Ön Söz Bitki Biyoteknolojisi ve Genetik İçin Ön Söz Çeviren Ön Sözü Katkıda Bulunanlar xix xxi xxiv xxv 1. Bitki Ziraati: Biyoteknolojinin Etkileri 1 Graham Brookes 1.0 Bölüm Özeti ve Amaçlar 1 1.0.1 Özet 1 1.0.2 Tartışma Soruları 1 1.1 Giriş 1 1.2 Biyoteknoloji Bitkilerinin Ekimi 2 1.3 Çiftçinin Biyoteknoloji Bitkilerini Kullanım Nedenleri 4 1.3.1 Herbisit Toleranslı Bitkiler 7 1.3.2 Böcek Dirençli Bitkiler 7 1.3.3 Sonuç 8 1.4 Bitki Biyoteknolojisinin Uygulamaları Çevreyi Nasıl Etkiledi 8 1.4.1 İnsektisit ve Herbisit Kullanımındaki Değişimlerin Çevreye Etkisi 9 1.4.2 Sera Gazı (SG) Salınımındaki Etkiler 12 1.5 Sonuçlar 14 Kaynaklar 19 2. Mendel Genetiği ve Bitkilerde Üreme 21 Matthew D. Halfhill ve Suzanne I. Warwick 2.0 Bölüm Özeti ve Amaçlar 21 2.0.1 Özet 21 2.0.2 Tartışma Soruları 21 2.1 Genetiğe Genel Bakış 22 2.2 Mendel Genetiği 25 2.2.1 Ayrılma (Segregasyon) Kanunu 28 2.2.2 Birbirinden Bağımsız Karışım 28 2.3 Mitoz ve Mayoz 30 2.3.1 Mitoz 31 2.3.2 Mayoz 32 2.3.3 Rekombinasyon 32 2.3.4 Sitogenetik Analizler 33 ix
x İÇİNDEKİLER 2.4 Bitki Üreme Biyolojisi 34 2.4.1 Araştırmaların Tarihçesi 34 2.4.2 Üreme (Çiftleşme) Sistemleri 35 2.4.2.1 Eşeyli Üreme 35 2.4.2.2 Eşeysiz Üreme 38 2.4.2.3 Üreme Sistemleri Özeti 38 2.4.3 Melezleme ve Poliploidi 39 2.5 Sonuç 41 Kaynaklar 45 3. Bitki Islahı 47 Nicholas A. Tinker 3.0 Bölüm Özeti ve Amaçlar 47 3.0.1 Özet 47 3.0.2 Tartışma Soruları 47 3.1 Giriş 48 3.2 Bitki Islahında Temel Konular 49 3.2.1 Basit ya da Karmaşık Kalıtım 49 3.2.2 Fenotip Genotip İlişkisi 51 3.2.3 Üreme Sistemleri, Çeşitler, Yerel Çeşitler ve Saf Irklar 52 3.2.4 Popülasyon ve Sayısal Genetikteki Diğer Konular 55 3.2.5 Bir Bitki Çeşidinin Değeri Çok Sayıda Özelliğe Bağlıdır 55 3.2.6 Çeşitler Çevreye Uyum Sağlamış Olmak Zorundadır 56 3.2.7 Bitki Islahı Sayılar Oyunudur 57 3.2.8 Bitki Islahı Birbirini Etkileyen ve Ortaklık Gerektiren Bir İşlemdir 57 3.2.9 Çeşitlilik, Adaptasyon ve İdeotip 58 3.2.10 Diğer Düşünceler 61 3.3 Bitki Islahının Amaçları 62 3.4 Bitki Islah Yöntemleri 63 3.4.1 Melezleme Yöntemleri 63 3.4.2 Kendine Döllenen Türler 64 3.4.2.1 Melezlemede Teksel Seçme 64 3.4.2.2 Tek Tohum Seleksiyonu 64 3.4.2.3 Melezlemede Toptan Seçme Yöntemleri 65 3.4.2.4 Geri Melezleme Islahı 66 3.4.2.5. Tohum Çoğaltma, Test Etme ve Saf- Hat Çeşitlerinin Dağıtılması 67 3.4.3 Yabancı Döllenen Türler 69 3.4.3.1. Toptan Seçme 69 3.4.3.2. Tekrarlamalı Seçme 70 3.4.3.3. Sentetik Çeşitler 71 3.4.3.4 Melez Çeşitler 72 3.4.4 Klonal Olarak Çoğaltılan Türler 74 3.5 Islahın Geliştirilmesi 74 3.5.1 Katlamalı Haploidi 74 3.5.2 Markör Destekli Seçim 75 3.5.3 Mutasyon Islahı 76 3.5.4 Apomiksi 77 3.6 Sonuçlar 77 Kaynaklar 82
