Nicel araştırma makalesi incelemesi

Kadim Sicilya Anıtsal Zeytin Ağaçlarının Kurtarılması ve Mikrosatellit Markörleri ile Genotiplendirilmesi

Akdeniz havzasında zeytin (Olea europaea L. ), hem sosyo-ekonomik hem de biyokültürel açıdan stratejik bir tür olup binlerce yıllık evcilleştirme ve adaptasyon geçmişine sahiptir. Sicilya adası, coğrafi konumu ve tarihi mekanizmaları gereği son derece zengin bir zeytin germplazmına ev sahipliği yapmaktadır.

Makalenin anahtar kelimeleri

Yazar: Annalisa Marchese et al.
Yayın: Frontiers in Conservation Science
Tarih: 2023-05-30
DOI: 10.3389/fcosc.2023.1206832

Makalenin Kapsamı ve Akademik İçeriği

Akdeniz agro-ekosisteminin sembolik ve ekonomik açıdan en önemli bileşenlerinden biri olan zeytin (Olea europaea L.), binlerce yıllık adaptasyon ve insan eliyle seçim süreçleri sonuçunda son derece zengin bir genetik çeşitlilik kazanmıştır. Coğrafi ve tarihi konumu itibarıyla Akdeniz kavşağında yer alan Sicilya adası, zengin variyete platformuna rağmen anıtsal zeytin ağaçlarının moleküler düzeydeki genetik yapısı bakımından tam olarak keşfedilmemiştir. Yüzyıllardır hayatta kalan bu kadim bireyler, olumsuz iklim koşullarına, yangınlara ve zararlılara karşı direnç göstererek günümüze ulaşmış genetik rezervuarlardır. Bu araştırma, adanın batısında yer alan Tapınaklar Vadisi ve Kolymbethra Bahçesi gibi arkeolojik sahalar ile zeytinyağı coğrafi işaret alanlarındaki yüzyıllık anıtsal ağaçların genetik potansiyelini belirleme ihtiyacından doğmuştur.

Çalışmanın temel amacı, gövde çapı 1,5 metreden büyük ve tahmini yaşı 400 yılın üzerinde olan 73 anıtsal zeytin ağacının (biri yabani Olea europaea var. sylvestris bireyi olan Oleastro Inveges dahil) ve 8 referans Sicilya çeşidinin genetik ile morfolojik karakterizasyonunu gerçekleştirmektir. Araştırmada moleküler analizler için 11 polimorfik nükleer mikrosatellit (SSR) markörü kullanılmış; taç yaprakları ve dip sürgünlerinden (anaç) alınan DNA örnekleri ayrı ayrı dizilenerek ağaçların aşılama durumları değerlendirilmiştir. Morfolojik analizlerde ise yaprak, meyve ve çekirdek niteliklerinden oluşan 13 parametre ölçülmüştür. Elde edilen SSR verileri, CERVUS, UPGMA dendrogramı, SYSTAT10 ve STRUCTURE yazılımları vasıtasıyla Akdeniz Havzası'ndan 270 variyete ve 64 yerel Sicilya genotipi ile karşılaştırmalı olarak bayesyen kümelenme analizine tabi tutulmuştur.

Moleküler analiz sonuçları, lokus başına ortalama 13,4 alel, 0,81 beklenen heterozigotluk ve 0,79 polimorfik bilgi içeriği (PIC) ile son derece yüksek bir genetik çeşitlilik ortaya koymuştur. İncelenen anıtsal ağaçların neredeyse tamamının yaşam döngüleri boyunca en az bir kez aşılandığı, taç ve kök sürgünü moleküler profillerinin farklılığı ile kanıtlanmıştır. Ağaçların kanopi profilleri Santagatese, Giarraffa ve Cerasuola gibi geleneksel Sicilya çeşitleriyle özdeşlik veya somatik mutasyon bağı gösterirken; 10 anıtsal ağacın eşsiz (özgün) genetik profillere sahip olduğu belirlenmiştir. Anaçlardan (kök sürgünleri) alınan örneklerin büyük çoğunluğu ise yabani Oleastro Inveges bireyi ile sıkı genetik yakınlık göstererek K2 popülasyon grubunda kümelenmiştir. STRUCTURE analizi (K=3), anıtsal ağaçların Doğu Akdeniz (Suriye) kaynaklı K1, yabani-kültür karışımı K2 ve Batı Akdeniz ağırlıklı K3 gruplarına dağıldığını göstermiştir.

