Genetik modifikasyon, belirli işlevleri yerine getirmek için canlı organizmalardaki genetik materyalin manipülasyonunu inceleyen biyoteknoloji alanıdır. Bu organizmalara transgenik organizmalar veya genetiği değiştirilmiş organizmalar (GDO) denir. Dünya Sağlık Örgütü (WHO), GDO’yu, genetik materyalin (DNA) çiftleşme ve/veya doğal rekombinasyon yoluyla doğal olarak oluşmayacak şekilde değiştirildiği organizmalar (bitkiler, hayvanlar veya mikroorganizmalar) olarak tanımlar. Bununla birlikte, bitkilerin genetik modifikasyonu, yani bitki ıslahı, aslında yeni bir teknik değildir ve yerleşik hayata geçişten beri insanlık tarafından kullanılmaktadır.
Tuna Karataş
Bitkilerde genetik modifikasyon ilk olarak 10.000 yıl önce, insanların beşeri seçilim ve seçici yetiştirme yoluyla bitki yetiştirdiği Güneybatı Asya’da görülmüştür. Türünün ilk örnekleri ve günümüzde tüketilen modern formları arasında en çok fark bulunan bitkiler arasında mısır, mısır, elma, brokoli ve muz bulunur. Bu farklılık, insanların çeşitli özelliklerini (daha lezzetli ürün, küçük çekirdek, yumuşak doku, vb.) tercih ettiği bitki cinslerini seçerek ekimlerini yapması yoluyla, tercih edilmeyen cinslerin soyunun tükenmesi yoluyla oluşur.
Modern tarımda, en yüksek seviyede ürün almak için en çok tercih edilen özelliklere sahip belirli bitkilerin belirli cinsleri ekilir. Bu yüzden, bitki ıslahı ve katı seçici yetiştirme, dünyadaki biyoçeşitliliğin azalmasına sebep olmaktadır. Genetik mühendisliğinin gelişimi, DNA düzeyinde genetik değişiklikler yapma fırsatı sağlamış ve bitkilerde daha hassas genetik seçiciliğe olanak vermiştir.
Modern genetiğin başlangıcı, genellikle DNA’nın çift sarmal yapısının 1953’te Franklin, Watson ve Crick tarafından keşfine dayandırılır. İlk rekombinasyon DNA deneyi, 1973’te Boyer ve Cohen tarafından yapılmıştır. Daha sonra, 1982’de, ilk GDO’lu ürünler, üç bağımsız bilim insanının aynı zamanda gerçekleştirdiği farklı çalışmalarla geliştirildi. Bu ürünler antibiyotik dirençli tütün ve petunyadır.
GD bitkilerdeki genetik modifikasyonlar, genomların düzenlemesiyle ile gerçekleşir. Genom düzenlemesi, bir bitkinin genomunda, özellikle bitkinin kendi sınıflandırma ailesi içinde, hedeflenmiş iyileştirmeler yapma sürecidir. Genom düzenleme yoluyla yapılan değişikliklerin çoğu, geleneksel üretme veya evrim yoluyla bitkilerde doğal olarak gerçekleşir. Bununla birlikte, genom düzenleme yoluyla bu tür sonuçlar on yıllar yerine yıllar içinde elde edilir. Bu yöntemle bitkiye yabancı gen ilave edilmez ve daha önceki genetik modifikasyon tekniklerinden daha doğru ve tahmin edilebilir iyileştirmeler yapılır.
