Kahvede Somatik Embriyogenez Oluşumunu Etkileyen Faktörler

Kahve’da somatik embriyogenez oluşumunun kontrolü henüz tam olarak tanımlanmamıştır. C. arabica’da somatik embriyogenez oluşumunu kontrol eden faktörlerin bilinmesi, uygulamasının ve özellikle de doğrudan yolun optimize edilmesini sağlar. Bir türün somatik embriyogenezinin yüksek veya düşük kapasitesi, totipotenslerinin doğasında olan, eksplantta yeterli hücrelerin varlığı veya olmaması ile ilgilidir. Somatik embriyogenez kapasitesinin korunması, belirlenen ve yetkin hücrelerin proliferasyonunu sürdüren koşulların kullanılmasını gerektirir.
Somatik embriyogenez rejenerasyon kapasitesi, eksplant donör bitki gelişim aşaması, eksplant donör bitki fizyolojik koşulları ve bitkiye göre eksplant konumu ile ilişkilidir. Bununla birlikte in vitro kültür koşulları ve esas olarak bitki büyüme düzenleyicileri gibi diğer faktörlerle de ilişkilidir. Mevsimler, bitki eksplantlarının sahadaki sekiz C. Arabica genotipine dolaylı somatik embriyogenez yanıtını etkiler. Eksplantlar sonbahar-kış mevsiminde ilkbahar-yaz mevsimine göre daha somatik embriyolar oluşturur.

İn Vitro Kültür Durumu Faktörleri

Somatik embriyogenez, kahve yetiştirme programlarına katkıda bulunur. Bu, hücresel totipotent kavramına dayanan bir eşeysiz üreme sürecidir. Bitki dokusunun her haploid veya somatik hücresi, eksiksiz ve işlevsel bir bitki oluşturmak için gerekli genetik bilgiye sahiptir. Somatik embriyogenez, dolaylı veya doğrudan gerçekleşebilir. Kahve arabica genotipleri doğrudan, dolaylı veya her ikisine birden yanıt verebilir. Bu türde, dolaylı somatik embriyogenez iki aşamadan oluşur: kallojenez ve embriyojenez, doğrudan yol ise kallogenez olmaksızın tek bir aşamada gerçekleşir. Kahve’da genel olarak dolaylı yol, oksin ve sitokinin tarafından ve yalnızca sitokinin ile doğrudan yolak tarafından indüklenir. Bu kahve türünün genotipleri, yüksek somatik embriyo üretimi ile genellikle dolaylı yoldan kolayca yanıt verir. Ancak bunlar, doğrudan yoldan verimsizdir çünkü düşük embriyo üretimi sunarlar ve süreç uzun süre devam eder.

Aydınlatma

C. arabica’nın dolaylı somatik embriyogenezinde, calli indüklenir ve ışığın yokluğunda veya varlığında başlatılır. Ancak sadece ışık yokluğunda muhafaza edilirse daha büyük bir boyuta ulaşır. Bu kahve çekirdeklerin boyutları her ay kademeli olarak artar ve 30 mm’ye kadar boyutlara ulaşabilir. Doğrudan yolda, C. arabica eksplantları da ışık varlığında yanıt vermekte güçlük çekerler. Böylelikle eksplantların kenarında, ışık varlığında veya yokluğunda boyut ve şekil değişikliği olmaksızın kalan, embriyojenik yapılar olarak adlandırılan küçük yapılar oluşur.

Yetiştirme Sıcaklığı

Yetiştirme sıcaklığı, somatik embriyogenez yanıtını etkileyebilecek başka bir faktördür. Catuaí çeşidinin yaprak eksplantları ve iki hibrit, 25 ° C’ye kıyasla 30 ° C’de daha yüksek somatik embriyo oluşumunu gösterir.

