Genetİk Yapisi DeĞİŞtİrİlmİŞ Organİzmalar

GENETİK YAPISI DEĞİŞTİRİLMİŞ ORGANİZMALAR:

A. Demir, F. Seyis, O. Kurt

I. BİTKİLER


ÖZET: Biyoteknolojideki gelişmeler sayesinde bir organizmadan, diğer organizmalara uygun genlerin aktarması mümkün hale gelmiştir. Bu teknolojiyi mısır ve pamukta olduğu gibi zararlılara dayanıklı ve soyada olduğu gibi herbisitlere dayanıklı çeşitlerin geliştirilmesi için kullanılmıştır. Fakat bugün bu teknoloji, bitki ve hayvanları çok farklı amaçlar yönünde değiştirmek ve geliştirmek için kullanılmaktadır. Bu çalışmaların sonuçları özellikle son yıllarda yoğun olarak tartışılmaktadır. Bu makalede biyoteknolojik bir yöntem olan gen teknolojisi ile bitkilerde yapılan değişiklikler ele alınacaktır. Anahtar Kelimeler: Bitki, biyoteknoloj, genetik yapısı değiştirilmiş organizmalar

1.GİRİŞ
Geleneksel bitki ıslahının amacı yeni özelliklere sahip bitkilerin elde edilmesi ve bunlar arasından istenen özelliklere sahip bitkilerin seçilmesidir. Bu amaca ulaşmak için istenen özellikleri taşıyan ebeveyn bitkiler birbirleriyle melezlenmekte ve elde edilen döllerin, ebeveynlerin özelliklerini birleştirilmiş şekilde taşıyıp taşımadığına bakılmaktadır. Fakat bu yöntem kullanıldığında; ebeveynlerden döllere istenilen özelliklerin yanında istenmeyen özellikler de aktarılmaktadır. Daha sonra istenmeyen özellikler geriye melezleme yoluyla elemine edilebilmektedir. Ancak bu durumda uzun bir zaman sürecine ihtiyaç vardır.
Son yıllarda, geleneksel ıslah metotları ile kombine edilmiş mutasyon, protoplast kültürü, besi ortamında tozlanma ve döllenme, embriyo kültürü ve gen teknolojisi kullanılmaktadır. Özellikle gen teknolojisi metotlarının kullanımındaki fayda ve riskler üzerine farklı sosyal tabakalarda tartışmalar yapılmaktadır. Bu tartışmalar; a) Belirli bir genin kontrollü olarak aktarılması, geleneksel melezleme çalışmalarına göre genetik materyaller arasında beklenmedik olayların ortaya çıkmasına daha az ihtimalle sebebiyet vereceği, b) Alıcı bitkiye yabancı bir genin aktarılması sonucu bu bitkide bir toksinin oluşma ihtimalinin bulunduğu, c) Bu bitki kullanılarak elde edilen gıdaların tüketilmesi sonucu insanlarda ve diğer canlılarda gıda alerjilerinin olabileceği ve d) Suni olarak aktarılan bu genin yabani bitkilere polen akışı nedeniyle geçebileceği ve bu yolla beklenmedik çevresel tehlikelerin ortaya çıkabileceği konusunda yoğunlaşmaktadır (Brandt, 1995).
Yeni teknoloji kullanımının ekonomi ve toplum üzerine etkisini tartışmada veya insanın yapabileceği işlerin sınırlarını belirtmede herkes fikir beyan etmek için kendisini yeterli görebilir. Ancak bir genin ve
genetik bilginin bir bitkiye aktarıldığında nasıl bir
sonucun ortaya çıkacağını tahmin edebilmek için
konuya ilişkin belli bir bilgi birikimine sahip olmak
gerekir. Fakat bu bilgi birikimi dikkate alınmadan
tartışma grupları; transgenik bitkilerin kullanımı ile
tarımda doğabilecek yeni imkanların vazgeçilmez
olduğunu savunmakta (Gasser ve Fraley, 1992),
doğayı sunileştirmenin insanlık suçu olduğunu ifade
etmekte (Daele, 1987) ve aynı fikre sahip
araştırmacıların bir araya gelip gelecekte kendilerinin
yapacağı araştırmalara karşı toplumda oluşacak
tepkilere karşı düşünce geliştirdikleri düşünülerek
bilirkişi gruplarına güvenilemeyeceğini
vurgulamaktadırlar. Bu araştırma ile dünyada yetiştirilen transgenik bitkiler ve bu bitkilerde meydana getirilen değişikliklerin tanıtılması amaçlanmaktadır.


