Şeker Pancarı Islahı

Transkript

1 Şeker Pancarı Islahı Şeker pancarı bitkisi 2 yıllık bir bitkidir. Birinci yıl vejetatif gelişme göstererek kök (yumru) ve yapraklarını geliştirir. Birinci yıl üretilen şeker pancarı yumrusu şeker fabrikalarında işlenerek şeker elde edilir. Şeker pancarı bitkisi ikinci yıl vernalizasyon (soğuklanma) etkisi ile generatif döneme geçer ve tohum dallarını ve bu dallar üzerinde tohumları oluşturur. Üreticiler ve Şeker Fabrikaları için en uygun çeşit özelliklerinin bir şeker pancarı çeşidinde birleştirmenin önemli ve ilk adımı ıslah çalışmalarıdır. Bu süreç içinde, yeni çeşitte uygun bir kalitede bulunması istenen genler aranır. Hedef, birim alandan şeker veriminin arttırılması veya yüksek şeker varlığının, fabrikada yüksek arıtılabilirliğin ve hızlı, homojen çimlenmenin arttırılması, fabrikaya teslimde toprak firesinin azaltılması, hastalık ve zararlılara karşı yüksek derecede dayanıklılık ve kalitede süreklilik gibi özelliklerin sağlanmasıdır. Islah çalışmalarının diğer bir önemli hedefi de, çevreye olumsuz etkileri olan mücadele ilacı ve gübre kullanımının azaltılmasıdır. Şeker pancarı üretim döneminde ve hasat edilen şeker pancarlarının şeker fabrikalarında işlenmeleri sırasında çevrenin korunması çalışmalarının temelini oluşturur. Şeker pancarında ıslah çalışmaları ile dekara şeker verimi 1.5 tona kadar çıkarmak mümkündür. Şeker pancarında şeker içeriğinde önemli değişiklik elde edilmezken birim alandan önemli verim artışları sağlanmıştır. Bu verim artışı yetiştirme tekniklerindeki gelişme ile birlikte verimi yüksek çeşitlerin ıslahıyla sağlanmıştır. Gelişmiş ülkelerde (Almanya) yıllık şeker verim artışı ortalama 0.14 ton/ha seviyelerindedir. Şeker pancarında kök-gövde verimi ile şeker oranı arasında negatif korelasyon bulunmaktadır. Günümüzde şeker pancarı ıslahında temel amaç sürdürülebilir tarıma uygun çeşitlerin geliştirilmesi olmuştur. Bu doğrultuda maksimum verim elde etmek, ayrıca şeker randımanını en yüksek değere ulaştırmak amaçlanmıştır. Şeker pancarında verime etki eden işlevsel genomlar üzerinde çalışmalar yoğunlaşmıştır. Şeker pancarında verim ve kalite artışının önündeki en önemli engeller hastalık ve zararlılardır. Örneğin, rhizomani hastalığı şeker pancarında önemli bir sorun olarak ortaya çıkmaktadır. Bu nedenle, teknolojik araçlar hatta modified (transgenik) çeşitler dahi seferber edilmelidir. Erkek kısırlıkta, bir çiçekte normal olarak yumurtalık oluşmasına rağmen, çiçek tozları meydana gelmez, gelse dahi fonksiyonel olmazlar. Bunun nedeni, erkek gametteki, mutant genlerin veya sitoplazmik genetik faktörlerin etkisi, erkek gametlerin normal fonksiyonlarını yapamamalarıdır. Şekerpancarı ıslahında, en fazla sitoplazmik erkek kısırlığından yararlanılmaktadır. Sitoplazmik erkek kısırlıkta, kısırlık genleri kromozomlar üzerinde taşınmayıp, sitoplazma içerisinde bulunmaktadır.

