Pas Mantarları: Puccinia ve Buğday

Bir hastalık etkeninin yaşam döngüsünü tamamlamak için birbirine hiç benzemeyen iki ayrı bitkiye ihtiyaç duyması ilk bakışta tuhaf gelir. Tahıl pası mantarları tam olarak böyle çalışır. Bir derlemeye göre tahıllarda pas hastalığı yapan mantarlar Puccinia cinsinde toplanır, zorunlu ve biyotrof yaşarlar; sarı pas etkeninin ara konağının bulunmasıyla birlikte bu grubun bütün türlerinin eşeyli döngüyü tamamlamak için iki farklı bitki türüne ihtiyaç duyduğu anlaşılmıştır (Zhao ve ark., 2016). Bu yazı buğdaydaki pas mantarlarını genom, yaşam döngüsü, spor taşınımı ve direnç genleri üzerinden ele alıyor.

Yalnız canlı dokuda büyüyen bir mantar

Pas mantarları besinlerini yalnız canlı bitki dokusundan alır ve konak dışında büyüyemez; bu yüzden laboratuvarda çalışılmaları uzun süre zor olmuştur (Duplessis ve ark., 2011). Aynı genom çalışmasında buğday kara pası etkeni Puccinia graminis f. sp. tritici'nin genomu yaklaşık 89 megabaz olarak dizilenmiş ve 17.773 protein öngörülmüştür (Duplessis ve ark., 2011). Yazarlar bu yaşam biçimiyle ilişkili izleri şöyle sıralamıştır: soya özgü genişlemiş gen aileleri, efektör benzeri küçük salgı proteinlerinden oluşan geniş bir repertuvar, zayıflamış azot ve kükürt özümleme yolları ve genişlemiş amino asit ile oligopeptit taşıyıcı aileleri (Duplessis ve ark., 2011). Aynı çalışmada küçük salgı proteinlerini, salgılanan hidrolitik enzimleri ve taşıyıcıları kodlayan transkriptlerin bitki içinde belirgin biçimde arttığı görülmüştür (Duplessis ve ark., 2011).

Kısacası mantar, kendi yapabileceği bazı işleri konağa bırakmış bir organizma gibi okunabilir. Konak dokusu içinde ilerleyen ipliksi yapının genel biyolojisi hifa nedir yazısında. Saprotrof, parazit ve ortak yaşam arasındaki genel ayrım mantarlar nasıl beslenir yazısında anlatılıyor.

İki konaklı yaşam döngüsü

Pas mantarlarının döngüsünde birincil konak tahıl, ara konak ise bambaşka bir bitkidir. Ara konakların hastalığın yayılışındaki ve etkenin çeşitliliğindeki payı türden türe ve bölgeden bölgeye iklim ve ekim koşullarına göre büyük farklar gösterir (Zhao ve ark., 2016). Buğday yaprak pası etkeni Puccinia triticina için derlemede birincil konaklar arasında ekmeklik ve makarnalık buğday, ara konaklar arasında ise Thalictrum speciosissimum ve Isopyrum fumaroides sayılmıştır (Bolton ve ark., 2008).

Sarı pas etkeni uzun süre eşeyli evresi olmayan, yalnız üredinial ve telial evrelerden oluşan bir döngüye sahip sanılmış; kadıntuzluğu (Berberis) türlerinin ara konak olduğunun keşfi bu görüşü değiştirmiştir (Mehmood ve ark., 2019). Pakistan'ın Himalaya bölgesinden toplanan beş Berberis türü ve iki alt türle yapılan kontrollü koşullardaki çalışmada aşılanan bütün bitkilerde piknit ve aesyum evreleri oluşmuş, buradan alınan aesyosporlar buğdayı yeniden enfekte etmiştir (Mehmood ve ark., 2019).

Rüzgârla yüzlerce kilometre

Yaprak pası etkeni, enfekte yaprak dokusu canlı kaldığı sürece bulaşıcı üredosporlar üretebilir; bu sporlar rüzgârla taşınıp kaynak bitkiden yüzlerce kilometre uzaktaki konakları enfekte edebilir ve kıta ölçeğinde salgınlara yol açabilir (Bolton ve ark., 2008).

Daha uzun mesafeler de modellenmiştir. Avustralya ve Güney Afrika'dan 29 kara pas ırkının mikrosatelit işaretleriyle karşılaştırıldığı çalışmada iki popülasyonun genetik olarak yakın olduğu doğrulanmış; atmosferik dağılım benzetimleri Güney Afrika'dan Avustralya'ya uzun mesafeli taşınmanın mümkün ama seyrek olduğunu göstermiştir (Visser ve ark., 2019). Aynı çalışmanın benzetimlerinde canlı spor aktarımı, orta Güney Afrika'dan yapılan salımlarda benzetim günlerinin yaklaşık yüzde 7'sinde gerçekleşmiştir (Visser ve ark., 2019).

Ug99: bir ırkın hikâyesi

Kara pas etkeninin Ug99 ırkı ilk kez 1998'de Uganda'da saptanmış; derlemenin yazıldığı dönemde bu soydan yedi ırk biliniyordu ve soy Doğu Afrika dağlık bölgelerinden Zimbabve, Güney Afrika, Sudan, Yemen ve İran'a kadar yayılmıştı (Singh ve ark., 2011). Aynı derlemeye göre dünyada ekilen buğday çeşitlerinin yüzde 90'ının duyarlı olması nedeniyle Ug99 grubu buğday üretimi ve gıda güvenliği için ciddi bir tehdit olarak kabul edilmiştir (Singh ve ark., 2011).

