FİTOALEKSİNLER  VE  SİSTEMİK  UYARILMIŞ  DAYANIKLILIK  (SAR)

FİTOALEKSİNLER  VE  SİSTEMİK  UYARILMIŞ  DAYANIKLILIK  (SAR)

    Phytoalexin    Yunanca  bir  terim  olup ; phyton= bitki, alexin = koruyucu   anlamındadır( Ersek  and   Kiraly 1986;Bavaresco  and  Vezzulli 2006). Bitkiler, biyotik ve abiyotik herhangi bir stres faktörüyle karşılaştıklarında biyokimyasal ve fizyolojik tepkiler göstermekte; bazı kimyasal bileşikler sentezlemektedirler. Sentezlenen maddelerin cinsi ve miktarları, bitki türlerine ve hatta genotiplerine göre değişebilmektedir. Bu mekanizma, bitkilerin hastalık etmenlerine karşı gösterdiği dayanıklılığın en önde gelen nedenlerinden birisidir. Bitkilerin biyotik ve abiyotik bir etmene maruz kalmaları sonucu, bitkide sentezlenerek biriken küçük molekül ağırlığına sahip antimikrobiyal bileşiklere fitoaleksin adı verilmektedir. Uyarılmış dayanıklılık, bitki bünyesinde fitoaleksin birikimini sağlayarak hastalık etmeninin gelişmesini engelleme ilkesine dayanmaktadır. Hyoscyamus albus ve patates (Solanum tuberosum) bitkisinde de bulunan ve patlıcanın önemli fitoaleksinlerinden olan lubimin ve diğer seskiterpen fitoaleksinlerin birikimi, patateste birçok mikroorganizmaya karşı dayanıklılığı sağlamaktadır.

Solanaceae familyasının üyesi olan domateste fitoaleksin oluşumu ile ilgili çalışan Kroon ve ark. (1991), in vitro koşullarda fitoaleksin biriktirme ile Fusarium oxysporum f.sp.lycopersici’ye dayanım arasında bir interaksiyon bulunup bulunmadığını araştırmışlar ve kallus kültürünün domateste F. oxysporum sp. lycopersici’ye dayanıklılığın belirlenmesinde güvenilir biçimde kullanılabileceğini öne sürmüşlerdir. D’Harlinque ark. (1995) da, domateste hücre süspansiyon kültüründe uyarıcı katkısı ile risitin fitoaleksininin birikimini sağlanmışlardır. Stoessl ark. (1972 ) biberde ilk kez kapsidiol fitoaleksinini, M. fructicola ile enfekte edilen biber meyvelerine ait diffüzatlardan elde etmişlerdir. Daha sonra çeşitli fungus ve bakterilerin de aynı şekilde kapsidiolü meydana getirdiği bulunmuştur (Üstün,1990).

P. capsici Leon. etmeni ile inoküle edilen biber meyvelerinde oluşan kapsidiolün, fungusun misel gelişimi ve enzimleri üzerinde etkili olduğunu belirlenmiş ve bu hastalık etmeninin gelişimini durdurmada kapsidiolün etkisinin bulunduğunu ileri sürmüşlerdir (Molot ark.,1980). Biberde başlangıç eksplantı olarak çimlenen embriyoların radikula kısımlarını kullanan ve buradan geliştirilen kallustan hücre süspansiyonlarını kuran Hoshino ark. (1994), uyarıcı olarak P. infestans’ın iki ana bileşeninden birisi olan araşidonik asiti hücre süspansiyonlarına ilave etmişlerdir. Bunun sonucunda iki farklı seskiterpenoid fitoaleksini olan kapsidiol ve risitin birikimi ortaya çıkmıştır. Ülkemizde, uyarıcı uygulamaları ile biber meyvelerinde kapsidiol birikimi ve bunun P.capsici Leon.’ye dayanıklılıktaki etkisine ilişkin ilk çalışma Üstün (1990) tarafından gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada, farklı uyarıcılar üç biber çeşidinde farklı miktarlarda kapsidiol birikmesine neden olmuşsa da dayanıklı ve duyarlı çeşit ayırımında kapsidiolün tek başına etkin bir parametre olmadığı tespit edilmiştir.

