Minikromozom Teknolojisi – Tarım Veriminde Sürdürülebilir Büyümenin En İyi Yolu?

Tarım, bir uygulama olarak insan uygarlığı kadar uzun süredir var olmuştur. Bu süre boyunca, yeni teknolojiler periyodik olarak ona katkıda bulunmuştur. Sonuç olarak, tarım daha verimli, zaman ve maliyet tasarrufu sağlayan bir hâle gelmiştir. Bu evrim, insan emeğinin büyük ölçüde, önce hayvanlar, ardından makineler tarafından yer değiştirmesine yol açtı. Bu büyüme sürecinde, en son eklenenlerden biri Minikromozom teknolojisidir.

Minikromozom Teknolojisi Nedir?

Minikromozomlar, hücre içinde bulunan küçük yapılar olup, bu yapılar – boyutları küçük olmasına rağmen – içinde barındırdıkları genetik materyal aracılığıyla büyük miktarda bilgi depolayabilir.

Bu küçük yapılar, tarımsal genetikçiler için çok önemlidir çünkü bitkilere onlar aracılığıyla onlarca özellik ekleyerek iyileştirme imkanı sağlar. Örneğin, bitkileri daha kuraklığa dayanıklı ya da azotu daha iyi kullanabilir hâle getirebilirler. İlginç bir şekilde, bu tür değişiklikler verimi önemli ölçüde artırsa da, bitkinin genlerini değiştirmez; bu da düzenleyici otoriteler ve çiftçiler arasında daha geniş bir kabul görmesini sağlar.

Minikromozom teknolojisinin özelliklerini ve özel yönlerini ilerleyen bölümlerde ayrıntılı olarak inceleyecek olsak da, amacını ve hedeflerini daha iyi kavramak için tarihçesini bilmemiz gerekir.

Tarımın nasıl robotlar tarafından devralındığını öğrenmek için buraya tıklayın.

Minikromozom Teknolojisinin Kısa Tarihçesi

Minikromozom teknolojisi, gen yığını olarak da bilinir, dünyanın en başarılı gıda ve tarım girişimcilerinden biri olan Daphne Preuss , dünyadaki en başarılı gıda ve tarım girişimcilerinden biridir.

ABD, Maine eyaletindeki Sorrento’da bulunan Daphne Preuss, uzun ve parlak kariyerinde birçok görev üstlenmiştir. Kasım 2006’dan Aralık 2018’e kadar Preuss, Chromatin Inc.’nin (Future Food olarak da bilinir) CEO’su olarak görev yapmıştır.

Gregory Copenhaver’a göre, Preuss’un projesinde çalışan ve başlangıçta Arabidopsis Thaliana adlı küçük bir hardal biteniyle çalışan Gregory Copenhaver, şunları söylemiştir:

“Daphne, bitkiler için genetik haritalama tekniği geliştirmemizi sağlayan özelliklere sahip bir mutasyon buldu. Hücrenin bölünme sırasında kromozomları hareket ettirmesi gerektiğinde tutunacağı sentromeri tanımlamak için bir teknik geliştirdik. Sentromeri kendimiz yakalamayı ve bunu diğer bitkilerle çalışmak için kullanmayı başardık.”

Bu, minikromozom teknolojisinin geliştirilmesine yol açtı. İlerleyen süreçte Copenhaver ve Preuss, şirketi Chromatin Inc. kurdular ve teknolojiyi şirkete lisansladılar. Ve işte minikromozom teknolojisinin oluşumunun kısa hikayesi.

Bu bilgiler elimizde olduğunda, aklımıza gelen bir sonraki açık soru, minikromozom teknolojisinin neden ivme kazandığıdır. O dönemde, bitki genetiğini kullanarak mahsul verimini ve üretim hacmini artırmayı amaçlayan benzer araştırmalar da olmalıydı. Copenhaver bunun bir yanıtını verdi.

Minikromozom Teknolojisini Öne Çıkaran Nedir?

Copenhaver’a göre, genleri kromozomlara ekleyerek bitkileri değiştirme yöntemi zaten biliniyordu. Ancak, on yıllardır var olan teknolojiler rastgelelik sorunuyla karşı karşıyaydı. Sonucun ne olacağına dair bir kesinlik yoktu.