Bu ırkın nasıl ortaya çıktığı sorusuna genom verisi ilginç bir cevap verdi. Haplotipleri tam ayrıştırılmış genom montajıyla yapılan çalışmada Ug99'un iki dikaryon arasında somatik melezleşme ve çekirdek değişimiyle doğduğu, çekirdeklerinden birini çok daha eski bir Afrika soyuyla rekombinasyon olmadan paylaştığı gösterilmiştir (Li ve ark., 2019). İki çekirdekli hücre fikri dikaryon nedir yazısında, hücrelerin birleşme yolu ise hifa füzyonu yazısında anlatılıyor.

Direnç geni ile avirülans geni

Buğday ile pas arasındaki ilişki büyük ölçüde gen karşılaşmalarıyla okunur. Buğdaydaki Sr35 direnç geni, Ug99 dahil kara pasın saldırgan ırklarına karşı bitkide tam bir direnç oluşturur; kimyasal mutasyonla elde edilen ve doğal izolatların karşılaştırmalı genom dizilemesiyle bulunan AvrSr35 geni, Sr35 ile etkileşip bitkinin savunma yanıtını tetikleyen salgılanan bir protein kodlar (Salcedo ve ark., 2017). Aynı çalışmada Sr35'e karşı virülent izolatların ortaya çıkışı, AvrSr35 geninin hareketli bir genetik elemanın araya girmesiyle işlevsizleşmesine bağlanmıştır (Salcedo ve ark., 2017).

Sarı pasta tablo daha da hareketli. Bir derlemeye göre eşeyli üremeden türemiş, genetik olarak çeşitli sarı pas ırkları hızla dünyaya yayılmış ve daha önceki, klonal olarak çoğalan ve yavaş evrilen yerel popülasyonların yerini büyük ölçüde almıştır (Bouvet ve ark., 2022).

Türkiye'deki sarı pas popülasyonu

Türkiye'nin altı coğrafi bölgesinden 2018-2020 arasında toplanan 140 sarı pas izolatının 21 basit dizi tekrarı lokusuyla genotiplendiği çalışmada 70 çok lokuslu genotip bulunmuş ve bunlar üç ana genetik gruba ayrılmıştır (Cat ve ark., 2024). Aynı çalışmada genotipik çeşitliliğin öne çıktığı bölge Güneydoğu Anadolu olmuş, göç ağında Güneydoğu ile İç Anadolu arasındaki bağlantı belirgin çıkmıştır (Cat ve ark., 2024). Yazarlar pek çok bölgede bağlantı dengesi saptandığını ve bunun popülasyonların eşeyli ya da karma üreme yaptığına işaret ettiğini bildirmiştir (Cat ve ark., 2024).

Bu bulguları okurken

Buradaki sonuçlar belirli ırklar, izolat koleksiyonları ve deney düzenleri için geçerli; bir hastalık yönetimi ya da ilaçlama rehberi değil. Pas mantarları bitki patojeni mantarların yalnız bir kolu; mantar soylarının zaman içinde nasıl ayrıldığı mantarların evrimi ve fosil kayıtları yazısında özetleniyor. Tahıllarda başka bir yaşam stratejisini pirinç yanıklığı etkeni Magnaporthe oryzae, yine canlı hücreye bağımlı ama bambaşka bir soyu külleme nedir yazısı ele alıyor.

Bilimsel referanslar

Bolton, M.D. et al. (2008). Wheat leaf rust caused by Puccinia triticina. Mol Plant Pathol, 9(5), 563-75. PMID 19018988. DOI 10.1111/j.1364-3703.2008.00487.x.

Bouvet, L. et al. (2022). The evolving battle between yellow rust and wheat: implications for global food security. Theor Appl Genet, 135(3), 741-753. PMID 34821981. DOI 10.1007/s00122-021-03983-z.

Cat, A. et al. (2024). Genetic Diversity and Population Structure of Wheat Stripe Rust Pathogen (Puccinia striiformis f. sp. tritici) in Turkey. Phytopathology, 114(1), 251-257. PMID 37344756. DOI 10.1094/PHYTO-02-23-0066-R.

Duplessis, S. et al. (2011). Obligate biotrophy features unraveled by the genomic analysis of rust fungi. Proc Natl Acad Sci U S A, 108(22), 9166-71. PMID 21536894. DOI 10.1073/pnas.1019315108.

Li, F. et al. (2019). Emergence of the Ug99 lineage of the wheat stem rust pathogen through somatic hybridisation. Nat Commun, 10(1), 5068. PMID 31699975. DOI 10.1038/s41467-019-12927-7.

Mehmood, S. et al. (2019). Identification of Berberis Species Collected from the Himalayan Region of Pakistan Susceptible to Puccinia striiformis f. sp. tritici. Plant Dis, 103(3), 461-467. PMID 30657429. DOI 10.1094/PDIS-01-18-0154-RE.

Salcedo, A. et al. (2017). Variation in the AvrSr35 gene determines Sr35 resistance against wheat stem rust race Ug99. Science, 358(6370), 1604-1606. PMID 29269474. DOI 10.1126/science.aao7294.

Singh, R.P. et al. (2011). The emergence of Ug99 races of the stem rust fungus is a threat to world wheat production. Annu Rev Phytopathol, 49, 465-81. PMID 21568701. DOI 10.1146/annurev-phyto-072910-095423.

Visser, B. et al. (2019). Microsatellite Analysis and Urediniospore Dispersal Simulations Support the Movement of Puccinia graminis f. sp. tritici from Southern Africa to Australia. Phytopathology, 109(1), 133-144. PMID 30028232. DOI 10.1094/PHYTO-04-18-0110-R.

Zhao, J. et al. (2016). Role of Alternate Hosts in Epidemiology and Pathogen Variation of Cereal Rusts. Annu Rev Phytopathol, 54, 207-28. PMID 27296143. DOI 10.1146/annurev-phyto-080615-095851.

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