Alan: Bitki kimyası / ekoloji | Beceri: Kimyasal savunmanın etkinlik-maliyet sınamasını yapmak
Görsel temsili 3B tasvirdir; çevre epidermis hücrelerinin kloroplast dağılımı ve ölçek anatomik kanıt değildir.
Yapısal ve indüklenebilir savunma
Bitkiler fenolikler, terpenoidler, alkaloidler, glukozinolatlar ve proteaz inhibitörleri gibi çok çeşitli bileşikler üretir. Bu grupların hepsini tek işlevli 'zehirler' olarak sunmak hatalıdır; pigment, sinyal, antioksidan, tozlayıcı çekimi ve savunma gibi farklı işlevler bulunabilir. Savunma maddeleri belirli dokularda önceden birikebilir (konstitutif savunma) veya otçul zararı/patojen algısı sonrası artırılabilir (indüklenebilir savunma). Sinyal ağlarında jasmonat, salisilat ve etilen farklı bağlamlarda etkileşir; tek bir hormonun tüm patojenlere aynı yanıtı verdiği söylenemez.
Kimyasal yolak ve biyolojik etkinlik
Fenilpropanoid metabolizması fenilalaninden türeyen çeşitli fenolik ürünlere katkıda bulunur; terpenoidler izoprenoid öncüllerinden yapılabilir. Glukozinolat-mirozinaz sistemi, dokunun zarar görmesiyle reaktif parçalanma ürünleri oluşturabilen bir savunma örneğidir. Ancak bitki molekülünün laboratuvarda böceği öldürmesi, doğada popülasyon düzeyinde koruma sağladığını tek başına kanıtlamaz. Hedef organizmanın detoksifikasyon enzimleri, beslenme davranışı ve çevresel yoğunluk sonucu değiştirebilir.
Kaynak tahsisi ve maliyet
Savunma maliyeti, yalnız savunma genlerinin ifade artışından çıkarılamaz. Fotosentez kaynaklarının büyümeye, depolamaya, üremeye ve savunmaya dağılımı aynı anda ölçülmelidir. Besin kısıtı altında savunma artışının büyüme üzerindeki etkisi, su ve ışık fazlası koşullarındaki etkiden farklı olabilir. Genetik maliyetin gerçekten savunmaya bağlı olduğunu sınamak için savunma-yoksun mutantların hem otçullu hem otçulsuz ortamlarda karşılaştırılması yararlıdır.
Deneysel örnek
Aynı genetik hatta kontrol bitkilerinde yaprak alanı 100 cm², savunma uyarılmışlarda 85 cm². Otçul yokken %15 büyüme azalması gözleniyor. Otçul varlığında kontrol yapraklarının %40'ı, uyarılmışların %10'u zarar görüyor. Buradan uyarılmış savunma ile zarar azalması gözlenir; ancak toplam üreme başarısının veya yaşam boyu uygunluğun arttığı söylenemez. Uyarıcı kimyasalın fotosenteze doğrudan toksik etkisi de kontrol edilmelidir.
IBO problemi ve çözüm
Bir bitki mutantı böcekle beslendiğinde daha az jasmonat yanıtı veriyor ve daha çok yaprak kaybediyor. Bu veri hangisini en iyi destekler? A) Jasmonat ilişkili savunma bu koşullarda rol oynayabilir B) Jasmonat bütün bitkilerde daima tek savunmadır C) Mutant kesin daha fazla tohum üretir D) Mutantın fotosentez hızı kesin yüksektir E) Yaprak kaybı yalnız böcek sayısına bağlıdır.
Yanıt A. Nedensellik için genetik tamamlama, böcek sayısı ve büyüme farkları ölçülmelidir. Biyokimyasal savunma ile ekolojik yarar arasındaki boşluk bu ek testlerle kapanır.
Kaynak çerçevesi: Taiz, bitki savunma metabolizması; plant chemical ecology literatürü.
Bu notta yer alan veriler eğitim amacıyla kurgulanmıştır. Resmî IBO materyali değildir; bilimsel kaynak ve görsel açıklamaları için kaynaklar sayfasına bakınız.