xi 4. Bitki Gelişimi ve Fizyolojisi 83 Glenda E. Gillaspy 4.0 Bölüm Özeti ve Amaçlar 83 4.0.1 Özet 83 4.0.2 Tartışma Soruları 83 4.1 Bitki Anatomisi ve Morfolojisi 84 4.2 Embriyogenezis ve Tohum Çimlenmesi 85 4.2.1 Gametogenez 85 4.2.2 Döllenme 88 4.2.3 Meyve Gelişimi 88 4.2.4 Embriyogenez 89 4.2.5 Tohum Çimlenmesi 91 4.2.6 Fotomorfogenez 91 4.3 Meristemler 92 4.3.1 Sürgün Apikal Meristemi 92 4.3.2 Kök Apikal Meristemi ve Kök Gelişimi 94 4.4 Yaprak Gelişimi 96 4.4.1 Yaprak Yapısı 96 4.4.2 Yaprak Gelişim Desenleri 97 4.5 Çiçek Gelişimi 98 4.5.1 Çiçek Belirimi 98 4.5.2 Çiçek Organ Kimliği ve ABC Modeli 99 4.6 Hormon Fizyolojisi ve Sinyal İletimi 101 4.6.1 Bitki Hormonları ve Fonksiyonları 101 4.6.2 Bitkilerde Hormon Sinyal İletimi 103 4.6.2.1 Oksin ve GA Sinyalizasyonu 104 4.6.2.2 Sitokinin ve Etilen Sinyalizasyonu 105 4.6.2.3 Brassinosteroid Sinyal İletimi 105 4.7 Sonuçlar 106 Kaynaklar 110 5. Doku Kültürü: Bitki Gelişiminin Yönlendirilmesi 113 Vinitha Cardoza 5.0 Bölüm Özeti ve Amaçlar 113 5.0.1 Özet 113 5.0.2 Tartışma Soruları 113 5.1 Giriş 113 5.2 Tarihçe 114 5.3 Besiyeri ve Kültür Koşulları 115 5.3.1 Bazal Besiyeri 115 5.3.2 Büyüme Düzenleyiciler 116 5.4 Sterilite 118 5.4.1 Temiz Malzeme 118 5.4.2 Eksplantların Yüzeysel Sterilizasyonu 118 5.5 Kültür Koşulları ve Kapları 119 5.6 Kültür Tipleri ve Kullanımları 120 5.6.1 Kallus Kültürü 120 5.6.1.1 Somaklonal Varyasyon 122
xii İÇİNDEKİLER 5.6.2 Hücre Süspansiyon Kültürü 122 5.6.2.1 Hücre Kültürlerinden Sekonder Metabolit ve Rekombinant Protein Üretimi 122 5.6.3 Anter/Mikrospor Kültürü 123 5.6.4 Protoplast Kültürü 123 5.6.4.1 Somatik Hibridizasyon 124 5.6.5 Embriyo Kültürü 124 5.6.6 Meristem Kültürü 124 5.7 In Vitro Bitki Rejenerasyon Yöntemleri 125 5.7.1 Organogenez 125 5.7.1.1 İndirekt Organogenez 125 5.7.1.2 Direkt Organogenez 125 5.7.2 Somatik Embriyogenez 126 5.7.2.1 Sentetik Tohum 127 5.8 Sürgünlerin Köklendirilmesi 127 5.9 İklime Alıştırma (Aklimasyon) 128 5.10 Sonuçlar 128 Teşekkür 128 Kaynaklar 132 6. Gen İfadesinin Moleküler Genetiği 135 Maria Gallo ve Alison K. Flynn 6.0 Bölüm Özeti ve Amaçlar 135 6.0.1 Özet 135 6.0.2 Tartışma Soruları 135 6.1 Gen 135 6.1.1 Gen Kanalıyla Protein İçin DNA Kodlaması 135 6.1.2 Polinükleotit Olarak DNA 136 6.2 DNA nın Ökaryotik Kromozomlara Paketlenmesi 136 6.3 Transkripsiyon 140 6.3.1 Mesajcı RNA (mrna) Üretimi İçin DNA nın Transkripsiyonu 140 6.3.2 Transkripsiyon Faktörleri 143 6.3.3 Gen İfadesinin Eşgüdümlü Regülasyonu 144 6.3.4 Transkipsiyonun Önemli Düzenleyicisi Olarak Kromatin 144 6.3.5 Gen İfadesinin DNA Metilasyonu Yoluyla Düzenlenmesi 146 6.3.6 Olgun mrna Üretme İşlemleri 146 6.4 Translasyon 148 6.4.1 Translasyonun Başlaması 150 6.4.2 Translasyon Uzaması 152 6.4.3 Translasyonun Durdurulması 152 6.5 Translasyon Sonrası Protein Modifikasyonu 152 Kaynaklar 156 7. Rekombinant DNA, Vektör Tasarımı ve Yapımı 159 Mark D. Curtis 7.0 Bölüm Özeti ve Amaçlar 159 7.0.1 Özet 159 7.0.2 Tartışma Soruları 159