Bitki Büyüme Düzenlemesi

Çeşitli çalışmalar, bu konuda en çok araştırılan yönü olan, bitki düzenleyicilerin Kahve yaprak eksplantlarında somatik embriyo oluşumunu kontrol etmede belirleyici bir rol oynadığını göstermektedir. Bu tür için halihazırda iyi kurulmuş olan arabica, oksin veya sitokin kombinasyonu genellikle kullanılır. Bu yolda, oksin 2,4 D, C. arabica yaprak eksplantlarında kallojenezi indüklemek için en çok kullanılanı olmuştur. Bu oksin güçlü kabul edilir ve aynı zamanda anterler ve köklerin indüksiyonu için kullanılır.
Doğrudan yolun indüksiyonu için çoğu çalışma, oksinsiz sitokini kullanır, çünkü oluşumunu engelleme eğilimindedir. Bununla birlikte, doğrudan yol yanıtının etkinliği, kullanılan sitokinin tipine ve konsantrasyonuna bağlı olarak değişebilir. Öncü bir çalışma, 5-M dozunda 6-BA’nın C. arabica eksplantlarında doğrudan yolak indüksiyonuyla eşleştiği bildirilmiştir.
Somatik embriyoların oluşumu ayrıca, tümü 5-M konsantrasyonda olmak üzere 2-iP, ZE, Ki ve 6-BA olan farklı sitokinlerin eklenmesi ile MS ortamında aşılanan C. canephora eksplantlarından elde edilmiştir. Eksplantlar, tüm sitokinlerin varlığında somatik embriyolar oluşturur, ancak yanıtlar sitokin tipine göre değişir ve 2-iP, ZE, Kin ve 6-BA’dan daha verimli olur. Yapılan bir çalışmada, farklı konsantrasyonlarda kullanılan oksinlerin de bu genotiplerin doğrudan somatik embriyogenezini inhibe ettiği bulunmuştur. Başka bir çalışmada Zeatin, C. canephora eksplantlarında doğrudan yol tepkisine neden olmuştur. Başka bir çalışmada ise 7,5 ve 10 µM’lik 2-iP konsantrasyonlarının 2,5 ve 5 µM dozlarından daha fazla sayıda somatik embriyoyu desteklediği bulunmuştur.
Sentetik sitokin 6-benzilaminopurin ayrıca C. arabica eksplantlarında doğrudan yolu indükleme kabiliyetine sahiptir. 30-M konsantrasyonda kullanılan 6-BA, Mundo Novo de C. arabica çeşidinin yaprak eksplantlarında 10 ve 20-M dozlarından daha yüksek somatik embriyo üretimine neden olmuştur. Ancak 6-BA konsantrasyonu yüksek olmasına rağmen embriyo üretimi azalmış ve süreç de uzun bir süre devam etmiştir. Bununla birlikte bu sonuç ilginçtir, çünkü 6-BA, zeatin ve 2-iP’den daha ucuz ve elde edilebilir bir sentetik sitokin olduğundan, klonal fide oluşumunun maliyetinin düşürülmesine yardımcı olur. Sitokin TDZ ayrıca C. arabica somatik embriyolarının doğrudan yolla yenilenmesini indüklemek için de kullanılmıştır. Kültivar IAPAR 59 ve C. arabica hibrid Sachimor’un yaprak eksplantları, 2.27’lik konsantrasyonlarda TDZ varlığında doğrudan somatik embriyogenez tepkisi göstermiştir.
Literatür, Kahve direkt yolağının sadece sitokin varlığında meydana geldiğinin iyi kanıtlandığını göstermektedir. Ancak bu türün eksplantlarının oksin varlığında somatik embriyolar oluşturduğu çalışmaları bulmak da mümkündür. Kültivar Acaia Cerrado’nun eksplantları kinetin, GA 3 ve NAA ilavesiyle tek bir kültür ortamında büyütüldüğünde somatik embriyolar oluşturdu. Başka bir çalışmada, Mundo Novo çeşidinin doğrudan yola gönderilen yaprak eksplantlarının, tek başına 2-iP ile karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırmada, brassinosteroid ile ilişkili 2-iP tedavisine yanıt olarak yüksek somatik embriyo üretimi gösterdiği bulunmuştur. Öte yandan, sitokin olmaksızın tek başına brassinosteroid ile muamele edilen eksplantlar, herhangi bir somatik embriyo oluşumu olmaksızın sadece embriyojenik yapılar oluşturmuştur.

Gerilme Faktörü

Stres faktörleri, farklı türlerde embriyojenik yeterliliğin kazanılmasını teşvik etmekle ilişkilidir. Stresli koşullar, farklı türlerde embriyojenik yeterliliğin kazanılmasını da etkileyebilir. Çalışmalar, somatik embriyojenez oluşumunun, eksplantların bazı yüksek yoğunluklu stres faktörlerine veya yüksek konsantrasyonlu bitki büyüme düzenleyicisine maruz kalmasıyla güçlü bir şekilde ilişkili olduğunu göstermektedir. Ozmotik stres tedavileri eksplantın ortamını değiştirir. Doku ve organ büyüme koşullarındaki bu değişiklik, hücrelerin gelişim süreçlerinde değişikliklere uğramasını sağlayan ve onları somatik embriyojenez için indüktif sinyaller için yetkin hale getiren estrumu temsil edebilir. Dolayısıyla, stres indüksiyon sistemi iki aşamadan oluşur: embriyojenik yeterliliğin kazanılması ve somatik embriyonun oluşumu.
Farklı türlerde bulunan yanıtlardan, stres indüksiyon sisteminin daha fazla somatik embriyo oluşumuna neden olabileceği gösterilmiştir. Ancak kontrol ve eylem biçimleri bilinmemektedir ve bu yön, kahve bitkilerinin kültüründe çok az çalışılmıştır. Doğrudan somatik embriyojenez için gönderilen C. canephora eksplantlarının, 6 g içeren bir ortama göre 3 g agar eklenmiş bir ortamda daha fazla sayıda embriyo oluşturduğu doğrulanmıştır. Bu sonuç, kültürün ozmotik potansiyelini değiştirmenin somatik embriyogenez yeteneğini destekleme eğiliminde olduğuna dair dolaylı kanıtıdır. Başka bir çalışmada, kültür ortamının ozmotik konsantrasyonundaki değişikliğin embriyogenez yanıtını etkilediği bulunmuştur. % 7 PEG 6000 kullanımı, C. arabica genotipleri AC1 ve kültivar Mundo Novo’nun yaprak eksplantlarında, % 5 PEG 6000 kullanımından daha fazla somatik embriyo oluşumuna neden olmuştur. Bu reaktif, yüksek bir moleküler ağırlığa sahiptir ve etkisizdir. İyonik, toksik olmayan, suda çözünür, sebze hücreleri tarafından absorbe edilmez ve bir kültür ortamına eklendiğinde ozmotik potansiyeli değiştirir.
Somatik embriyogenez, hem yetiştirme programları hem de üretim zinciri ile ilgili olarak kahve mahsulüne katkıda bulunur. Kahve genotiplerinde somatik embriyogenezi kontrol eden faktörler hakkında çok az şey bilinmektedir. Ancak bitki hormonlarının bu sürecin oluşumunu kontrol altında tuttuğu bilinmektedir. Ayrıca araştırmalar, Kahve’da yetiştirme koşulu sırasında uygulanan çevresel ve esas olarak stres faktörlerinin somatik embriyogenezin kontrolünde rol oynadığını göstermiştir.

Kaynakça:
media.neliti.com/media/publications/63679-EN-direct-and-indirect.pdf
scielo.conicyt.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid

Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu