Genetik kodlamayla tarım ürünleri artırılabilir mi?

Dünyada hızla artan nüfusu besleyebilmek için önümüzdeki 40 yıl içinde, insanlığın 8000 yıl önce tarıma başladığı tarihten bu yana üretilenden çok daha fazla mahsul üretmemiz gerekiyor. İnsan nüfusu görülmemiş düzeyde artıyor. 2050’de dünya nüfusunun dokuz milyarı bulması bekleniyor.

Yani önümüzdeki 40 yıl içinde son 8000 yılda ürettiğimiz tarımsal ürünlerden daha fazlasını üretmemiz gerekecek.

Bugün dünyanın toplam yüzeyinin yüzde 40’ını tarım alanı olarak kullanıyoruz ve her geçen gün yağmur ormanlarından ya da savanlardan ekilecek yeni topraklar yaratmaya çalışıyoruz. Yüzde 60 oranında daha fazla yiyecek üretmek zorunda kalacağımız bir dönemde daha fazla araziyi tarım alanına dönüştürmek zorunda kalmamak için daha etkili fotosentez yapan ürünler geliştirebilir miyiz?

Fotosentez

BBC Türkçe'de yer alan habere göre, bütün yiyeceklerimiz, hatta yeryüzünde tüm yaşam, güneş enerjisini kullanıp fotosentez yoluyla karbondioksiti şekere dönüştürme işlemine bağlıdır. Yediğimiz besin ürünleri de dahil birçok bitki, fotosentez için havadaki üç karbon atomonu bağlayan bir mekanizma kullanır. Buna C3 karbon tutulumu mekanizması denir.

Fakat bitkilerin yüzde 5 kadarı dört karbon atomunu bağlayan ve C4 olarak adlandırılan başka bir mekanizma geliştirmiştir. C4 ılıman iklimlerde daha etkili olduğu gibi, fotosentez esnasında da daha az nitrojen (suni gübre) ve daha az su kullanır. Karbondioksit almak içinse C3 mekanizmasına oranla bitkinin gözeneklerini daha kısa süreli açık tutması yeterlidir. Böylece yaprakların suyunu bırakma olanağı azalmış olur. C3 bitkileri, köklerinden aldıkları suyun yüzde 97’sini terleme yoluyla kaybederler. C4 mekanizması işte bu yüzden, iklim değişikliğine uğrayarak daha sıcak ve kurak hale gelen bölgeler için ideal olan mekanizmadır.

C4 bitkileri özellikle tropik savanlarda oldukça başarılıdır; bitkiler içinde çok küçük bir azınlığı oluşturmakla birlikte tüm karbon tutulumunun yüzde 30’unu gerçekleştirirler. Ektiğimiz mahsuller arasında da mısır, şeker kamışı, süpürge darısı (sorgum) ve akdarı gibi bazı ürünler C4 mekanizmasını kullanır. Fakat daha yaygın ekilen buğday ve pirinç gibi mahsuller ise C3 mekanizmasını kullanıyor ve sıcağa gelemiyor.

Genetikle oynamak

Bilim insanları bugün C3 mahsullerinin genetiğiyle oynayıp C4 mekanizmasını kullanmalarını sağlamaya çalışıyor. Bu mekanizma belki 60 kez ayrı ayrı değişime uğradı ve bugün aralarında seçme yapılabilecek farklı genetik mekanizmalar bulunuyor. C4 mekanizmasında kullanılan birçok protein C3 bitkilerinden alınmış ve yeni rollerine uyum sağlamış durumdalar. Bu nedenle araştırmacılar buğday ve pirincin yapay C4 versiyonunu oluşturup daha az su ve gübre kullanarak yüzde 50 daha fazla ürün elde etmenin mümkün olabileceğini düşünüyor.

Araştırmaya pirinçten başlanmasının nedeni ise bu bitkinin genetik yapısının basit olması. İki alanda çalışma yapmak gerekiyor: Önce bitkinin yaprak anatomisinin sonra da enzim ve proteinlerin biyokimyasal yapısının C4 bitki türlerine uygun olarak değiştirilmesi. Mısır iyi bir model işlevi görüyor; zira ana yaprakları C4 iken, fotosentezde çok daha az etkili olan küçük koçan yaprakları C3. İşte genetik uzmanları bu iki yaprak türünü inceleyerek C4 özelliği kazandıran niteliklerin neler olduğunu anlamaya çalışıyor.

İngiltere’deki Oxford Üniversitesi’nde bitki geliştirme bölümünde görevli Profesör Jane Langdale, tam olarak C4 olmasa da ona benzer özellikler gösteren bir pirinç bitkisinin önümüzdeki on yıl içinde üretilebileceğine inanıyor.

Langdale, C4’ün genetik kodlaması bulunur ve pirinçte uygulanırsa buğday, arpa, kolza (kanola) gibi mahsullere uyarlamanın kolay olacağını söylüyor. Bu şekilde bir ürün dönüşümünün yaşantımız üzerindeki etkisi büyük olacak: Tarımda verimin artması, tarım amaçlı toprak ve su kullanımının azaltılması gibi. Günümüzde tatlı suların yüzde 70’inin tarım alanında kullanıldığı düşünülürse tablo daha net değerlendirilebilir.