2 Sitoplazmik erkek kısırlıkta, kısırlık ana tarafından yavru döllere geçer. Çünkü yavru döller sitoplazmayı anadan alırlar. Şekerpancarı ıslahında, sitoplazmik genetik erkek kısırlığından (CMS) yararlanılarak, çok sayıda yeni hibrit şekerpancarı çeşitleri ıslah edilmiştir. Sitoplazmik erkek kısırlıkta emaskülasyona (kısırlaştırma) gerek yoktur. Burada en önemli konu; CMS bireylerinin çoğaltılarak devam ettirilmesidir. Şeker pancarında CMS (sitoplazmik genetik erkek kısır) anne hatlar ile tozlayıcı baba hatların kullanılmasıyla hibrit şeker pancarı çeşitleri geliştirilmiştir. Şekerpancarında kısırlık (xx) ve (zz) resesif genleri tarafından kontrol edilmektedir. CMS bireylerinin genetik yapıları, Sxxzz şeklindedir. Bu bireyler, kendilenerek nesilleri devam ettirilemez. Bunun için, normal sitoplazmaya sahip (Nxxzz) bireylere gereksinim vardır. Nxxzz (Owen, O tipi) bireyler, baba olarak fertildir. Sxxzz tipi bitkiler ise ana olarak fertildir, ancak erkek olarak mutlak sterildir. Diploid ve tetraploid pancarlar arasında yapılan melezlemeler sonunda, triploid hibrit çeşitler elde edilmektedir. Elde edilen bu hibritler, pek çok özellik bakımından ana ve babadan üstünlük göstermektedir. Ancak, elde edilen bu triploid hibritler kısırdır. Son yıllarda sitoplazmik erkek kısırlıktan (CMS) yararlanılarak, tamamı triploid olan hibrit çeşitlerin üretilmesi başarılmıştır. Bunun için ıslahçılar; diploid monogerm bir CMS ve tetraploid bir dölleyici kombinasyonu kullanmışlardır. İspanya da yapılan araştırmalarda diploid melezlere nazaran triploid melezlerin kök-gövde verimi %10 daha fazla bulunmuştur. Kök-gövdenin şeker içeriğinde herhangi bir değişiklik gözlenmemiştir. Şekerpancarı ıslahında, varyabiliteyi artırabilmek ve belirli özelliklere sahip yeni pancar çeşitlerini ortaya koyabilmek için, türler arası melezlemelerden geniş çapta faydalanılabilmektedir. Vulgaris seksiyonuna dahil yabani türler içerisinde Beta maritima türü, Cercospora yaprak leke hastalığına karşı dayanıklı olduğundan, şekerpancarı çeşit geliştirmede kullanılmaktadır. Vulgaris seksiyonuna ait türlerin kültür çeşitleriyle melezlenmesiyle; kök şekli, yaprak tipi, tohum büyüklüğü, kuru madde oranı, şeker içeriği ve sapa kalkmaya dayanıklılık bakımından oldukça geniş bir varyabilite sağlanabilmiştir. Patellaris seksiyonundaki yabani türlerin monogerm tohum özelliğine sahip olmaları nedeniyle, şekerpancarı ıslahında kullanılmaktadır. Corollina seksiyonundaki Beta corollifora yabani türü curly top virüsüne dayanıklı olduğundan bu tür virüse dayanıklı çeşit geliştirilmesinde kullanılmıştır.

