Demir eksikliği, belirli genetik programlar kullanarak yanıt veren bitkiler için kritik bir durumdur. Araştırmacılar, düzenleyici genetik sekansların nasıl tahmin edileceğini incelemek için yapay zeka yöntemleri kullandılar. Araştırma çalışmalarından elde edilen bulguları Plant Physiology dergisinde yayınladılar.
Bir bitki önemli besin maddelerinden yoksun olduğunda, ihtiyaç duyduğu besin maddelerini alabileceği başka bir yere taşınamaz. Bunun yerine, metabolizmasını ayarlayarak duruma uyum sağlamak zorundadır. Bunu, genomuna dahil edilen belirli programları aktive ederek yapar.
Demir, bitkilerin büyümesi ve hayatta kalması için gerekli olan besinlerden biridir. Fotosentez ve su düzenlemesinde rol oynar. Bitkiler demiri köklerinden emer, ancak demir yeterli miktarlarda ve bitki tarafından işlenebilecek bir biçimde bulunmalıdır.
Önceki Çalışmalar
Geçmişte yapılan araştırmalarda, bitki köklerinde demir eksikliğine yanıt veren düzenleyici süreçlerde aktif olabilen 1000’den fazla gen tanımlanmıştır. ‘Cis-düzenleyici unsurlar’ (CREs) spesifik genetik yanıtı koordine eder. HHU Botanik Enstitüsü’nden Prof. Dr. Petra Bauer ve MSU’daki Bitki Biyolojisi Bölümü’nden Prof. Dr. Shin-Han Shiu tarafından çalışan bir ekip, bu spesifik CRE’lere adayları tahmin etmek için bir yöntem geliştirdi. Ekip, makine öğrenimi yaklaşımı olarak bilinen yapay zeka yöntemini kullandı.
Yaklaşım araştırmacıların Arabidopsis thaliana (thale tress) model bitkisinde yaklaşık 100 CRE adayını belirlemelerine yardımcı oldu. Bu bilgiyi, demir eksikliğine yanıtı tetikleyen ve kök hücrelerde aktive eden spesifik CRE bağlayıcı proteinler olan transkripsiyon faktörlerini belirlemek için kullandılar.
Optimize edilmiş bitki yetiştiriciliği için, bitkinin kıtlık durumlarında nasıl tepki verdiğini ve özellikle sağlam bitkiler üretmek için herhangi bir hedeflenmiş yetiştirme önleminin alınıp alınamayacağını bilmek önemlidir. Bauer, “Üreticiler, yeni bitki çeşitlerinde demir alımını hedeflemek için belirlenen CRE’leri kullanabilirler.” Personeli ve çalışmanın ilk yazarı Dr. Birte Schwarz ekliyor: “Bu şekilde bitkilerin zayıf toprağa daha iyi adaptasyonu ile birlikte daha iyi bir demir kaynağı sağlanabilir.”
İleri Okuma: Birte Schwarz et al, Putative cis-regulatory elements predict iron deficiency responses in Arabidopsis roots, Plant Physiology (2020). DOI: 10.1104/pp.19.00760