1970 Güney Mısır Yaprak Yanıklığı Salgını

1970 yazı Amerika Birleşik Devletleri'nin mısır tarlaları için alışılmadık bir mevsim oldu. Güney mısır yaprak yanıklığı o güne kadar yıllık ortalama kaybı yüzde 1'in altında kalan küçük bir hastalıktı; 1970'te ise kayıplar 710 milyon buşele yaklaştı (Tatum, 1971). Salgının arkasında bir mantar ırkı, bir tohum teknolojisi ve mitokondrideki tek bir gen vardı. Bu yazı o yılın hikâyesini ve moleküler biyolojinin salgını elli yıl boyunca nasıl yeniden okuduğunu anlatıyor.

Bir yıllık felaket

Salgının hemen ardından Science dergisinde yayımlanan bir değerlendirme, 1970 büyüme mevsiminde ABD mısır ürününde konak ile parazit arasındaki etkileşimin ve dengenin genetiğinde çarpıcı bir kayma yaşandığını yazıyordu (Tatum, 1971). Hastalığın etkeni o zamanki adıyla Helminthosporium maydis'ti ve yazar salgının besin bitkilerinin zararlılara karşı ne kadar savunmasız olduğunu gösterdiğini belirtti (Tatum, 1971).

Elli yıldan sonra yapılan bir değerlendirme sayıları bugünün ölçüsüne çevirir. Salgın ABD mısır ürününde yaklaşık yüzde 16 kayba yol açmış, bu da bugünkü değerle yaklaşık 8 milyar dolara karşılık gelmiştir (Balint-Kurti ve ark., 2024). Aynı yazarların dikkat çektiği bir nokta vardır: salgın yalnızca tek bir yıl sürmüştür (Balint-Kurti ve ark., 2024).

Texas sitoplazması

Salgının anahtarı tohumdaydı. Salgına, o yıl ekilen hibrit mısır tohumunun büyük bölümünün üretiminde kullanılan Texas erkek kısır sitoplazmasının (cms-T) yaygınlığı yol açmıştı (Balint-Kurti ve ark., 2024).

Sorun, bu erkek kısırlığın tek başına gelmemesiydi. Texas sitoplazması, sitoplazmayla kalıtılan iki özellik taşır: erkek kısırlık ve hastalığa duyarlılık (Levings, 1990). İki özellik birbirinden ayrılamaz ve T-urf13 adlı alışılmadık bir mitokondri geniyle ilişkilidir; bu gen 13 kilodaltonluk URF13 proteinini kodlar (Levings, 1990). Başka bir çalışmada bu 13 kDa'lık polipeptidin yalnızca cms-T mısırında sentezlendiği ve mitokondri zarı kesriyle birlikte saflaştığı gösterilmiş, gene urf13-T adı verilmiştir (Dewey ve ark., 1987).

Mekanizma birkaç adımda çözüldü. cms-T mısırından ayrılan mitokondriler, Bipolaris maydis ırk T'nin ürettiği toksine özgül olarak duyarlıdır; URF13 bakteride üretildiğinde bile bakteriye bu duyarlılığı kazandırmıştır (Dewey ve ark., 1988). Bir derlemeye göre T-toksinler zara bağlı URF13 alıcısıyla etkileşerek zarda suyu geçiren gözenekler açar ve URF13 ligandla açılan, gözenek oluşturan bir toksin alıcısı gibi davranır (Siedow ve ark., 1995).

Irk T nereden geldi

Mantarın bugünkü adı Cochliobolus heterostrophus'tur. Oldukça virülan ırk T ilk kez 1970'te ABD mısır ürününü harap eden güney mısır yaprak yanıklığı salgınıyla tanınmıştır (Turgeon ve ark., 2007). Irk O ise Tox1 lokusunu taşımaz ve T-toksin üretmez (Turgeon ve ark., 2007). Irk T'de PKS1 adlı poliketit sentaz geni hedefli olarak bozulduğunda T-toksin üretimi ve yüksek virülans ortadan kalkmıştır; yazarlar ırk T'nin bu geni dikey kalıtımla değil yatay DNA aktarımıyla kazanmış olabileceğini öne sürmüştür (Yang ve ark., 1996).

Salgın monokültür olarak ekilmiş T sitoplazmalı mısır tarlalarını ABD'nin doğusu boyunca harap etmiş ve daha önce görülmemiş ırk T tarafından sürüklenmiştir (Condon ve ark., 2018). Aynı biyolojik özgüllüğe sahip ikinci bir mantar, Phyllosticta zeae-maydis, tesadüfen aynı dönemde ortaya çıkmıştır (Condon ve ark., 2018). Karşılaştırmalı genomik, T-toksin genlerinin atasal türlerde de bulunduğunu ve C. heterostrophus dahil bazı türlerin Tox1'i yatay gen aktarımıyla kazandığını göstermiştir (Condon ve ark., 2018). Mantarlar arasında genlerin nasıl yatay aktarılabildiği mantarlarda yatay gen transferi yazısında ayrıca anlatılıyor.