Elde edilen bulgular, Sicilya anıtsal zeytinlerinin yalnızca kültürel miras değil, aynı zamanda iklim değişikliği, kuraklık, Xylella fastidiosa subsp. pauca ST53 ve toprak kaynaklı patojenlere karşı direnç genleri barındıran stratejik bir genetik depo olduğunu doğrulamaktadır. Çalışma, anıtsal ağaçların in-situ (yerinde) ve on-farm (çiftlikte) korunması, gen bankalarının zenginleştirilmesi ve koruma kararlarının alınması açısından literatüre somut katkılar sunmaktadır. Yazarlar, bu genotiplerin vegetatif yolla çoğaltılarak agronomik performanslarının izlenmesini ve resekanslama projeleriyle stres direnç genlerinin keşfedilmesini önermektedir. Araştırma, zeytin evcilleştirme tarihi ve Akdeniz gen kaynaklarının korunması alanındaki tez ve makale araştırmaları için metodolojik ve ampirik bir referans niteliği taşımaktadır.

Araştırmanın amacı

Bu çalışmanın temel amacı, Sicilya'nın batı bölgesindeki tarihi ve arkeolojik alanlar ile zeytinyağı DOP bölgelerinde yetişen en az 400 yıllık anıtsal zeytin ağaçlarını tanımlamak, genetik çeşitliliklerini mikrosatellit (SSR) markörleri ve morfolojik niteliklerle karakterize etmek, aşılama durumlarını ve yerel ya da Akdeniz gen kaynaklarıyla akrabalık ilişkilerini ortaya koymaktır(Marchese et al., 2023).

İnceleme ve modelleme yöntemi

Bu araştırmada, Sicilya'nın batı kesimindeki tarihi ve arkeolojik sit alanlarından (Tapınaklar Vadisi ve Kolymbethra Bahçesi) ve üç farklı DOP (Korumalı Köken Adı) bölgesinden seçilen, gövde çapı 1.5 metrenin üzerinde ve tahmini yaşları 400 yılı aşan 73 anıtsal zeytin ağacının morfolojik ve moleküler karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir(Marchese et al., 2023).

Kuramsal ve kavramsal çerçeve

Çalışma, popülasyon genetiği, bitki genetik kaynaklarının korunması (in-situ ve on-farm koruma) ve filocoğrafik evcilleştirme kuramlarına dayanmaktadır. Zeytinin alogamy yapısı ve vegetatif çoğalma özellikleri çerçevesinde, mikrosatellit (SSR) markörlerinin eş-baskın (co-dominant) ve yüksek polimorfik yapısı genotiplendirme, soy tespiti ve popülasyon strüktür analizlerinde temel kuramsal araç olarak kullanılmıştır.

Makalenin ele aldığı literatür

Çalışma, Akdeniz havzasında anıtsal zeytin ağaçlarının moleküler karakterizasyonuna yönelik Kıbrıs (Anestiadou ve ark.), Girit ve Türkiye (Akşehirli-Pakyürek ve ark.), Malta (Valeri ve ark.), İspanya (Ninot ve ark., Díez ve ark.) ve İtalya'daki (Rotondi ve ark., Salimonti ve ark.) öncül genetik çeşitlilik araştırmalarını temel almaktadır. Ayrıca zeytinin Doğu Akdeniz'den Batı Akdeniz'e yayılımı ve yabani zeytin (oleaster) gen akışı konusundaki filocoğrafik literatürü genişleterek tartışmaktadır.