xiii 7.1 DNA Modifikasyonu 160 7.2 DNA Vektörleri 163 7.2.1 Bitki Transformasyonu İçin DNA Vektörleri 166 7.2.2 Bitkilerde Etkili Gen İfadesi İçin Unsurlar 167 7.3 İnovasyonu Sağlayan Büyük İstekler 170 7.3.1 Bölgeye Özel DNA Rekombinasyonu 171 7.3.1.1 Gateway Klonlama 172 7.3.1.2 Creator Klonlama 175 7.3.1.3 Univector (Echo ) Klonlama 175 7.4 Vektör Tasarımı 177 7.4.1 Yüksek Kapasiteli Analizler İçin Vektörler 177 7.4.2 RNA Müdahalesi (RNAi) İçin Vektörler 179 7.4.3 İfade Vektörleri 179 7.4.4 Promotör Analizi İçin Vektörler 180 7.4.5 Bitki Dizilerinden Kaynaklı Vektörler 181 7.4.6 Multigenik Özellikler İçin Tasarlanan Vektörler 185 7.5 Hedeflenmiş Transgen Entegrasyonları 186 7.6 Vektör Tasarımında Güvenlik Konuları 186 7.7 Beklentiler 188 Kaynaklar 190 8. Transgenik Bitkilerle İlgili Genler ve Özellikler 193 Kenneth L. Korth 8.0 Bölüm Özeti ve Amaçlar 193 8.0.1 Özet 193 8.0.2 Tartışma Soruları 193 8.1 Giriş 194 8.2 İlgilenilen Genlerin Genomik Çalışmalarla Belirlenmesi 194 8.3 Bitki Geliştirilmesi İçin Kullanılan Özellikler 197 8.3.1 Herbisit Direnci 197 8.3.2 Böcek Direnci 200 8.3.3 Patojen Direnci 202 8.4 Besin Kalitesinin Geliştirilmesi İçin Kullanılan Karakterler 205 8.4.1 Besin Değerinin Geliştirilmesi 205 8.4.2 Değiştirilmiş Bitki Yağları 207 8.4.3 Farmasötik Ürünler (İlaç Ürünleri) 208 8.4.4 Biyoyakıtlar (Biyolojik Yakıtlar) 209 8.5 Sonuçlar 210 Kaynaklar 215 9. Markör Genler ve Promotörler 217 Brian Miki 9.0 Bölüm Özeti ve Amaçlar 217 9.0.1 Özet 217 9.0.2 Tartışma Soruları 217 9.1 Giriş 218 9.2 Markör Genlerin Tanımı 218
xiv İÇİNDEKİLER 9.2.1 Seçici Markör Genler: Giriş 218 9.2.2 Gözlenebilen (Raportör) Genler: Giriş 222 9.3 Promotörler 224 9.4 Seçici Markör Genler 227 9.4.1 Koşullu Pozitif Seçici Markör Gen Sistemleri 227 9.4.1.1 Antibiyotik Seleksiyonu 228 9.4.1.2 Herbisit Seleksiyonu 229 9.4.1.3 Toksik Olmayan Metabolit Substratlarının Seleksiyonda Kullanımı 229 9.4.2 Koşulsuz Pozitif Seleksiyon Sistemleri 230 9.4.3 Koşullu Negatif Seleksiyon Sistemleri 230 9.4.4 Koşulsuz Negatif Seleksiyon Sistemleri 230 9.5 Seçici Olmayan Markör (Raportör/Gözlenebilen) Genler 231 9.5.1 β-glukorinadaz 231 9.5.2 Lusiferaz 232 9.5.3 Yeşil Floresan Proteini 232 9.6 Markör İçermeyen Yöntemler 233 9.7 Sonuçlar 237 Kaynaklar 242 10. Transgenik Bitki Üretimi 245 John Finer ve Taniya Dhillon 10.0 Bölüm Özeti ve Amaçlar 245 10.0.1 Özet 245 10.0.2 Tartışma Soruları 245 10.1 Genel Bakış 246 10.2 Bitki Hücrelerine Başarılı Gen Aktarımının Temel Bileşenleri 246 10.2.1 Genel Gen Aktarımı Sürecinin Anlaşılması 246 