2. GENETİK YAPISI DEĞİŞTİRİLMİŞ ORGANİZMALAR

Genetik mühendisliği yöntemleriyle bünyelerine
yabancı genler dahil edilerek “genetik yapıları”
değişikliğe uğratılan ve bu yabancı genleri
genomlarına sabit olarak entegre eden ve bu özellikleri
gösteren bitki, hayvan ve mikroorganizmalar, genetik
yapısı değiştirilmiş organizma olarak
adlandırılmaktadır (Ibelgaufts, 1993).
Genetik yapısı değiştirilmiş organizmalar; a) Genetik Yapısı Değiştirilmiş Organizma (GDO), b) Değiştirilmiş Canlı Organizmalar (DCLMO) ve c) Genetik Olarak Modifiye Edilmiş Mahsüller (GM) olmak üzere değişik isimlerle isimlendirilirler.
Genetik yapısı değiştirilmiş organizmalar bitkiler, hayvanlar ve mikroorganizmalar olarak üç ana grupta incelenmektedir. Bu makalede sadece bitkiler üzerinde durulacaktır.
3.GENETİK YAPISI DEĞİŞTİRİLMİŞ
BİTKİLER
Organizmaların moleküler yapı taşlarının (DNA) gen teknolojisi ile değiştirilmesi 1970’lı yılların başında E. coli bakterisinin genomlarının klonlanması ile gerçekleşmiştir. Bitkisel üretimde, genetik mühendisliği yöntemleri kullanılarak gıda üretimi ilk defa 1960’lı yılların başında gerçekleştirilmiştir. 1967 yılında mevcutlara göre daha yüksek kuru madde ihtiva eden cips amaçlı kullanılabilen patates geliştirilmiştir. Daha sonraki yıllarda mevcuttan daha iyisini elde etmeye yönelik olarak yapılan çalışmalar devam ederek; 1982 yılında rekombinant insülin piyasaya çıkarılmış (Hoffman, 1997). Gen transfer edilmiş bitkilerin tarla denemelerine ilk defa 1985 yılında başlanmıştır. Amerika Gıda ve İlaç Dairesi (FDA), 1994 yılında, genetik mühendisliği ile üretilmiş ilk gıda olan Flavr Savr Domatesine onay vermiştir. Ticari anlamda bitkisel üretim ise 1996 yılında başlanmıştır. Bugün gen teknolojisi ile üretilen ürünlerin yaklaşık 80 tanesinin uluslararası ticarette dolaştığı, tüm satışların 2005 yılında 8 milyar dolara, 2010 yılında ise 25 milyar dolara ulaşacağı tahmin edilmektedir
Daha iyi ürünler elde etmeye yönelik çalışmalarda birçok disiplinden yararlanma yoluna gidilmiştir. Nitekim 1902 yılında Japonya’da keşfedilen gram pozitif bir bakteri (Bacillus thuringiensis)’nin sahip olduğu bir genin (Bt) biyo-insektisit gibi bazı böceklere karşı doğal olarak dayanıklılık sağladığı belirlenmiştir. Bu gen daha sonra kültür bitkilerine transfer edilerek, kültür bitkilerinin çeşitli böceklere karşı dirençlerinin artırılması hedeflenmiştir. Bu tür uygulamaların insan, hayvan ve hedef dışı fauna üzerinde etkisiz olmalarına karşın sınırlı kalıcılıkları kullanımlarını kısıtlayan en önemli faktördür. Halen kullanılmakta olan biyo-insektisitlerin % 90’nı Bt genlerinin farklı versiyonlarından oluşmaktadır. Bugün Bt endotoksinleri toplam insektisit pazarının % 5’ini oluşturmaktadır (Öktem, 2001). Bt genlerinde olduğu gibi, bir başka organizmadan (Streptomyceses S. hyroscopicus) izole edilen Bar genleri de bitkilerin herbisitlere karşı dayanıklılığını artırmak amacıyla kullanılmaktadır. Nitekim Bar genleri, aktarıldığı bitkiyi bazı herbisitlere karşı dayanıklı hale getirmektedir.
Genetik Yapısı Değiştirilmiş Bitkiler üzerine yapılan çalışmalardaki amaç bitkileri hastalık ve zararlılara dirençli, tarımsal üretim maliyetlerini azaltarak, elde edilecek ürünün görünüşünü, besin değerini, işleme veya muhafazaya ilişkin özelliklerini iyileştirmek suretiyle ürün kalitesini yükseltmektir.
3.1. Genetik Yapısı Değiştirilmiş Bitkilerin Dünyadaki Durumu
1996 yılında 2.8 milyon hektar olan genetik yapısı değiştirilmiş bitkilerin ekim alanı 2004 yılında 81.0 milyon hektara ulaşmıştır. Genetik yapısı değiştirilmiş bitkilerin ekim alanındaki artış başlangıçta oldukça yüksek (1997 yılında % 357.1) olmasına karşılık son