Araştırma Tasarımı

Evren veya inceleme alanı: Sicilya'nın batı bölgesindeki arkeolojik sit alanlarında ve tarım arazilerinde bulunan, en az 400 yaşında olduğu tahmin edilen anıtsal zeytin ağaçları (Olea europaea L.)
Örneklem veya araştırma materyali: Seçilen 73 adet anıtsal zeytin ağacından (1 adet yabani Oleastro Inveges dahil) alınan yaprak, drupa (meyve) ve endokarp (çekirdek) örnekleri ile bu ağaçların taç (kanopi) ve dip sürgünü (anaç) dokuları
Veri toplama süreci: Ağaçların morfolojik ölçümleri (yaprak, meyve ve çekirdeğe ait 13 farklı nitelik) 2021 ve 2022 yıllarının Ekim ve Kasım aylarında yapılmıştır; moleküler analizler için nükleer DNA, CTAB yöntemi modifiye edilerek genç yapraklardan ekstrakte edilmiştir.
Veri analiz yöntemi: Genetik karakterizasyon için 11 polimorfik mikrosatellit (SSR) markörü kullanılmış; amplifikasyon ürünleri kılcal elektroforez ile ayrıştırılarak genotiplendirilmiştir. Akrabalık ve popülasyon yapısı analizleri CERVUS 3.0.7, SYSTAT 10 ve STRUCTURE 2.3.4 yazılımları kullanılarak UPGMA kümeleme ve Bayesyen kümeleme yöntemleriyle gerçekleştirilmiştir.

Anıtsal zeytin ağaçlarıMikrosatellit (SSR) markörleriAşılama (grafting)Genetik polimorfizmMorfolojik karakterizasyonPopülasyon yapısı (K-kümelenmesi)Somatik mutasyonlar

Araştırmanın Bulguları

Seçilen 11 SSR lokusu üzerinden yapılan moleküler analizlerde toplam 147 alel elde edilmiş ve ortalama alel zenginliği lokus başına 13.4 olarak saptanmıştır; bu durum, Sicilya anıtsal zeytin germplazmının son derece yüksek bir genetik çeşitliliğe ve polimorfizme sahip olduğunu kanıtlamaktadır(Marchese et al., 2023).

İncelenen anıtsal ağaçların büyük çoğunluğunun ömürleri boyunca en az bir kez aşılandığı belirlenmiştir; bu durum, aynı ağacın taç (kanopi) kısmı ile dip sürgünlerinden (anaç) elde edilen nükleer DNA profillerinin birbirinden tamamen farklı moleküler yapılar sergilemesiyle açıkça ortaya konmuştur(Marchese et al., 2023).

Yapılan kimliklendirme analizlerinde bazı anıtsal ağaçların, Sicilya'nın yerel ve ekonomik açıdan önemli çeşitleri olan 'Santagatese', 'Giarraffa' ve 'Cerasuola' ile tamamen aynı genetik profili paylaştığı veya bu çeşitlerin somatik mutantları (klonları) olduğu belirlenmiştir(Marchese et al., 2023).

STRUCTURE analizleri sonuçunda anıtsal zeytin genotipleri üç ana popülasyona (K=3) dağılmıştır; bu çerçevede K1 grubu Suriye kökenli çeşitlerle yakınlık göstererek doğu Akdeniz kökenine işaret ederken, K2 grubu küçük meyve özelliğine sahip yabani formlar ve İtalyan/Tunus çeşitleriyle kümelenmiştir(Marchese et al., 2023).

Bulguların Tartışılması ve Araştırmanın Sonucu

Bulguların Yazarlar Tarafından Yorumlanışı

Yapılan moleküler analizler, Sicilya'nın batısındaki anıtsal zeytin ağaçlarının son derece yüksek düzeyde bir genetik polimorfizme sahip olduğunu ve bu gen havuzunun henüz tam anlamıyla keşfedilmemiş benzersiz profiller barındırdığını göstermektedir. Lokus başına düşen yüksek alel zenginliği ve heterozigotluk oranları, adanın Akdeniz genelindeki diğer bölgelere (örneğin İspanya veya Kıbrıs) kıyasla daha dinamik ve korunmuş bir genetik yapıya ev sahipliği yaptığını doğrulamaktadır.

