senaryo ise, ilk bölünmeden sonra tamamlayıcı çekirdekleri bir arada tutan, böylece mantar yaşam döngüsünün sonraki aşamalarında kolayca yeniden birleşmelerini sağlayan bir yapı veya mekanizmanın varlığıdır.
Araştırmacılar, gelecekteki çalışmalarının bu büyüleyici sorulara yanıt vereceğini ve çekirdeklerin ve genomlarının temel dinamikleri konusundaki anlayışımızı genişleteceğini umuyor. Bu gelişmiş anlayış, gen düzenleme alanında devrim niteliğinde gelişmelere yol açarak araştırmacıların kromozomları ve çekirdekleri istedikleri gibi manipüle etmelerine olanak tanıyacak.