Hyoscyamus muticus kök kültürlerinden lubimin ve solavetivon izole ederek bunları değişik analiz yöntemleri kullanarak tanımlamışlardır (Ramakrishna ark.,1993). Mehmetoğlu ve Curtis (1997) de aynı bitki türünde, hidrojen peroksit, metil jasmonat, salisilik asit ve etanol elisitörlerinin lubimin ve solavetivon birikimi üzerindeki etkilerini incelemişler ve hidrojen peroksit dışındaki diğer elisitörlerin değişik oranlarda lubimin ve solavetivon birikimini artırdığını bildirmişlerdir. Lubiminin ve diğer seskiterpen fitoaleksinlerin birikimi, patateste birçok mikroorganizmaya karşı dayanıklılığı sağladığı, çok sayıda fungusun gelişimini engellediği ve patateste aktif dayanıklılık sisteminde önemli rol oynadığı bildirilmektedir (Desjardins ark.,1989). Verticillium solgunluğu, toprak kökenli bir patojen olan V. dahliae’nin yol açtığı patlıcan hastalıklarından birisi olup yetiştiriciliği ve üretimi olumsuz yönde etkileyen solgunluklardandır. Verticillium solgunluğu hastalığına neden olan esas olarak iki tür bulunmaktadır: Verticillium dahliae Kleb. ve V. albo-atrum Reinke et Berth. Bu funguslar toprak kökenli hastalıklar arasında yer almakta, genellikle kötü yapılı topraklarda ve düşük toprak sıcaklıklarında ortaya çıkmaktadırlar. Hastalık, sıcak bölgelerde özellikle sera alanlarında problem olmaktadır. Toprak kökenli hastalıklarda yetiştiriciliğin yapıldığı yerlerde dayanıklı çeşit kullanılması, hastalığın ortaya çıkmasını engellemek veya çok az etkili olmasını sağlamak suretiyle en etkili mücadele yöntemi olarak bilinmektedir. Verticillium solgunluğu hastalığına karşı dayanıklılık geliştirme konusunda birçok çalışma yapılmıştır. Orenstein ark.(1989), V.dahliae fungusuna ait toksinlerin domates ve patlıcanlarda kök uzaması ve ikincil köklerin gelişimi üzerinde engelleyici etki yaptığını belirlemişlerdir. Jarl ve ark. (1999), Verticillium’a dayanıklı bireyler elde edebilmek için S.melongena ve S.torvum arasında protoplast kültürleri yapmışlardır. Araştırmanın sonucunda normal tohum setleri dahil olmak üzere patlıcanın morfolojik karakterleri birleştirilerek tarla koşulları altında denenmiş, Verticillium’a dayanıklılık gösteren 12 bitki seçilmiştir.

Resveratrol (trans-3, 4’, 5-trihydroxystilbene), 72  adet  bitki  türünde  bulunan  31 cins  ve  12 familyada  da¤ılım  gösteren  bir  fitoaleksindir. Üzüm  ve  kırmızı  şarap  gibi  üzüm  ürünleri  ile yer fıstığı, yer  fıstı¤ı ya¤ı, şam   fıstı¤ı, siyah  çikolata ve  kakao  likörü  gibi di¤er  bitkisel  ürünlerde  do¤al  olarak  bulunan antioksidandır. Resveratrol’ün   pıhtı   önleyici, çeşitli   fungus  ile  virüs   gelişimini durdurucu ve kansere karşı   engelleyici  etkisi  vardır. Üzümlerde  resveratrol   miktarı asmanın   yetiştirildi¤i  toprak, hava  gibi  koşullara,   Botrytis  cinerea   adı  verilen  küfle enfekte olmasına   ve ş  arapçılıkta   kullanılan  yöntemlere  ba¤lı   olarak   de¤işebilmektedir. Üzümlerde resveratrol    sentezi   stres, zedelenme, enfeksiyon   ve   UV  ışınları gibi dış   faktörlere  ba¤lı  olarak de¤işim   göstermektedir . Resveratrol   üzüm   kabuklarında    5-7 ppm , çekirdeklerinde 1 ppm, etli kısımlarında    0.1   ppm’den azdır.

Hastalıklar sadece ürün miktarını düşürmekle kalmazlar, aynı zamanda ürünün kalitesinide etkilemektedirler.