yıllarda daha az (2004 yılında %16) olmuştur. 1996 yılından 2004 yılına kadar geçen 8 yıllık periyotta, genetik yapısı değiştirilmiş bitkilerin ekim alanı yaklaşık 27 kat artmıştır (Çizelge 1).

Çizelge 1. Dünyada transgenik bitkilerin ekim
alanlarının değişimi
Ekim Alanı (milyon ha)
2.8
Bir önceki yıla göre artış oranı (%)
-
12.8
357.1
27.8
117.2
39.9
43.5
44.2
10.8
52.6
19.0
58.7
11.6
67.7
13.0
81.0
16.0
James, 2004

Transgenik bitkiler en fazla, bu ürünlerin geliştirildiği ABD’de ekilmektedir. Nitekim 2004 verilerine göre dünya transgenik bitki ekim alanının % 59’ ABD, % 20’si Arjantin, % 6’sı Kanada, % 4’ü Çin ve geri kalanı diğer ülkeler tarafından karşılanmaktadır (Çizelge 2).
1996-2004 yılları arasında, Dünyada en fazla ekim alanına sahip 4 adet transgenik bitki sırasıyla, soya, mısır, pamuk ve kolza olup; patates, kabak, papaya, tütün ve domates çok az da olsa ekim alanına sahiptirler (Çizelge 3).
3.2. Genetik Yapısı Değiştirilmiş Bitkilerin Türkiye’deki Durumu
Türkiye’de Transgenik Bitkilerle ilgili mevzuat hazırlığı çalışmalarına 31 Mart-1 Nisan 1998 tarihinde, Tarımsal Araştırmalar Genel Müdürlüğü bünyesinde organize edilen ve ilgili araştırma kuruluşları ve genel müdürlükler ile üniversitelerden temsilcilerin katılımıyla yapılan “Transgenik Bitkiler ve Güvenlik Önlemleri” konulu toplantı ile başlanmıştır. Toplantı sonucunda; Transgenik bitkilerin ve ürünlerin ülkemize girişlerinde ne gibi teknik uygulamaların yapılacağına ilişkin görüş ve raporların hazırlanmasına karar verilmiştir. Belirlenen ana esaslar çerçevesinde teknik uygulamalara temel teşkil edecek görüş ve raporlar oluşturulmuştur. Bu çalışmalara paralel olarak “Genetik Yapıları Değiştirilmiş Organizmaların Üretilmesi, Pazara Sürülmesi ve Gıda Olarak Kullanımı” ile ilgili mevzuat çalışmaları da son aşamasına gelmiştir.
Türkiye’de hazırlanan mevzuat kapsamında transgenik bitkilerin alan denemeleri, 1998 yılından itibaren, Tarım Bakanlığına bağlı Araştırma Enstitüleri tarafından yürütülmüştür. Transgenik bitkilerinin alan denemeleri ile ilgili herhangi bir aksaklığa meydan vermemek için, “Bitki Çeşitlerinin Tescil Edilmesine İlişkin Yönetmelikte” gerekli değişiklikler yapılıncaya kadar, “Transgenik Kültür Bitkilerinin Alan Denemeleri“ ile ilgili talimatın aksayan yönlerinin düzeltilmesi amacıyla adı geçen talimatta yapılan değişiklikler 25. 