Genetik modifikasyon dört temel adımdan oluşur. İlk olarak, bitkide halihazırda var olan, spesifik bir özelliği etkileyen bir gen (tuz toleransı sağlayan gen gibi) hedeflenir. Gen, genetik sekansına, yapısına ve işlevlerine göre incelenir. Daha sonra seçilen gen izole edilir ve Polimeraz Zincir Reaksiyonu (PCR) ile amplifiye edilir. PCR ile aynı genin birkaç milyon kopyası üretilir. Genetik dizinin başlangıcına ve bitişine bir promotör ve sonlandırıcı eklenir ve bu promotör-gen-sonlandırıcı yapısı, bakteri hücrelerindeki bakteri plazmitlerine aktarılır. Bakteri plazmitlerinde genler klonlanır. Seçilen genin klonlarına sahip DNA, agrobacterium tumefaciens veya gen tabancası (parçacık bombardımanı) ile bitkilere eklenir. Genetik düzenlemede en çok kullanılan yöntemlerden biri, Düzenli Aralıklı Palindromik Tekrar Kümeleri (CRISPR)/Cas9 sistemidir.
CRISPR / Cas9, DNA’nın belirli bir bölümünde son derece hassas kesikler oluşturmak için alan hedefli nükleazları (SDN) kullanır. sgRNA’nın tasarımı, hedef gen için mevcut çevrimiçi kaynaklar kullanılarak gerçekleştirilir. CRISPR kompleksi, uygun bir transformasyon tekniği ile hedef bitki türü modifikasyonu için bir bitki vektörüne klonlanacak olan hedef sgRNA ve uygun Cas9 varyantı ile oluşturulur. En doğru modifiye edilmiş bitkileri seçmek için bitkilerde bulunan Cas9 ve hedef sgRNA, PCR veya RE genotipleme ve DNA sekansı yoluyla taranır. Bu eleme sonucunda seçilen modifiye bitkiler rejenere edilir.
Kuraklık, tuzluluk ve sıcaklık gibi abiotik stres faktörlerine dayanıklı bitkiler yetiştirmek için CRISPR / Cas9 en çok kullanılan tekmiklerden biridir. Örneğin, domateste tuz stresinin negatif düzenleyicisi olan hibrit proline-rich protein1 (HyPRP1) genetik olarak değiştirilerek, GD domateslerin toprak tuzluluğuna karşı direnci arttırılmıştır. Başka bir çalışmada, pyl1, pyl4 ve pyl6’nın CRISPR/Cas9 gen nakavtı ile GD buğdayların, doğal buğdaylara göre hem yüksek sıcaklığa dayanıklılığı arttırılmış, hem de tahıl verimliliği arttırılmıştır.
GD bitkilerin ürünlerin tarımda kullanımını artırmanın birçok avantajı vardır. Biyofortifikasyon ve hassas DNA entegrasyonunda umut verici araştırma yolları, ticari tarımda üretkenliği artırmayı vaat etmektedir. GD bitkiler kullanılarak, biyotik ve abiyotik dirençleri artmış ürünler üretilir. Bu yüksek direnç, verimin artmasına ve çevresel kaynakların verimli kullanılmasına neden olur. Örneğin, viral hastalıklara dirençli GD fasulye genotiplerinin (phaseolus vulgaris) veya böcek direncine sahip patateslerin (solanum tuberosum L.) yetiştirilmesi, ürünlerin bağışıklığı arttığı için insektisit kullanımının azaltarak hem üretim maaliyetini düşürecek hem de daha çevreye duyarlı bir üretim sağlanacaktır. Ayrıca, kuraklık stresine toleransı olan GD mısır (zea mays L.) ve tuz toleransına sahip GD pirinç yetiştirilmesi farklı stres faktörlerine sahip tarım bölgelerinde verimi artıracaktır.
Ek olarak, GDO’lu bitkilerin kullanılması daha az arazide daha çok ürün yetiştirilmesini sağlayarak tarımsal ayak izini azaltır. Bu duruma örnek olarak, 1996-2012 yılları arasında dünya genelinde bitki hasatında 370 milyon tondan yüksek bir artış görüldü. Bu artmış verimin yedide birine, Amerika Birleşik Devletleri’ndeki GD bitkilerin kullanılması sebep olmuştur. GDO’lu ürünler tarafından sağlanan verime denk bir artış elde etmek için, 300 milyon dönümden fazla geleneksel mahsulün ekilmesine gerek olduğu tahmin edilmektedir. Bu duruma örnek olarak, 2002 yılında Monsanto-Mahyco tarafından Bollgard-II pamuğu (Cry1Ac ve Cry2Ab üreten Bt-pamuğu, pamuk kurduna karşı dayanıklılık sağlar) Hindistan’da piyasaya sürülmüştür. Bt-pamuğun piyasaya sürülmesinden bu yana, Bt-pamuk ekim alanlarının yüzdesi, tüm pamuk ekim alanlarının %95’ine yükseldi. 22-2002 yılları arasında pamuk üretimi 11 kat artışla sonuçlandı ve Hindistan’ı dünyanın önde gelen pamuk yetiştiricisi ve ihracatçısı haline getirdi.