Fitoaleksinler

Bu enzimlerden  kitinaz  ve  glukonazlar, fungal hücre   duvarında   bulunan kitin ve glukonu eritici enzimlerdir.Kitinaz   enzimini   kodlayan  genler  bitkiye aktarıldığında  hastalık belirtilerinin önemli ölçüde  azaldığı  gözlenmiştir. Bu  geni  taşıyan fasülye, çeltik  ve  tütün bitkileri Rhizoctonia solani’ye karş ı önemli  dayanıklılık  göstermiştir (Broglie ve ark., 1991). Kitinaz ve glukonaz genleri birlikte aynı bitkide  ifade   edildiğinde   elde  edilen  dayanıklılığın  daha da  arttığı gözlenmiştir (Zhu ve ark., 1994; Mauch ve ark., 1998). Bu  iki  enzimi birlikte taşıyan bitkilere, ribozomları inaktive eden proteinleri kodlayan üçüncü   bir gen  aktarıldığında  bitkilerde  gözlenen  dayanıklılık  çok  daha  artmıştır (Jack ve ark.,1995). Benzer   biçimde, yüksek düzeyde fenilalanin amonyum liyaz (PAL) enzimi üreten tütün bitkilerinin Cercospora nicotianae hastalığına  karşı  dayanıklılığı  önemli ölçüde artırmıştır (Way ve ark.,2000). Yukarıda  verilen bazı  örneklerde  de  görüldüğü gibi  konukçu  kaynaklı  bazı enzimlerin konukçunun  bazı  hastalıklarına  karşı  dayanıklılığında  önemli  rol oynadıkları anlaşılmaktadır.Bu  enzimlerin  en  önemlilerinden  bazıları  Litik  enzimler,peroksidaz, polifenoloksidaz,fenilalanin, amonyum  liyaz, esterazlar,B-Glukosidaz,NADPH  Oksidaz,proteaz.

   Umaerus (1959) patates   mildiyösüne   dayanıklı  ve  duyarlı  farklı  patates  yapraklarının  peroksidaz aktivitesini   mukayese  etmiş ve  düşük  düzeydeki  tarla  dayanıklılığının düşük  peroksidaz  aktivitesiyle  ilişkili  olduğunu  bulmuştur. Virüs   enfeksiyonu   konukçu   dokusunda peroksidaz   aktivitesinde  artışa neden  olarak  bakteri çoğalmasına  önemli  derecede  engel  olur.

Fenilalanin amonyum liyaz (PAL) fenolikler, fitoaleksinler ve lignin sentezindeki gerekliliğinden dolayı hastalığa dayanıklılıkta dikkate alınan en önemli enz Phytophthora infestans’ın uyumsuz bir ırkı, yaralanmış patates yumru dokularına inokule edildiğinde konukçunun NADPH oksidaz’ ı bu olaydan hemen sonra aktif hale gelmiş ve hipersensitiv hücre ölümü ve fitoaleksin üretimine eş zamanlı olarak süperoksit anyon O2 - üretimi gerçekleşir (Doke, 1983a; Doke ve Chai, 1985). P. infestans ile inokule olan patates yapraklarında O2 - -üretimini aktive eden NADPH oksidaz sistemi hem uyumlu hemde uyumsuz ırkların penetrasyonundan önce meydana geldiği anlaşılmış fakat O2 - -üretimi  uyumsuz ırklarda değil uyumlu ırkların penetrasyonu sonucu aktive olmuştur. O2-üretim sistemi; P. infestans’ ın  cystosporlarının çimlenme  sıvısının yaprak  dokusunda  iken  aktif  olmuş  ve  uygun  ırklar  için patates  yapraklarına   inokulasyondan  önce  çimlenme  sıvısının  muamelesi   hassaslığı  azaltmıştır (Chai ve Doke, 1983).