Yazarlar, anıtsal ağaçların taç ve dip sürgünleri arasındaki genetik uyumsuzluğu inceleyerek, bu ağaçların tarih boyunca en az bir kez in situ (yerinde) aşılandığını açıklamaktadır. Bu antik aşılama pratiği, geçmiş yüzyıllardaki zeytin yetiştiricilerinin yabani anaçlar (oleaster) üzerine üstün nitelikli kültür çeşitlerini aşılayarak hem çevresel adaptasyonu hem de ürün kalitesini artırmayı hedeflediklerini göstermektedir.

Genetik yapı analizlerinde bazı anıtsal ağaçların 'Santagatese' veya 'Giarraffa' gibi antik Sicilya çeşitleriyle özdeşleşmesi, bu ağaçların günümüzdeki ticari çeşitlerin orijinal anaçları (Patriarch) olabileceğine işaret etmektedir. Yazarlar, bu durumun özellikle manastır ve arkeolojik sit alanları çevresinde yoğunlaşmasını, tarihsel göç ve ticaret yollarının zeytin germplazmının yayılmasındaki belirleyici rolüyle açıklamaktadır.

Sonuç olarak, yüzyıllar boyunca hayatta kalarak günümüze ulaşan bu kadim ağaçlar, biyotik zararlılara (özellikle Xylella fastidiosa subsp. pauca ST53 suşuna) ve kuraklık gibi abiyotik streslere karşı doğal direnç mekanizmaları geliştirmiş olabilirler. Bu gen kaynaklarının tescil edilerek korunması ve gelecek nesil ıslah projelerinde ebeveyn hatlar olarak kullanılması, Akdeniz tarımının sürdürülebilirliği açısından stratejik bir zorunluluktur.

Bulguların Önceki Araştırmalarla Karşılaştırılması

Yazarlar, geliştirdikleri STRUCTURE analizi bulgularını Diez ve arkadaşları (2015) tarafından önerilen üçlü genetik havuz modeli (Q1, Q2, Q3) ile ilişkilendirerek tartışmışlardır. Sicilya anıtsal zeytin genotiplerinin Akdeniz genelindeki çeşitlilik ile örtüştüğü ve hem doğu (Suriye) hem de batı Akdeniz gen akışlarının izlerini taşıdığı doğrulanmıştır(Marchese et al., 2023).

Çalışmada elde edilen ortalama alel sayısı (13.4), PIC (0.79) ve beklenen heterozigotluk (0.81) değerleri, Valeri ve arkadaşları (2022) tarafından Malta anıtsal zeytinlerinde saptanan değerlerden (sırasıyla 11.6, 0.69 ve 0.72) daha yüksek bulunmuştur. Bu karşılaştırma, Sicilya germplazmının diğer adalara kıyasla daha zengin bir gen havuzuna sahip olduğunu göstermektedir(Marchese et al., 2023).

Sonuç Bölümünün Sunduğu Çıkarımlar

Tarihi tarım peyzajlarının korunması ve genetik erozyonun önlenmesi uluslararası düzeyde büyük bir öncelik taşımaktadır. Bu çalışma, Sicilya'daki anıtsal zeytin ağaçlarının sadece kültürel bir miras değil, aynı zamanda iklim değişikliği, kuraklık ve Xylella fastidiosa gibi yıkıcı biyotik/abiyotik stres faktörlerine karşı direnç genleri barındıran paha biçilmez birer gen rezervuarı olduğunu ortaya koymaktadır. Bu kadim genotiplerin yerinde korunması, tescillenmesi ve gelecekteki ıslah programlarında değerlendirilmesi tarımsal sürdürülebilirlik açısından kritik bir öneme sahiptir(Marchese et al., 2023).