10.2.2 DNA nın Aktarılması 247 10.2.3 Hedef Doku Durumu 248 10.2.4 Seleksiyon ve Rejenerasyon 248 10.3 Agrobacterium 249 10.3.1 Agrobacterium un Tarihi 249 10.3.2 Gen Aktarımı İçin T-DNA Aktarım İşleminin Kullanılması 251 10.3.3 İletimi Etkinleştirme ve Hedeflerin Sınırını Genişletme 253 10.3.4 Agroinfiltrasyon 254 10.3.5 Arabidopsis Çiçek Batırma 254 10.4 Partikül Bombardımanı 255 10.4.1 Partikül Bombardımanın Tarihi 255 10.4.2 Aktarılan DNA nın Akıbeti 257 10.4.3 Doğrudan DNA Aktarımının Gücü ve Sorunları 259 10.4.4 Transgen İfadesindeki Gelişmeler 259 10.5 Diğer Yöntemler 260 10.5.1 İlave Yöntemlerin Gerekliliği 260 10.5.2 Protoplastlar 261 10.5.3 Tüm Doku Elektroporasyonu 262 10.5.4 Silikon Karbit İğnecikleri 262 10.5.5 Viral Vektörler 263 10.5.6 Laserle Mikroyaralama 263
xv 10.5.7 Nanofiber Arrayler 263 10.6 Acele Yayın Yapmak 265 10.6.1 Bitki Transformasyonu ile İlgili Tartışmalı Raporlar 265 10.6.1.1 DNA nın Polene Girmesi 265 10.6.1.2 Mısır Fidelerinin Agrobacterium Aracılığı ile Transformasyonu 265 10.6.1.3 Polen Tüpü Yolağı 266 10.6.1.4 Çavdarda Çiçek Filizi Enjeksiyonu 266 10.6.1.5 Çimlenmekte Olan Polen Tanelerinin Elektrotransformasyonu 267 10.6.1.6 Fide İnfiltrasyonu ile Medicago Transformasyonu 267 10.6.2 Değerlendirilmesi Gereken Kriter: Bitkim Transgenik mi? 268 10.6.2.1 Direnç Genleri 268 10.6.2.2 Markör (İşaret) Genleri 268 10.6.2.3 Transgen DNA 269 10.7 Geleceğe Bakış 269 Kaynaklar 272 11. Transgenik Bitki Analizi 275 Janice Zale 11.0 Bölüm Özeti ve Amaçlar 275 11.0.1 Özet 275 11.0.2 Tartışma Soruları 275 11.1 Giriş 276 11.2 Yönlerle İsimlendirilmiş Analizler: Pusula Döndüğünde 276 11.3 Başlangıç Taramaları: Aday Transgenik Bitkiler 277 11.3.1 Seçici Ortamda Tarama 277 11.3.2 Polimeraz Zincir Reaksiyonu 278 11.3.3 Enzim Bağlı İmmunosorbent Analizi (ELISA) 279 11.4 Tanımlayıcı Moleküler Karakterizasyon 280 11.4.1 Tam Transgen Entegrasyonu 280 11.4.2 Tam Transgenlerin veya Kasetlerin Varlığının Belirlenmesi 284 11.4.3 Transgen İfadesi: Transkripsiyon 284 11.4.3.1 Northern Blot Analizi 284 11.4.3.2 Kantitatif Eş Zamanlı Ters Transkriptaz (RT)-PCR 285 11.4.4 Transgen İfadesi: Translasyon: Western Blot Analizleri 286 11.5 Dijital Görüntüleme 287 11.6 Fenotipik Analiz 287 11.7 Sonuçlar 287 Kaynaklar 288 12. Mevzuatlar ve Biyogüvenlik 291 Alan McHughen 12.0 Bölüm Özeti ve Amaçlar 291 12.0.1 Özet 291 12.0.2 Tartışma Soruları 291 12.1 Giriş 291 12.2 Genetik Mühendisliğinin Tarihi ve Mevzuatı 293 12.3 GDO Mevzuatı 296