03. 1999 tarihinde yürürlüğe girmiştir. 1999 yılında, Pamuk Araştırma Enstitüsü tarafından Nazilli’de ve Harran Tarımsal Araştırma Enstitüsü tarafından Akçakale’de pamuk, Çukurova Tarımsal Araştırma Enstitüsü tarafından Adana ‘da mısır ve pamuk ve Patates Araştırma Enstitüsü tarafından Niğde’de patates alan denemeleri başlamıştır. Bu ürünlerde risk analizi ve risk değerlendirmesi yapılabilmesi için gerekli gözlem ve ölçümler yapılmaktadır. Ayrıca gıda eşdeğerliliğinin tespit edilebilmesi için de gerekli analizler ilgili laboratuarda yapılacaktır. Denemelere alınan transgenik bitkilerde bulunan ilave özellikler, pamukta yabancı ot ilacına, pembe ve yeşil kurda dayanıklılık, mısırda sap kurdu ve koçan kurduna dayanıklılık, patateste ise patates böceğine dayanıklılıktır. google_protectAndRun("ads_core.google_render_ad", google_handleError, google_render_ad);
4. BİTKİLERİN GEN TEKNOLOJİSİ KULLANILARAK DEĞİŞTİRİLMESİ
4.1. Gen Teknolojisi İle Değiştirilmiş Bitkiler
Kültür bitkilerinde geliştirilmesi düşünülen özelliklerin çoğu birçok genin interaksiyonu sonucu ortaya çıkmaktadır. Ancak bitkilerin gen teknolojisi kullanılarak değiştirilmesinde ağırlıklı olarak basit kalıtım takip eden özellikler üzerinde durulmaktadır. Bugüne kadar aralarında birçok kültür bitkisi olmak üzere 150 kadar türde gen teknolojisi kullanılmıştır (Menrad et al., 2003). Dünyada neredeyse gen teknolojisi kullanılarak değiştirilmeyen hiçbir kültür bitkisi kalmamıştır. Çizelge 4‘de gen teknolojisi kullanılarak değiştirilen bazı bitkiler verilmiştir.


Çizelge 2. Transgenik bitkilerin ekim alanlarının ülkeler itibarıyla değişimi
ÜLKE
Ekim Alanı (Milyon Ha)

1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
A.B.D.
1.5
8.1
20.5
28.7
30.3
35.7
39.0
42.8
Arjantin
0.1
1.4
4.3
6.7
10.0
11.8
13.5
13.9
Kanada
0.1
1.3
2.8
4.0
3.0
3.2
3.5
4.4
Çin
1.1
1.8
0.1
0.3
0.5
1.5
2.1
2.8
Brezilya
-
-
-
-
-
-
-
3.0
Paraguay
-
-
-
-
-
-
-
-
Avustralya
<0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
<0.1
Hindistan
-
-

-
-
-
<0.1
<0.1
G. Afrika
-
-
<0.1
<0.1
0.1
0.1
0.1
0.4
Uruguay
-
-
-
-
<0.1
<0.1
0.3
<0.1
Meksika
<0.1
<0.1
<0.1
0.1
<0.1
<0.1
<0.1
-
İspanya
-
<0.1
<0.1
<0.1
<0.1
<0.1
<0.1
<0.1
Fransa
-
0.0
-
<0.1
<0.1
-
-
-