Gen mevcut bir kromozoma eklenebilse bile, yerleşim konumu işlevini etkileyebilir. Ayrıca, ekleme sürecinde diğer genlerin bozulma riski de vardır.

Bu belirsizlik, mevcut süreçlerin zor ve uygulanması güç hale gelmesine yol açtı. Binlerce bitki üzerinde çalıştıktan sonra, araştırmacılar yalnızca değişikliğin istenen sonuçları verdiği sınırlı sayıda durumda başarılı olabildi.

Minikromozom teknolojisi sürece kesinlik getirdi. Copenhaver’a göre, bu süreç “özelliklerin aktarımını kolaylaştırdı.” Yeni bitki ıslahını “daha hızlı, daha iyi, daha ucuz ve daha öngörülebilir” hâle getirdi.

Minikromozom Teknolojisi Ne Kadar İlerledi?

Minikromozom teknolojisi üzerine yapılan araştırmalar şu ana kadar birçok aydınlatıcı bulgu ortaya çıkarmıştır. Örneğin, minikromozomların kendi genleri yoktur. Bu özellik – küçük boyutuyla birlikte – minikromozomların yabancı genleri ifade etmek için süper vektörler olarak çalışmasını sağlar. Avantaj olarak, bu süreçte konak büyüme ve gelişim desenlerine çok az müdahale ederler.

Minikromozomlar mitoz ve mayoz sırasında stabil kalır. Bu özellik, içinde bulunan genlerin hücreden hücreye, bir nesilden diğerine ifade edilmesini ve aktarılmasını sağlar. Minikromozomlarda gen eklemek, silmek ve değiştirmek basittir. Tek gereken bir SSR sistemi: Basit Dizi Tekrarı.

Minikromozom teknolojisi – günümüzde olduğu gibi – tarım uygulamalarımıza çeşitli şekillerde yardımcı olur. Otobaz toleransı ve zararlı dirençli bitki genlerinin geliştirilmesine katkı sağlayabilir.

• İlk gen tipi yabancı ot kontrolünü kolaylaştırır.
• İkinci gen tipi pestisit ihtiyacını azaltarak tarımsal maliyetleri düşürür ve mahsulleri daha sağlıklı hâle getirir.

Ayrıca, bu teknoloji mahsul ve bitkiler üzerinde daha etkili genetik mühendisliğinin yapılması için zemin hazırlar, böylece verim artar. Aynı miktarda doğal kaynakla daha fazla mahsul yetiştirme potansiyeline sahiptir.

Minikromozom teknolojisinde sürekli yenilik yaparak yapay kromozom teknolojisi ve etkili gen montaj yöntemlerinin geliştirilmesi, genomları önceden hedefleyip düzenleme imkânı sağlar.

Peki, maliyetleri ve kaynak kullanımını aynı ya da tercihen daha düşük tutarken verimi neden artırmamız gerekiyor? Bunun nedeni, küresel nüfusun artması ve kullanılabilir ekilebilir arazinin artırılamamasıdır. Arz ve talep arasındaki bu dengesizlik, minikromozom gibi verim artırıcı teknolojilerin devreye girdiği yerdir.

Gıda Talebi Küresel Olarak Artacak

özet raporuna göre, Birleşmiş Milletler Gıda ve Tarım Örgütü (FAO) tarafından sunulan özet rapora göre, dünya nüfusu 2009 ile 2050 arasında yüzde bir buçuktan fazla, yani 2,3 milyar kişi artabilir. Bu da gıda talebinde muazzam bir artışa yol açacaktır.

Örneğin, tahıl talebi, hem insan gıdası hem de hayvan yemi olarak, 2050 yılına kadar yaklaşık 3 milyar ton seviyesine ulaşabilir. Raporda ayrıca, 2050’de 9,1 milyar kişilik küresel nüfusu beslemek için 2005/07 ile 2050 arasında toplam gıda üretiminin neredeyse %70 artırılması gerektiği tahmin edilmektedir. Gelişmekte olan ülkelerde bu büyüme neredeyse %100 olmalıdır.

FAO, bu hedeflerin yalnızca verim artırıcı teknolojilerin kullanılmasıyla gerçekleştirilebileceğine inanıyor. Açıkça belirtiyor ki, mahsul üretimindeki büyümenin %90’ı daha yüksek verim ve artan ekim yoğunluğundan, geri kalan kısmı ise arazi genişlemesinden gelmelidir.