xvi İÇİNDEKİLER 12.3.1 Amerika Birleşik Devletleri 296 12.3.1.1 USDA 297 12.3.1.2 FDA 297 12.3.1.3 EPA 298 12.3.2 AB 299 12.3.3 Kanada 300 12.3.4 Uluslararası Perspektifler 301 12.4 Sonuçlar 302 Kaynaklar 309 13. Transgenik Bitkilerin Tarla Denemeleri 311 Detlef Bartsch, Achim Gathmann, Christiane Saeglitz ve Arti Sinha 13.0 Bölüm Özeti ve Amaçlar 311 13.0.1 Özet 311 13.0.2 Tartışma Soruları 311 13.1 Giriş 312 13.2 Çevresel Risk Değerlendirme (ÇRD) Süreci 312 13.2.1 İlk Değerlendirme (ÇRD Adım 1) 313 13.2.2 Problem Formülasyonu (ÇRD Adım 2) 313 13.2.3 Kontrollü Denemeler ve Bilgi Toplama (ÇRD Adım 3) 313 13.2.4 Risk Değerlendirmesi (ÇRD Adım 4) 313 13.2.5 Aşamalı Risk Değerlendirmesi ile İlerleme 313 13.3 Örnek Risk Değerlendirmesi: Bt Mısır Örneği 314 13.3.1 Hedef Olmayan Tırtıllar Üzerinde Bt Mısır Poleninin Etkisi 315 13.3.2 İstatistiksel Analiz ve Kelebekler Üzerindeki Potansiyel Olumsuz Etkilerinin Tahmini ile İlişkisi 317 13.4 Güvenliğin İspatına Karşı Tehlikenin Kanıtı 319 13.5 Yararlarının Kanıtlanması: Tarımsal Performans 319 13.6 Sonuçlar 320 Kaynaklar 323 14. Tarımsal Biyoteknolojide Fikri Mülkiyet: Ortak Erişim için Stratejiler 325 Alan B. Bennett, Cecilia Chi-Ham, Gregory Graff ve Sara Boettiger 14.0 Bölüm Özeti ve Amaçlar 325 14.0.1 Özet 325 14.0.2 Tartışma Soruları 325 14.1 Giriş 326 14.2 Tanımlanmış Fikri Mülkiyet 327 14.3 Tarımsal Araştırmalarda Fikri Mülkiyet Hakları 329 14.4 Tarımsal Biyoteknolojide Ortak Olmayan Kaynaklar ın Ortaya Çıkışı 331 14.4.1 Gen Aktarım Teknikleri 331 14.4.2 Seçici İşaretleyiciler 332 14.4.3 Konstitütiv Promotörler 332 14.4.4 Bitkilerde Doku ya da Gelişim Aşamalarına Özgün Promotörler 332 14.4.5 Hücre İçi Lokalizasyon 333 14.5 Faaliyet Serbestliği 333 14.6 Serbest Erişim İçin Yöntemler 336
xvii 14.7 Sonuçlar 338 Kaynaklar 339 15. Niçin Transgenik Bitkiler Çok Tartışmalıdır 343 Douglas Powell 15.0 Bölüm Özeti ve Amaçlar 343 15.0.1 Özet 343 15.0.2 Tartışma Soruları 343 15.1 Giriş 343 15.1.1 Frankenstein ın Perde Arkası 344 15.1.2 Tarımsal Yenilikler ve Sorular 344 15.2 Risk Algılamaları 345 15.3 Korkulara Karşı Tepkiler 347 15.4 Beslenme Endişesi: Örnek Olaylar 348 15.4.1 Pusztai nin Patatesleri 349 15.4.2 Kral Kelebeği Kanat Çırpması 349 15.5 Ne Kadar Fayda Yeterli 350 15.6 Devam Eden Tartışmalar 351 15.6.1 Sürece Karşı Ürün 351 15.6.2 Sağlık Endişeleri 352 15.6.3 Çevresel Endişeler 353 15.6.4 Tüketici Tercihi 353 15.7 Ticaret ve Kontrol 353 15.8 Sonuçlar 354 Kaynaklar 354 16. Bitki Biyoteknolojisinin Geleceği 357 C. Neal Stewart, Jr. ve David W. Ow 16.0 Bölüm Özeti ve Amaçlar 357 16.0.1 Özet 357 16.0.2 Tartışma Soruları 357 16.1 Giriş 357 16.2 Hassasiyeti Artıran Bölgeye Özgü Rekombinasyon Sistemleri 359 16.2.1 Transgenik Bitkilerden veya Bitki Parçalarından DNA'nın Uzaklaştırılması 361 16.2.2 DNA nın Daha Hassas Entegrasyonu 362 16.3 Çinko-Parmak Nükleazları (ZFN) 363 16.4 Gıdanın Geleceği (Yakıt ve Farmosötik) 364 16.5 Sonuçlar 365 Kaynaklar 368 Dizin 371