Dünya nüfusunun 2030 yılında 8,5 milyar, 2050 yılında ise 9,7 milyar olacağı tahmin edilmektedir. Bu artan nüfus oranı, beraberinde Dünya çapındaki gizli açlık ve yetersiz beslenme krizine sebep olmaktadır. Spesifik besin değerlerine sahip GD bitkilerin üretimi ve ekimi, gıda zenginleştirmesi sağlayarak yetersiz beslenme sorununa karşı bir çözüm olarak kullanılabilir. Bitkilerin besin değerlerini arttırmak adına yapılan genetik modifikasyonlara örnek olarak eklenen maddeler arasında A, C, E vitaminleri, doymamış yağ asitleri, selülozu ve probiyotikler bulunmaktadır. GD bitkilerin ünlü bir örneği, beta-karoten üreten “Altın Pirinç” tir. “Altın Pirinç”in yapısına eklenen beta-karoten, insan vücudunda A vitaminine dönüştürülür ve bu besin, özellikle A vitamini eksikliği ve pirinç bazlı beslenen Asya ülkeleri için geliştirilmiştir.
Diğer yandan, GD mahsüllerin insan ve çevre sağlığı açısından güvenliği konusunda önemli şüpheler de vardır. GDO’lu ürünler toksisite, alerjenite ve genetik tehlikeler gibi önemli sağlık risklerine sebep olabilir. Değiştirilen bitkiye eklenen genler, bu genlerin potansiyel pleiotropik etkileri ya da bitkide halihazırda bulunan genlerin zarar görmesi bu zararlı etkilere sebep olabilir. Bu durumun bir örneği, 1990’ların ortalarında yaşanmıştır. USDA’nın Bilimsel Danışma Paneli, Starlink mısırını (glufosinat direnci sağlayan Cry9c genini eksprese eder) insan bağışıklık sistemi ile etkileşime girme potansiyeli nedeniyle “potansiyel olarak alerjenik” olarak sınıflandırdı. 1998’de Starlink mısırına ticari hayvan yemi ve endüstrisi olarak izin verildi, ancak insan tüketimi için yasaklandı.
Ek olarak, GD ürünlerde haşere ve bitki direnci arttırıldığı için, GD bitkiler istilacı türler haline gelebilir ve yerel türlerin popülasyonunu olumsuz etkileyebilir. GD bitkilere komşu olan ve GD olmayan bitkilere, polenler aracılığıyla potansiyel bir gen akışı gerçekleşir. Bu gen akışına genetik kirlilik denir ve biyolojik çeşitliliği azaltır. Genetik kirlilik nedeniyle, yüksek herbisit direncine sahip yabani otlar tarlaları istila edebilir ve kimyasal herbisitlerin kullanımı artabilir. Bu yabani otları kontrol etmek için kimyasalların yüksek kullanımı nedeniyle, toprak ve su bozulması da meydana gelebilir. Ek olarak, GD bitkilerin kullanımı, yırtıcı hayvanlar ve bal arıları gibi hedef olmayan organizmalar üzerinde de olumsuz etkilere sahip olabilir. Örneğin, genetik olarak manipüle edilmiş herbisit toleranslı mısır ve soya fasulyeleri yüzünden kimyasal herbisitlerin kullanılması artmıştır. Bu artış Kuzey Amerika’daki kral kelebeğinin yaşam alanına ve popülasyonuna büyük zarar vermiştir.