3 Günümüzde şeker pancarında moleküler ıslah çalışmaları çok yoğun bir şekilde yapılmaktadır. Beta procumbens yabani pancar türünden gen aktarılarak kist nematoduna dayanıklı ve kışlık yetiştirmeye uygun yeni çeşitleri geliştirmek amaçlanmıştır. Beta maritima yabani pancar türü biyotik ve abiyotik stres koşullarına dayanıklı olması gen aktarmada kullanılmaktadır. Şeker pancarında tarımsal önemi olan özelliklerin kalıtımının gen haritaları oluşturulmuştur. Yoğun olarak sürdürülen genetik ve sitogenetik çalışmalarla bitki ıslahı daha da karmaşıklaşırken yabancı genlerin kültür bitkilerine aktarılmasını ise daha kolaylaştırmıştır. Kullanım alanı genişleyen bitki genetik mühendisliği teknikleriyle ıslah programlarının süresi kısalmakta, melezlemede karşılaşılan engeller, genetik bağlılık, gen havuzlarından yararlanmada ortaya çıkan sınırlamalar vb. ortadan kalkmaktadır. Kuşkusuz, her yeni teknolojide olduğu gibi, genetik mühendisliği teknikleri ile elde edilen bitkilerin gerek üretiminde gerekse tüketiminde değişik görüşler bulunup aralarında hem gerçek olabilecekler hem de konuyla ilgisi olmadığı gibi çok da doğru olmayanlar yer almaktadır. Ancak, şurası açıktır ki, bitki ıslahına yeni olanaklar getiren bu teknoloji(ler) çok dikkatli ve bütünüyle sağlık, tüketici isteklerine uygunluk, ekonomiklik, pazarlama vb. öğeler göz önünde bulundurularak değerlendirilmelidir. Son 20 yılda in vitro kültürü ve genetik transformasyon teknolojileri klasik ıslah programıyla birlikte şeker pancarında kullanılmaya başlanmıştır. Bunlar arasında en fazla uygulanan in vitro kültürleri; haploid bitki üretimi, protoplast kültürü, somaklonal varyasyon ve in vitro hücre seleksiyonudur. Agrobacterium, PEG (Polietilen glikol), partikül bombardımanı, elektroporasyon, sonikasyon ve somatik hibridizasyon gibi birçok gen transfer tekniği de geliştirilmiştir. Herbiside ve tuza tolerant, virüs, nematod, Cercospora ve böceklere dayanıklı şeker pancarı çeşitlerinin geliştirilmesi konusunda çalışmalar yapılmıştır. Buna rağmen sadece herbisitlere tolerant çeşitler ticari olarak ekilmekte; Rhizomania hastalığına dayanıklı çeşitlerin ise tarla denemeleri ile birlikte yeni çeşitler piyasaya sürülmüştür.. Sakkarozu fruktozun bir polimeri olan fruktana çeviren transgenik bitkiler de geliştirilmiştir. Şeker pancarında rejenerasyon ve transformasyon çalışmalarında önemli ilerlemeler sağlansa da, genotipe bağlılık ve düşük rejenerasyon ve transformasyon frekansları gibi etmenler, in vitro kültürü ve daha önemlisi transformasyon teknolojileri için rutin uygulamaların önündeki temel engellerdir. Gıda güvenliği, çevresel etkiler ve şeker pancarıyla ilgili düzenlemeler ise tartışılmaktadır. Gelecekte artacağı tahmin edilen nüfusun besin ihtiyacını karşılamak için temel besin maddelerinin üretimlerinin artırılması gerekmektedir. Bu durumda üretimi arttırmanın en iyi yolu bitki ıslahıdır. Ancak birçok bitki türünde genetik varyasyonun daralması nedeniyle gerekli varyasyon tescilli çeşitlerden, yerel çeşitlerden ve yabani akrabalardan sağlanarak, uygun genlerin geliştirilmiş tekniklerle kültür çeşitlerine aktarılması gerekmektedir. Belirlenen bu genlerin klasik bitki ıslahıyla aktarılmasında birçok problemle karşılaşılmaktadır. Markör (belirteç) destekli seleksiyon, klasik bitki