Literatür Taraması İçin Sunduğu Çerçeve

Bu çalışma, Akdeniz havzasında asırlık zeytin ağaçlarının genetik karakterizasyonuna odaklanan literatürde kritik bir açığı kapatmaktadır. Sicilya gibi doğu ve batı Akdeniz'in kesişme noktasında yer alan stratejik bir adada, en az 400 yaşındaki anıtsal zeytin ağaçlarının ilk kez bu kadar kapsamlı bir şekilde hem moleküler hem de morfolojik açıdan incelenmesini sağlamaktadır. Çalışma, asırlık ağaçların sadece kültürel ve doğal birer anıt olmadığını, aynı zamanda iklim değişikliği ve Xylella fastidiosa gibi tehlikelere karşı direnç genleri barındıran paha biçilmez canlı gen bankaları olduğunu ortaya koyarak literatürde koruma biyolojisi ve tarımsal sürdürülebilirlik tartışmalarına yeni bir boyut kazandırmaktadır.

Önceki çalışmalar genellikle İspanya, Malta ve Kıbrıs gibi bölgelerdeki anıtsal zeytinlerin genetik yapısını incelemiş ve bu ağaçların kısıtlı bir genetik çeşitlilik sergilediğini rapor etmiştir. Bu araştırma ise Sicilya anıtsal zeytinlerinde son derece yüksek ve henüz keşfedilmemiş bir genetik polimorfizm saptayarak önceki bulguları esnetmekte ve derinleştirmektedir. Ayrıca, ağaçların taç ve dip sürgünleri arasındaki genetik uyumsuzluğu inceleyerek in situ aşılama pratiklerinin asırlar öncesine dayanan kullanımını doğrulamakta ve yerel anaç çeşitliliği üzerine yürütülen tartışmalara metodolojik ve kuramsal bir katkı sağlamaktadır.

Bu araştırma, gelecekte yürütülecek tarımsal germplazm derlemeleri ve sistematik literatür taramaları için çok değerli bir sentez sunmaktadır. Sicilya anıtsal zeytinlerinin Akdeniz genelindeki genetik yapılarla entegre bir şekilde analiz edilmesi, evcilleştirme ve göç süreçlerinin bölgesel analizlerini zenginleştirmektedir. Makale, anıtsal ağaçların doğal seleksiyon süreçlerinden başarıyla geçmiş ve çevresel streslere karşı dayanıklılık kazanmış bireyler olduğunu kanıtlayarak, modern ıslah programlarında bu genotiplerin nasıl ebeveyn hat olarak kullanılabileceğini somut verilerle tartışmakta ve germplazm yönetimi literatürüne çok yönlü bir katkıda bulunmaktadır.

Kaynakça

Diez, C. M., Trujillo, I., Martinez-Urdiroz, N., Barranco, D., Rallo, L., Marfil, P., et al. (2015). Olive domestication and diversification in the Mediterranean basin. New Phytol. 206, 436-447.
Valeri, M. C., Mifsud, D., Sammut, C., Pandolfi, S., Lilli, E., Bufacchi, M., et al. (2022). Exploring olive genetic diversity in the Maltese islands. Sustainability, 14, 10684.

Tez ve Makale Araştırmalarında Kullanım

Makalenin doğrulanmış yöntemi, bulguları ve kuramsal çerçevesi; tez ve makale çalışmalarında kullanılacağı bölümle birlikte aşağıdaki üç araştırma taslağına dönüştürülmüştür.

Tez veya makalede kullanım · literatüre-review

Akdeniz havzasındaki anıtsal zeytin ağaçları yüksek düzeyde genetik çeşitlilik barındırmaktadır.

Tezin literatür taraması bölümünde, anıtsal zeytin ağaçlarının genetik çeşitlilik seviyelerini ve tarımsal koruma potansiyellerini açıklamak için Sicilya germplazmına ait yüksek alel zenginliği verileri referans gösterilebilir(Marchese et al., 2023).

Türkiye'deki Anıtsal Zeytin Ağaçlarının Genetik Çeşitliliği ve Aşılama Durumunun SSR Markörleri ile Belirlenmesi

Araştırma sorusu: Ege ve Akdeniz bölgelerindeki en az 500 yıllık anıtsal zeytin ağaçlarının genetik profilleri ve aşılama geçmişleri nasıl bir dağılım göstermektedir?
Yöntem taslağı: Belirlenen bölgelerden seçilecek en az 50 anıtsal ağacın hem taç hem de dip sürgünlerinden yaprak örnekleri toplanacaktır. DNA ekstraksiyonunun ardından makalede doğrulanan 11 SSR lokusu kullanılarak mikrosatellit analizi yürütülecek ve sonuçlar yerel tescilli çeşitlerle karşılaştırılacaktır.