      Pseudomonas  syringae pv  tomato  enfekte  olmuş  domates  bitkilerinde  amonyak  meydana getirerek   nekroz   sendromuna   sebep  olduğu  düşünülmektedir (Bashan ve ark. 1980). Bu amonyak üretimi   hücre   proteinlerinin  proteolitik  bozulması  ile  meydana   gelen  amino  asitlerin deaminasyonundan   kaynaklanır. Hem  konukçu  hem  de  patojen  proteaz  oluşturur. Farklı Pseudomonas  türlerinin   kültürlerde  proteaz  üretim yetenekleri  ile  domates   bitkilerinde hastalıklara  sebebiyet   verme  ve  enfekte  etme  yeteneği  arasında  ilişki bulunamamıştır. Her nasılsa  P.syringae pv.  tomato  tarafından  enfekte  olmuş  20  domates  çeşidindeki   preteolitik aktivite  ile  hastalık  şiddetli  arasında  büyük  bir  ilişki gözlenmiştir.  Bir çok  dayanıklı  çeşitteki proteolitik  aktivite  hassas  çeşitlerdekinden  daha  azdır. En  dayanıklı  çeşitlerin  proteolitik  aktivitesi   hassas  olanlarınkinden  daha  düşük  bulunmuştur (Bashan ve ark., 1986). Yaprak yaşlandıkça  hastalıklı  yapraktaki   proteolitik  aktivitede   azaldığı  için  yaşlı  yaprakların hastalığa karşı   daha  dayanıklı  oldukları  gözlenmiştir (Yunis ve ark., 1980). Bu  sonuçlar  hastalığa dayanıklılıkta   proteazların  ne  kadar  önemli  olduğunu  göstermektedir (Bashan ve ark., 1986).

    Bakteriler, funguslar, virüsler  ve  nematodlar  gibi  birçok  organizma  için  besin  kaynağı  olan bitkiler, patojenlerden  soyutlanamazlar  fakat, kaçınılmaz  olan  patojen  saldırılarını  algılamak ve karşı  koymak  için  evrim  sürecinde  uygun  savunma  stratejileri  geliştirmişlerdir. Bitkiler  patojen istilasına  etkili  bir  biçimde  durdurabilmek  için  yapılarında  varolan  fiziksel  ve  kimyasal  engeller kadar, patojen  atağı  ile  aktive  olan, uyarılabilir  savunma  tepkilerini de   kullanırlar. Bitkiler  farklı stres   faktörlerine   karşı  aynı  veya  benzer  savunma   mekanizmaları   geliştirmişlerdir. Bitkiler stresi ya  tölere  etmekte   yada   ondan kaçınmaktadırlar. Stres   faktörleri  yapısal  ve  metabolik  hasarlara neden  olmaktadırlar.  Bu hasarlar  tersinir  ya da  geri   dönüşümsüz   olabilirler. Bu  yüzden   bitkiler sekonder   metabolitlerin   yanı sıra  başka  savunma yolları geliştirmişlerdir. Bunlar  dehidrin  veya  PR proteinleri  gibi   spesifik   proteinler,  fenilpropanaoid   yolunun  aktivasyonu, reaktif  oksijen  türlerin oluşumu, antioksidanların   aktivasyonu, thionin,  thaumatin, kitinaz,  glukanaz  gibi  PR  proteinleri, fitoaleksinler, düşük   molekül   ağırlıklı  fenolikler, savunma   enzimleri   ve  düşük  sıcaklık, ağır  metaller, ozmotik   stres,  ozon  ve  patojen  gibi  stres   faktörlerine  karşı   sentezlenen   diğer   savunma faktörleri, programlanmış   hücre  ölümü  olan  HR, SAR vs.’dir.

       Birçok   bitki  türü   bazı  hastalıklara  karşı   doğal  olarak  dayanıklılık   gösterirler. Genelde   bir bitkide   hastalık   oluşturabilen   bir  etmen  başka  bir  bitkide herhangi bir hastalık   oluşturmayabilir. Bu durum   genel   dayanıklılık  veya   temel   dayanıklılık  olarak  adlandırılmaktadır. Bu tip  dayanıklılık   uzun   ömürlüdür. Genel   dayanıklılığın   mekanizması   birçok   durumda  bitkide  patojen   sporlarının   gelişmesini, hücre   ve dokuları   enfekte etmesini   önleyici olmasından  kaynaklanmaktadır.  Bitkideki   kütikula,  hücre   çeperinin   yapısı, fenolik   bileşiklere  ya da hastalık  etmeni   tarafından   uyarılabilecek   bir  savunma   sistemine   sahip  olması, o  bitkinin   hastalığa  karşı  dayanıklı  olmasını   sağlamaktadır.