Mahsul üretim verimliliğini artırmak ve verim oranını yükseltmek bir gerçek olsa da, iklim değişikliğinin bir yan ürünü olarak dünyada ortaya çıkan öngörülemeyen hava koşullarına karşı dayanıklı hâle getirmek de gereklidir.

Minikromozom teknolojisinin kuraklığa dayanıklı mahsuller üretmede yardımcı olduğunu zaten gördük. Ancak, bu tür mahsulleri daha büyük ölçeklerde üretmek için dünya, hükümetlerden ve büyük çokuluslu şirketlerden giderek daha fazla yatırım almalıdır. İyi haber, bu tür örneklerin zaten mevcut olmasıdır.

Chromatin Inc.’in keşfiyle oluşturduğu iz sürülürse, birçok büyük küresel şirketin yıllardır teknolojisine ilgi gösterdiğini göreceğiz. Önce bu ilgi ifadelerine bakacağız, ardından bu şirketlerin bu alanda sahip olabilecekleri ilgili çözümleri daha derinlemesine inceleyeceğiz.

• 2007 yılında Chromatin, Syngenta Biology Inc.’e mısır ve soya fasulyesi için teknolojiyi kullanma hakkı veren münhasır olmayan bir lisans verdi.
• Syngenta’dan sonra, şirket Dow AgroSciences ile minikromozom teknolojisini Dow’un teknolojisiyle birleştirme araştırması için bir anlaşma yaptı.
• Ayrıca, teknolojiyi pamuk bitkilerinde kullanmak için Bayer Crop Science ile bir anlaşma imzaladı.

Şimdi, bu üç çok uluslu şirketin o zamana kadar başarıyla gerçekleştirdiği ilgili verim artırıcı gelişmelere bakacağız.

1. Syngenta Biology Inc.

Syngenta, daha verimli tohum özelliği teknolojileriyle mahsul geliştirmeye devam etmektedir. Syngenta’nın özellik dönüşüm hızlandırıcısı, piyasaya hızlı bir şekilde hazır hâle gelmek için son teknoloji kullanan mısır tohumu ürünlerini tanıttı.

Minikromozom gibi teknolojileri benimsemeye devam ederken, moleküler biyoloji, biyokimya, bitki dönüşümü ve uygulamalı genomik alanlarını büyük ölçüde ilerletmek için çalıştı. Agrisure Artesian, Agrisure Duracade, Agrisure Viptera ve Enogen gibi ürünleri, çiftçilerin mahsullerini öngörülemeyen yağışlardan, yıkıcı böcek ve zararlılardan korumalarına yardımcı olacak güvenilir tohum teknolojisi çözümleri sundu.

9 Kasım 2023 tarihinde Syngenta Group, finansal sonuçlarını duyurdu. 2023’ün ilk dokuz ayında satışları 24,3 milyar ABD doları oldu ve yıllık %6 azaldı. EBITDA, 2022’ye kıyasla %22 daha düşüktü.

2. Dow AgroSciences

Dow Corporation, bitki büyümesini optimize ederken kaynak kullanımını en aza indiren bir dizi mahsul çözümüne sahiptir. Dow, mahsul çözümleriyle bitkileri böcek, yabani ot ve hastalıklardan koruyarak kayıpları azaltmayı hedefler. Ayrıca, besin ve suyun verimli dağıtımını sağlarken, güvenilir yapı taşlarıyla pestisit sentezini mümkün kılar.

Dow, 2023 üçüncü çeyrek sonuçlarını 24 Ekim 2023’te yayınladı. Şirket, net satışları 10,7 milyar ABD doları olarak kaydetti; bir önceki yılın aynı dönemine göre %24 azaldı. GAAP hisse başına kazanç 0,42 ABD doları, işletme hisse başına kazanç (EPS) ise 0,48 ABD doları oldu; bir önceki yıl aynı dönemde 1,11 ABD doları ve bir önceki çeyrekte 0,75 ABD doları idi.