Uzun okumalı dizileme bu farkın boyutunu gösterdi. Irk T ile çok daha az saldırgan olan ırk O arasındaki işlevsel fark, konağa özgü bir poliketit olan T-toksinin üretimidir; aşırı virülans ise yaklaşık 1 milyon bazlık ırk T'ye özgü DNA ile ilişkilidir ve bu DNA'nın yalnızca bir bölümü Tox1 genlerini kodlar (Haridas ve ark., 2023).

Dersler yeniden okunuyor

1970 salgını on yıllarca ders kitaplarında tarımsal genetik tekdüzeliğin uyarıcı örneği olarak okutuldu. Tatum, tohum endüstrisinin 1971'de ürünün yaklaşık yarısını ekmeye yetecek dirençli ve kısmen dirençli tohum sağlayabileceğini, 1972'de ise yeterli arzın beklendiğini yazmıştı (Tatum, 1971). Yarım yüzyıl sonra yazılan değerlendirme, salgının literatürde ve ders kitaplarında çoğu zaman ıslahçıların ve tohum şirketlerinin genetik tekdüzeliğin tehlikelerini anlamadan yaptıkları felaket bir hata olarak anlatıldığını not eder ve bu anlatıyı yeniden tartışır (Balint-Kurti ve ark., 2024).

Tek bir genetik tabana dayanan tarımın başka örnekleri de vardır. Aynı klona dayanan muz bahçelerinin öyküsü muzda Fusarium solgunluğu, dar bir genetik tabanla kurulan kauçuk bahçelerinin öyküsü ise kauçuk ağacında yaprak yanıklığı yazısında. Pirinçte benzer ölçekte kayıplara yol açan bir mantar hastalığı için pirinç yanıklığı yazısına bakılabilir.

Bilimsel referanslar

Balint-Kurti, P. & Pataky, J. (2024). Reconsidering the Lessons Learned from the 1970 Southern Corn Leaf Blight Epidemic. Phytopathology, 114(9), 2007-2016. PMID 38836794. DOI 10.1094/PHYTO-03-24-0105-PER.

Condon, B.J. et al. (2018). Clues to an Evolutionary Mystery: The Genes for T-Toxin, Enabler of the Devastating 1970 Southern Corn Leaf Blight Epidemic, Are Present in Ancestral Species, Suggesting an Ancient Origin. Mol Plant Microbe Interact, 31(11), 1154-1165. PMID 29792566. DOI 10.1094/MPMI-03-18-0070-R.

Dewey, R.E. et al. (1987). A mitochondrial protein associated with cytoplasmic male sterility in the T cytoplasm of maize. Proc Natl Acad Sci U S A, 84(15), 5374-8. PMID 16593863. DOI 10.1073/pnas.84.15.5374.

Dewey, R.E. et al. (1988). A 13-kilodalton maize mitochondrial protein in E. coli confers sensitivity to Bipolaris maydis toxin. Science, 239(4837), 293-5. PMID 3276005. DOI 10.1126/science.3276005.

Haridas, S. et al. (2023). T-Toxin Virulence Genes: Unconnected Dots in a Sea of Repeats. mBio, 14(2), e0026123. PMID 36883814. DOI 10.1128/mbio.00261-23.

Levings, C.S. (1990). The Texas cytoplasm of maize: cytoplasmic male sterility and disease susceptibility. Science, 250(4983), 942-7. PMID 17746917. DOI 10.1126/science.250.4983.942.

Siedow, J.N. et al. (1995). The relationship between the mitochondrial gene T-urf13 and fungal pathotoxin sensitivity in maize. Biochim Biophys Acta, 1271(1), 235-40. PMID 7599214. DOI 10.1016/0925-4439(95)00033-z.

Tatum, L.A. (1971). The southern corn leaf blight epidemic. Science, 171(3976), 1113-6. PMID 17777595. DOI 10.1126/science.171.3976.1113.

Turgeon, B.G. & Baker, S.E. (2007). Genetic and genomic dissection of the Cochliobolus heterostrophus Tox1 locus controlling biosynthesis of the polyketide virulence factor T-toxin. Adv Genet, 57, 219-61. PMID 17352906. DOI 10.1016/S0065-2660(06)57006-3.

Yang, G. et al. (1996). A polyketide synthase is required for fungal virulence and production of the polyketide T-toxin. Plant Cell, 8(11), 2139-50. PMID 8953776. DOI 10.1105/tpc.8.11.2139.

Bu içerik bilgilendirme amaçlıdır, tıbbi tavsiye niteliği taşımaz. Herhangi bir sağlık kararı almadan önce hekiminize danışınız. Fonksiyonel mantarlar ilaç değildir ve hastalıkların tedavisinde kullanılamaz.

Atıf yapılan kaynak: 10  |  Yöntem: Editöryel Politika  |  Referanslar: Bibliyografya