Portekiz
-
0.0
<0.1
<0.1
<0.1
<0.1
-
-

Bulgaristan
-
-
-
-
-
<0.1
<0.1
-

Romanya
-
0.0
0.0
<0.1
<0.1
<0.1
<0.1
<0.1
Ukrayna
-
0.0
0.0
<0.1
<0.1
<0.1
<0.1
-

Endonezya
-
-
-
-
-
<0.1
<0.1
-

Kolombiya
-
-
-
-
-
-
<0.1
<0.1

Honduras
-
-
-
-
-
-
<0.1
<0.1

Filipinler
-
-
-
-
-
-
-
<0.1
Almanya
-
-
-
-
-
<0.1
<0.1
-

Toplam
2.8
12.8
27.8
39.9
44.2
52.6
58.7
67.6
James, 2004

Çizelge 3. Ticari olarak üretilen transgenik bitkiler ekim alanlarının değişimi



Ürün
Ekim Alanı ( Milyon ha )

1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
Soya
0.5
5.1
14.5
21.5
25.8
33.1
36.5
41.4
Mısır
0.3
3.2
8.3
11.1
10.3
9.8
12.4
15.5
Pamuk
0.8
1.4
2.5
3.7
5.3
6.8
6.8
7.2
Kolza
0.1
1.2
2.4
3.4
2.8
2.8
3.0
3.6
Patates
<0.1
<0.1
<0.1
<0.1
<0.1
0.1
-


Kabak
-
-
-
<0.1
<0.1
<0.1
<0.1


Papaya
-
-
-
<0.1
<0.1
<0.1
<0.1


Tütün
1.0
1.6
-
-
-
-
-


Domates
0.1
0.1
-
-
-
-
-


TOPLAM
2.8
12.8
27.8
39.9
44.2
52.6
58.7
67.7
James, 2004
Çizelge 4. Gen teknolojisi ile değiştirilmiş bitkiler
Tarla Bitkileri
Meyve
Sebze
Süs Bitkileri
Arpa
Elma
Patlıcan
Krizantem
Darı
Muz
Karnibahar
Geranie
Mısır
Armut
Brokoli
Gerbera
Çeltik
Çilek
Chicoree
Karanfil
Çavdar
Ahududu
Bezelye
Pelargonie
Sorgum
Kiraz
Havuç
Petunya
Buğday
Kiwi
Patates
Nergis
Pamuk
Kavun
Lahana
K. yumağı
Y.pancar
Portakal
Marul
Gül
Y. turp
Papaya
Kabak
Menekşe
Yonca
Erik
Zeytin
Çim
Kolza
Y.Mersini
Domates

Şalgam
Karpuz
T. patates

Hardal
Üzüm


S.fasulyesi
Kahve


Tütün



Ş.pancarı



Ş. kamışı



Kempken ve Kempken, 2004; RKI, 2001
4.2. Transgenik Bitki Geliştirmenin Nedenleri
Binlerce yıldan beri insanlar bitkilerin genetik özelliklerini ıslah ile değiştirmişlerdir. Takip edilen bu yol oldukça başarılı olmuştur. Ancak bu yol, eşeysel uyumlu ve yakın akraba bitkilerin melezlenmesi esasına dayanmaktadır. Dolayısıyla bir süre öncesine kadar, farklı türler arasında özelliklerin aktarılması mümkün olmamıştır. Gen teknolojisi bu engeli ortadan kaldırmış ve araştırıcılara bitki genlerinde belirlenmiş değişiklikleri yapabilme fırsatı vermiştir. Araştırıcılar da bu fırsatı; artan dünya nüfusunu beslemek ve giydirmek için kültür bitkilerinin verimini ve kullanılabilirliğini artırmak yönünde kullanmaya çalışmışlardır (Nicholl, 1995).
Bitkilerin genetik olarak manipüle edilmesinde birçok bilim dalından yararlanılmaktadır. Ancak bitkilerde gen teknolojisini başarılı olarak