GD biktilerin kullanımının sebep olduğu sosyoekonomik dezavantajlar da mevcuttur. Bazı topluluklar bitkiler üzerinde yapılan genetik modifikasyonu, bir organizmanın yaşamına uygunsuz bir müdahale olarak değerlendiriyor. Bu görüş, özellikle gelişmekte olan ülkelerde, büyük biyoteknoloji firmaların kar amacı güderek canlı yaşamının değiştirilmesi sebebiyle ortaya çıkmıştır. GD bitkilerin kullanımının ekonomik eleştirilerinden en önemlisi, GD tohum patentlerine sahip tohum şirketlerinin, çiftçiler üzerinde ekonomik bir baskı kurduğu yönündedir. Ürettikleri GD bitkilerin patent hakları biyoteknoloji firmalarına aittir ve satılan GM tohumlar genellikle kısır mahsüllere dönüşen “terminatör tohum” olarak bilinir. Bu sebeple her yıl ekim döneminde, çiftçilerin GD tohumları patent sahiplerinden tekrar tekrar satın almaları gerekir.
Ata tohumu bitkiler, elli yılı aşkın bir süredir yetiştirilen (nesiller boyunca aktarılan) ve bölgesel, etnik veya aile grupları tarafından korunan geleneksel bitki çeşitleridir. Ata tohumları hibrit (melez) tohum değildir. Ata tohumlarının açık tozlaşan tohumlardır; tozlaşmaları böcek, kuş, rüzgar veya hayvan gibi doğal yollar tarafından gerçekleşir. Bu nedenle, ata tohumu bitkilerinin oldukça değişken özellikleri bulunur. Farklı görüntü, renk, tat, doku, isim ve kullanımları ile tanınabilirler. Daha da önemlisi, birçok bitki yetiştiricisi ve tohum şirketi, araştırma ve kaynaklarını hibrit çeşitlerine yatırdığı için açık tozlaşan ata tohumlarına gösterilen ticari rabet oldukça azalmıştır.
Ata tohumu bitkilerinin kullanımının birçok avantajı vardır. İlk olarak, açık tozlaşmaları nedeniyle, kısıtlı genotip üzerinden üretilen modern bitkilere göre birçok farklı tat, doku ve gastronomik kullanıma sahiptir. Örneğin, ata tohumu tatlı mısır çeşitleri, F1 hibrit çeşitlerine kıyasla daha yüksek fitoglikojen seviyesine sahiptir, bu sebeple daha yoğun bir aroması vardır. Bu tat farkı, mısır endospermindeki şeker miktarını artıran sugary-1 alelinden kaynaklanır. Daha yeni, daha tatlı F1 hibrit çeşitleri, sugary-1 aleli yerine shrunken-2 aleli ile geliştirilmiştir, bu durum, ata tohumu mısırlara kıyasla lezzette azalmaya sebep olur. Bunun yanı sıra, ata tohumundan üretilen bitkiler, GM bitkilere kıyasla farklı iklimlere daha kolay adapte olurlar. Ata tohumu bitkilerinin yüksek biyoçeşitliliği, farklı iklim koşullarına sahip farklı bölgelere uyum sağlamalarını sağlar. Bu özellik, modern kültür bitkilerinin yetiştirilemediği durumlarda çiftçilerin risk yönetimi stratejisinde de önemli bir rol oynayabilir.
Bazı araştırmalar, endüstriyel tarımın hızla genişlemesi ve monokültür çiftçiliğin büyük ölçekli olarak benimsenmesi nedeniyle bitkilerde genetik çeşitliliğin %75’inin kaybolduğunu tahmin etmektedir. Milenyum Ekosistem Değerlendirme Raporları, şu anda 60.000 ila 100.000 bitki türünün yok olma tehdidi altında olduğunu belirtmektedir. Aynı türe ait farklı ata tohumu bitkileri, strese kaynağı olarak kabul eidlen birçok farklı iklime uyum sağlayabilir. Bu nedenle, ata tohumu çeşitlerinin tohumların resmi kurumlarda (tohum bankaları gibi) saklanması, gelecekte mahsulleri yetiştirmek için genetik bir kaynak olarak kullanılabilir.