Makaleyle bağlantısı: Makalenin Sicilya anıtsal ağaçlarında uyguladığı karşılaştırmalı taç-sürgün analiz metodu ve SSR tabanlı genotipleme yaklaşımı, Anadolu germplazmındaki asiliklerin ve anaç ilişkilerinin keşfedilmesine doğrudan ışık tutacaktır(Marchese et al., 2023).

Tez veya makalede kullanım · Tartışma

Asırlık zeytin ağaçlarının çoğunda geçmişte en az bir kez aşılama işlemi uygulanmıştır.

Tartışma bölümünde, anıtsal zeytin ağaçlarının çoğunlukla kendi kökleri üzerinde büyümediği, aksine antik dönemlerden itibaren oleaster anaçlar üzerine aşılanarak üretildiği iddiasını desteklemek amacıyla kullanılabilir(Marchese et al., 2023).

Anıtsal Zeytin Genotiplerinin Xylella fastidiosa Hastalığına Karşı Putatif Direnç Mekanizmalarının Genomik Sentezi

Araştırma sorusu: Sicilya'da tanımlanan benzersiz anıtsal zeytin genotipleri, Xylella fastidiosa subsp. pauca ST53 suşuna karşı hangi spesifik genetik direnç markerlarını taşımaktadır?
Yöntem taslağı: Makalede benzersiz genetik profil gösterdiği belirlenen anıtsal genotiplerden vejetatif çelikler alınacaktır. Kontrollü sera koşullarında gerçekleştirilecek patojen inokulasyonu sonrasında, transkriptomik ve genomik re-sekanslama yöntemleriyle direnç ilişkili genlerin ekspresyon profilleri incelenecektir.

Makaleyle bağlantısı: Yazarların tartışma bölümünde belirttiği, anıtsal ağaçların yüzyıllar boyunca hayatta kalarak Xylella fastidiosa gibi tehlikeli patojenlere karşı birer direnç rezervuarı olabileceği yönündeki gelecek araştırma çağrısına dayanmaktadır(Marchese et al., 2023).

Tez veya makalede kullanım · Kavramsal çerçeve

Anıtsal zeytin ağaçları çevresel streslere ve hastalıklara karşı potansiyel birer gen kaynağıdır.

Kuramsal çerçevede, genetik koruma stratejilerinin ve biyotik hastalıklara karşı direnç ıslahının önemini açıklarken anıtsal ağaçların genetik rezervuar işlevi bu makalenin sonuçlarıyla temellendirilebilir(Marchese et al., 2023).

Klon Seçimi Amacıyla Anıtsal Santagatese Zeytin Genotiplerinin Morfolojik ve Teknolojik Özelliklerinin Değerlendirilmesi

Araştırma sorusu: Asırlık 'Santagatese' klonlarının meyve, endokarp ve yağ kalitesi parametreleri açısından ticari klonlara göre verimlilik ve kalite üstünlükleri nelerdir?
Yöntem taslağı: Anıtsal ve ticari 'Santagatese' ağaçlarından ardışık iki yıl boyunca hasat döneminde yaprak, meyve ve endokarp örnekleri alınacaktır. Makalede belirtilen 13 morfolojik nitelik ölçülerek karşılaştırılacak, ayrıca elde edilen zeytinyağlarının kimyasal ve duyusal analizleri yürütülerek varyasyon derecesi saptanacaktır.

Makaleyle bağlantısı: Yazarların 'Santagatese' anıtsal ağaçlarının morfolojik ve genetik benzerliklerine dayanarak bu çeşidin poliklonal bir yapıya sahip olabileceğini ve klonal varyasyon araştırmalarına açık olduğunu belirtmelerinden üretilmiştir(Marchese et al., 2023).