4 ıslahında karşılaşılan bu sorunlara çözüm bulmak amacıyla geliştirilen bir yaklaşımdır. Bu teknikte, birçok avantajı nedeniyle moleküler markörler daha çok tercih edilmektedir. Moleküler markörler, farklılığı DNA düzeyinde ölçen ve araştırılan genotiplerde istenen bir geni ya da özelliği izlemek için kullanılabilen markörlerdir. Markör destekli seleksiyon tekniği yabani gen kaynaklarından gen transferleri, resesif allellerin yönlendirilmesi ve seleksiyonu, erken seleksiyon gibi kullanımının yanı sıra; gen izolasyonu ve klonlanmasında da kullanılabilir. Bu teknik oldukça hızlı, etkin, doğru ve ekonomik olduğu için klasik ıslaha yardımcı bir seleksiyon tekniğidir. Markör destekli seleksiyon tekniği, geri melez ıslahında, erken seleksiyon gibi kullanımının yanı sıra gen izolasyonu ve klonlanmasında da kullanılabilir. Bu teknik oldukça hızlı, etkin, doğru ve ekonomik bir seleksiyon tekniğidir. Ancak bu teknik, tek başına klasik ıslah metotlarının yerine kullanılabilecek bir yöntem değil, aksine klasik ıslahın başarısını artırıcı, tamamlayıcı ve yardımcı bir tekniktir. Yapılan ve bundan sonra yapılacak olan çalışmaların, markör destekli seleksiyon tekniğini daha ucuz ve daha etkili kullanım imkanı sağlanabilir. Moleküler markörlerin geliştirilmesinden sonra markör destekli seleksiyon hız kazanmıştır. Fenotipik seleksiyon yapan bir ıslahçı MAS (markör destekli seleksiyon) ı kullanan bir ıslahçıya göre yaklaşık 16.7 kat daha fazla generasyon elde etmek zorundadır. MAS yöntemi yardımıyla ıslah süresinin kısalması yanında ıslahın etkinliği de artırılmaktadır. Tek nükleotid polimorfizmi (SNP) markörü şeker pancarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca, moleküler DNA belirleyicilerden şeker pancarı ıslahında kullanılanların en önemlilerini hibridizasyona dayalı olan restriksiyon parça uzunluğu polimorfizmi (RFLP) ve PCR ye dayalı olan rastgele çoğaltılmış polimorfik DNA (RAPD), basit dizi tekrarları (mikrosatelitler veya SSR), çoğaltılmış parça uzunluğu polimorfizmi (AFLP), dizisi etiketlenmiş alanlar (STS) ve tek nükleotid farklılıkları (SNP) gibi belirleyiciler oluşturmaktadır. Bu yöntemler kullanılarak özellikle şeker pancarında verim, kalite, ilk yıl sapa kalkmama, hastalık ve zararlılara dayanıklılık, pestisitlere dayanıklılık, su stresine, tuzluluğa, alkaliliğe dayanıklılık gibi konularda yapılan çalışmalar giderek artmakta ve başarılı sonuçlar elde edilmektedir. Transgenik (GDO lu) RR şekerpancarı üretime girdiği 3. yılında ABD ve Kanada da toplam ekim alanının % 95 ni oluşturmakta ve günümüze kadar en hızlı adaptasyonu olan ürün olma ünvanını kazanmıştır. Ülkemizde transgenik şeker pancarı konusunda çalışmalar yapılmalıdır. Şekerpancarında ıslah amaçları Yüksek kök-gövde ve yaprak verimi Hastalık ve zararlılara dayanıklılık A-yaprak leke hastalığına dayanıklılık, B-virüs sarılığına dayanıklılık, C-Rhizomia hastalığına dayanıklılık,

5 D-pancar nematodu ve diğer zararlılara dayanıklılık Ters şartlara dayanıklılık Tohuma kalkmaya (birinci yıl sapa kalkma) dayanıklılık Yüksek monogermite Silolamaya uygun şekerparcarı Yüksek teknolojik kalite (yüksek şeker varlığı, minimum şeker dışı madde, kesme ve dilimlemeye uygunluk) Çatallaşmaya dayanıklılık Makineli hasada uygunluk Sonuç Şeker pancarı diğer tarla bitkilerine göre ıslah çalışmaları daha zordur. Ayrıca verim ve kalite yönünden yüksek performanslı çeşit geliştirilmesi yetmemekte kaliteli tohum üretimi de büyük gayret gerektirmektedir. Bu yüzden tohum maliyeti tarla bitkileri içerisinde en yüksek olandır. Prof. Dr. Necmi İşler Arş. Gör. Cenk Burak Şahin M. K. Ü. Ziraat Fakültesi, Tarla Bitkileri Bölümü Antakya/Hatay