uygulanabilmesi için genleri bitkilere aktarabilecek uygun yöntemlere ve üzerinde çalışılan sistem hakkında detaylı moleküler genetik bilgiye sahip olmak gerekir.
4.3. Bitki Gen Teknolojisindeki Hedefler
Bitkilerde uygulanan gen teknolojinin hedefleri mevcuda göre daha üstün özelliklere sahip bitkilerin geliştirilmesidir. Üzerinde durulan karakterler ve yapılan çalışmalar aşağıdaki gibi ana başlıklar altında özetlenebilir.
4.3.1. Zararlılara dayanıklılık
Böcekler, bir taraftan bitki dokularını yiyerek
bitkilere mekanik zarar vermekte, diğer taraftan
virüs, mantar ve bakteri gibi hastalık etmenlerinin
bulaşmasına sebep olmaktadır. Böceklere dayanıklı
bitkilerin elde edilmesinde, zararlı böceklere karşı
kullanılan toksinler ve etki mekanizmaları
kullanılmaktadır. Bacillus thuringiensis, belli
böcekler için toksik olan, fakat diğer hayvanlar ve
insanlara zarar vermeyen bir madde oluşturmaktadır.
Bu özelliğinden yararlanarak farklı bitki türlerinde
zararlıböceklerekarşıdayanıklılık
oluşturulabilmiştir (Çizelge 5).
Bütün böcekler için toksik olmayan Bt toksinlerine alternatif proteaz inhibitörlerinin aktarılmasında yatmaktadır. Bunlar arasında Vigna. sinensis’e ait bir tripsin inhibitör protein geni, patates ve domatesten yara ile oluşan proteaz inhibitör aileleri olan OI-I ve PI-II ve belli Serin-Proteinaz inhibitörleridir. Anti****bolitik enzimler, örneğin böceklerin önemli sindirim enzimlerini (Kempken ve Kempken, 2004) engelleyerek normal böcek fizyolojisini etkilemektedirler (Dingermann, 1999). Diğer başka insektisit dayanıklılık geni olarak Streptomyces türlerinden bir Kolesterol-Oksidaz geni ve bezelyeden bir lektin geni izole edilebilmiştir. Lektinler böcek bağırsağında besin bileşiklerini bağlamakta ve normal sindirimi bozmaktadırlar. Böylece bu tip bir proteini içeren bitkiler böcek zararından korunmaktadırlar. Bu genlerin aktarılması ve transgenik bitkilerde çoklu dayanıklılık sisteminin geliştirilmesi ile zararlı böcek populasyonlarında dayanıklılığın hızlı bir şekilde gelişmesi engellenmek veya uzatılmak istenmektedir (Hoffmann, 1997).


Çizelge 5. Zararlılara ve hastalıklara dayanıklı transgenik bitkiler
Transgenik Bitki
Özellik
Genteknolojik Değişiklik
Mısır
Mısır kurdu
CrylA (b) geninin Bacillus thuringiensis ‘den aktarılması, PEPC promötörü
Pamuk, domates
pamuk kurdu, pembe kurt, yeşil kurt ve domates meyve kurdu
CrylA (b) geninin Bacillus thuringiensis ‘den aktarılması
Patates
Patates Böceği

Patates
Yaprak kıvırcıklık virüsü Patates virüsü (PVY)
Yaprak kıvırcıklık virüsünün ORF-1 ve ORF-2 bölgelerindeki DNA-kısımlarının ve PVY için kabuk proteinlerinin aktarılması
Şekerpancarı
Buğday Çeltik
Rhizomania virüsü, nekrotik sarı damar hastalığı (BNYV virüsü) Sarı cücelik virüsü (BYD virüsü), Çeltik şerit virüsü, cücelik virüsü, FMV
Virüsün belli kabuk veya taşıyıcı proteinini kodlayan genlerin aktarılması
Patates
Mildiyö
Aspergillus niger’den Glikoz-Oksidaz genin aktarılması, 35-S promötörü
Buğday
Fusarium spp., Septoria
Bilinmiyor
Çeltik
Rhizoctonia solani
Chitinaz gni Chi11’in aktarılması
Patates
Yumuşak çürüklük
Pektatlyaz genlerinin aktarılması
Çeltik
Çeltikte bakteriyel leke
Xa21 geninin aktarılması