3. Bayer Crop Science

Bayer Crop Sciences, Bayer Global’in bir parçası olarak, tohum ve özellik inovasyonları ve mahsul korumasına odaklanmaktadır. Yenilikleri, biyoteknoloji bilim insanlarının bitki DNA’sında hedefli iyileştirmeler yapmasına yardımcı olmuştur. Çözümleri, yerleşik otoksit toleransı sayesinde yabani ot kontrolü sağlar ve çiftçilerin tohumlarının genetik potansiyelini korurken, çok daha düşük çevresel etkiyle daha verimli bir şekilde büyümelerini destekler.

Bayer’a göre, mahsul koruma faydaları muazzamdır. Mahsul koruma mekanizması, dünya çapında verimin yaklaşık %30’unu korur; bu da 550 milyon ton gıdaya eşdeğer olup, 2 milyardan fazla insanı besleyebilir.

Bayer’ın mahsul koruma çözüm yelpazesi otoksitler, fungisitler ve insektisitleri içerir. Tüm çözümleri son teknoloji kimya, biyolojik yenilikler ve veri odaklı saha içgörüleriyle desteklenir. Teknolojilerinin hassas uygulanması, son derece gelişmiş tohum ve özellikler ortaya çıkarır.

2022 finansal yılında Bayer Group, grup satışlarını 50,739 milyar euro olarak kaydetti; döviz ve portföy ayarlamalarıyla %8,7 artış gösterdi. Özel kalemlerden önceki EBITDA, 13,513 milyar euro olarak %20,9 artış gösterdi.

Minikromozom Teknolojisinin Geleceği

Artan nüfus, öngörülemeyen iklim ve dünya genelinde ekilebilir arazi artışının mümkün olmaması, minikromozom gibi daha gelişmiş mahsul üretim teknolojilerine duyulan ihtiyacı ortaya koymaktadır. Minikromozom teknolojisinin en umut verici yönü, benzer teknolojilerin ortaya çıkmasına zemin hazırlamasıdır.

Mevcut araştırmalar, etkili genetik değişikliklerin, çevresel olumsuz koşullara rağmen bir bitkinin daha iyi büyümesine yardımcı olabileceğini göstermektedir. Örneğin, mısır verimi %10 artmıştır. Üretimleri artmakla kalmamış, aynı zamanda bu mısırlar daha yüksek kuraklık toleransı, daha yüksek lizin içeriği ve artırılmış etanol üretim kapasitesiyle daha iyi hâle gelmiştir.

Minikromozom gibi teknolojilere dayalı genetik mühendislik, patates külleme hastalığına karşı direnç sağlayabilir ve kimyasal fungisit kullanımını %90’a kadar azaltabilir. Artık patates tarımı çevreye daha az etki yapıyor, ürünlerde daha az çürük ve siyah leke bulunuyor. Bu patateslerin depolama kapasitesi artmış ve üretiminde daha az kimyasal kullanılması, sağlık açısından daha az zararlı hâle getirmiştir.

Sadece mısır ve patates değil, minikromozom teknolojisi aynı zamanda kutup elmalarının, Hawaii’deki papaya çeşitlerinin, yaz kabakları ve kabakların üretimini de iyileştirmeye devam ediyor. Meyvelerin kararmasını önlerken besin değerlerini ve lezzetlerini korumalarına yardımcı oldu. Halkaç virusu, sarı mozaik virüsü ve benzeri zararlı çeşitlere karşı etkili olduğunu kanıtladı. Ayrıca, kalp sağlığımıza zarar veren trans yağ içermeyen soya yağları geliştirilmesine de katkı sağladı.

Genel olarak, minikromozom gibi yenilikçi tarım tekniklerine artan ilgi, dünya çapında mahsul verim oranlarını artırmanın bir öncelik olduğu bir dönemde ortaya çıkmaktadır ve bu da daha sürdürülebilir, daha düşük karbon ayak izine sahip bir üretim anlamına gelmektedir. İşte bu noktada minikromozom teknolojisi en parlak şekilde parlıyor, çünkü her iki hedefi de büyük ölçüde gerçekleştirmeye yardımcı oluyor. Bu nedenle, önümüzdeki günlerde bu alana daha fazla yatırım ve araştırma fonu akışı beklemek makul bir beklentidir.

Mikropları mühendislik yoluyla tasarlanan bitki mikrobiyomlarının mahsulleri bakterilerden nasıl koruduğunu öğrenmek için buraya tıklayın.