Aynı bitki türüne ait farklı ata tohumu türlerinin sağlığa faydalı olan farklı özellikleri vardır. Örneğin, “Kelas” ve “Bhutmoori” gibi bazı Hint pirinç çeşitleri anemi tedavisinde kullanılırken “Paramai-sal” çocuklarda gelişimi destekler. Öte yandan, ata tohumundan üretilen bitkiler, GD bitkilere kıyasla patojenlere karşı daha hassastır. GM ıslahı, konukçu-bitki direncinin artmasına sebep olmuştur. Bu genetik değişimine maruz kalmış ata tohumu bitkiler ise, tırtıllar, örümcek akarları, unlu bitler gibi zararlılara karşı dirençten yoksundur. Örneğin, ata tohumu domates üretiminde, Ralstonia solanacearum ve Fusarium oxysporum lycopersici patojenlerinin neden olduğu bakteriyel solgunluk ve fusarium gibi toprak kaynaklı hastalıklara rastlanır.
Sonuç olarak, hem genetiği değiştirilmiş mahsullerin hem de ata tohumundan gelen bitkilerin kendilerine özgü avantajları ve eksiklikleri vardır. Genetiği değiştirilmiş ürünler genellikle besin değerini arttırıcı ya da hastalıklara direnç için bio-güçlendirilmiştir ve daha yüksek verime sahiptir. Öte yandan, sadece GD bitkilerin ekilmesi genetik kirliliğe, çevresel tehlikelere ve tohum endüstrisinin çiftçiler üzerindeki ekonomik tekeline yol açabilir. Diğer yandan ata tohumları çok yüksek biyolojik çeşitliliğe sahiptir. Bu tohumlar çok farklı iklim koşulları altında, ancak patojenlere ve istilacı bitkilere karşı daha dayanıksızlardır. Bu nedenle, farklı ihtiyaçlara göre farkllı tohum çeşitlerini kullanmak önemlidir.
KAYNAKÇA
Abdul Aziz, M., Brini, F., Rouached, H., & Masmoudi, K. (2022). Genetically engineered crops for sustainably enhanced food production systems. Frontiers in Plant Science, 13. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.1027828
Alexandratos, N.B.J. World Agriculture Towards 2030/2050, 2012, www.faoorg/economic/esa
Dwivedi, S., Goldman, I., & Ortiz, R. (2019). Pursuing the potential of heirloom cultivars to improve adaptation, nutritional, and culinary features of food crops. Agronomy, 9(8), 441. https://doi.org/10.3390/agronomy9080441
Goldman, I. L. (2024). Biodiversity in plant breeding. Encyclopedia of Biodiversity, 420–435. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-822562-2.00024-4
Raman, R. (2017). The impact of genetically modified (GM) crops in modern agriculture: A Review. GM Crops & Food, 8(4), 195–208. https://doi.org/10.1080/21645698.2017.1413522
Sharma, P., Singh, S. P., Iqbal, H. M. N., Parra-Saldivar, R., Varjani, S., & Tong, Y. W. (2022). Genetic modifications associated with sustainability aspects for sustainable developments. Bioengineered, 13(4), 9509–9521. https://doi.org/10.1080/21655979.2022.2061146
Sánchez, M. A., & Campos, H. (2021). Coexistence of genetically modified seed production and organic farming in Chile. GM Crops & Food, 12(1), 509–519. https://doi.org/10.1080/21645698.2021.2001242
Zhang, C., Wohlhueter, R., & Zhang, H. (2016). Genetically Modified Foods: A Critical Review of their promise and Problems. Food Science and Human Wellness, 5(3), 116–123. https://doi.org/10.1016/j.fshw.2016.04.002
