Kahve cinsi Rubiaceae familyasına ait ve 100’den fazla türe sahiptir. Bununla birlikte, yalnızca Coffea arabica ve Coffea canephora türleri ticari niteliktedir, birincisi dünya kahve üretiminin neredeyse % 75’ini, ikincisi ise kalan % 25’ini oluşturur. Brezilya, dünya ihracatının yaklaşık % 70’ini oluşturan dünyanın en büyük kahve üreticisi ve ihracatçısıdır. C. Arabica, Dünya çapında tüketilen hoş ve uyarıcı içecek üretmek için bu hegemonyaya sahipken, C. canephora kahvesi daha az lezzetli ve esas olarak hazır kahve endüstrisi için tasarlanmıştır.
Kahve ıslahı, C. arabica ve C. canephora türlerinin genotiplerini birleştirerek, her iki türün güçlü özelliklerine sahip genetik olarak kararlı çeşitleri serbest bırakmayı amaçlamaktadır. Geleneksel kahve yetiştiriciliğinde yeni bir kültivar üretmek için altı ila sekiz seçim döngüsü gerekir, bu da yaklaşık 40 yıldır ve her döngü beş yıla karşılık gelir. Ancak bir nesli tutarlı bir şekilde değerlendirmek için dört ila beş hasat gerekir. Buna ek olarak, güvenilir verim verileri elde etmek için beş yaşın üzerindeki bitkiler üzerinde değerlendirme yapılması önemlidir. Yetiştirme programında, seçim aşamasında, yavruların ara popülasyonları oluşturulur ve her birinin farklı genetik yapısı vardır. Böylelikle her döl, tek bir bitkiye karşılık gelir.
Seçim aşamasında, soylar, farklılaşmış bitkilerin oluşumunu destekleyen heteroz karakteristiğine sahiptir. Bu bitkilerden bazıları, biyotik ve abiyotik faktörlere tolerans, yüksek üretkenlik, mükemmel içecek kalitesi veya bunların tümü gibi özel özelliklere sahip olabilir. Bir soyun özel olup olmadığını doğrulamak için, alandaki tarımsal performansına göre çoğaltılmalı ve değerlendirilmelidir. Bu aşamanın ardından soy, bir klonal kültivar olarak salınabilir. Seçilen materyallerin klonlanması, genetik ayrışmayı içermeden tüm seçim ve iyileştirme kazanımlarının yakalanmasına izin verir.
Ara genotiplerin üreme programına çoğaltılması tohumlar tarafından gösterilmez çünkü çimlenmeden kaynaklanan bitkiler, özel özelliklerin kaybına yol açan genetik ayrıma sahip olabilir. Bu nedenle, genetik modellerini korumak için bu genotiplerin vejetatif olarak çoğaltılması önerilir. Kahve bitkilerinin vejetatif çoğalması kesilerek elde edilmiştir ve C. canephora türü bu işleme çok iyi yanıt verirken arabica bitkileri bu şekilde daha az verimlidir ve düşük çarpma oranına sahiptir. Genellikle C. arabica genotipleri vejetatif olarak in vitro yetiştirme ile çoğaltılır. İn vitro kültür, bitki doku kültürü, hücre, doku veya organların aseptik koşullar altında kültürlenmesidir. Ayrıca su, mineraller, vitaminler, karbon kaynağı ve bitki büyüme düzenleyicileri gibi farklı bileşenleri içeren yapay kültür ortamlarının kullanılmasını içeren Bitki Biyoteknolojisine aittir. Bitki doku kültürü, somatik embriyojenez gibi mikro çoğaltma işlemlerini içerir.
Somatik Embriyogenez
Somatik embriyogenez, orijinal doku ile vasküler bağlantısı ve zigotik olmayan bir hücreden zigotik embriyo benzeri bipolar yapının geliştiği bir süreç olarak tanımlanır. Bu süreç, bitki dokusunun tüm somatik hücrelerinin eksiksiz ve işlevsel bir bitki üretmek için gerekli olan genetik bilgiyi içerdiği hücresel totipotens kavramına dayanmaktadır. Somatik embriyogenezde gamet füzyonu yoktur, sadece somatik embriyoların oluşumundan sorumlu olacak eksplant dokunun somatik hücreleridir. Bu embriyolar, eksplant donör bitki ile özdeş bir genetik yapıya sahip bir bitkiye dönüşecek olan zigotik embriyo ile aynı gelişim aşamalarından geçerler. Somatik embriyogenezin oluşumu, embriyojenik karakteristiği kazanan farklılaşmış eksplant doku hücrelerinin indüksiyonu ve ardından somatik embriyonun ekspresyonu ile ilişkilidir. Bu nedenle, bu süreç eksplant farklılaşmış doku hücrelerinde mevcut olan ve embriyojenik genlerin ekspresyonu ile değiştirilecek olan gen ekspresyon modelinin sonlandırılmasını içerir. Ancak embriyojenik program sadece bazılarında tüm hücrelerde aynı anda oluşmaz. Bir somatik hücreyi yetkin embriyojenik aşamaya yeniden programlamak için birkaç değişiklik meydana gelebilir.
Embriyojenik hücreler farklı özelliklere sahiptir, benzersizdirler, küçüktürler, yüzeysel olarak meristematik hücrelere benzerlerdir. Ayrıca izodiyametrik formlar, küçük vakuoller, lekeli çekirdekler, bol miktarda organel, kalın hücre duvarı ve nişasta birikimi ilede benzerler. Somatik embriyoların oluşumu, eksplant hücrelerinin embriyojenik yeterliliği ile güçlü bir şekilde ilişkilidir. Muhtemelen, embriyojenik yeterliliğin kazanılması, kültür ortamında bulunan bitki büyüme düzenleyicilerine karşı doku duyarlılığını destekleyen ve somatik embriyonun oluşumuna yol açan olayları düzenleyen endojen bitki hormonları seviyesi ile ilgilidir. Somatik embriyogenez çoğu bitki türüne uygulanabilir, ancak bunun için eksplant tipi, kültür ortamı ve büyüme ortamı koşulu gibi yeterli koşullar mevcut olmalıdır.
Doğrudan Somatik Embriyogenez
C. arabica’da doğrudan somatik embriyogenez süreci, bu yolun ana özelliği olan tek bir aşamada gerçekleşir. Bu durumda eksplant doku hücreleri, eksplant donör yaprağından ekstrakte edilmeden önce embriyojenik gelişim için önceden belirlenmiş ve yetkin durumdadır. Ayrıca kültivasyon başladıktan hemen sonra somatik embriyolara farklılaşabilir. Bu yolda embriyo oluşumu, yaprak eksplant mezofil hücrelerinden meydana gelir. Eksplantta doğrudan embriyojenik doku oluşumu fenomeni, belirli hücrelerin klonlanması olarak tanımlanmaktadır. Bu klonlama, pro-embriyoların bir tür büyük ölçekli yeniden üretimidir. Bu nedenle eksplant dokularında bulunan pre-embriyojenik hücreler klonlanır. Dolaylı süreçte belirlenen embriyojenik hücrelere kıyasla daha az epigenetik yeniden programlama gerektirir. Doğrudan yolda, hücresel yeniden programlama ihtiyacı dolaylı yoldan farklıdır.
Doğrudan yola yanıt vermek için, kahve eksplant hücrelerinin yalnızca sitokin benzeri bitki büyüme düzenleyicisi ile temasa ihtiyacı vardır ve oksin normalde bunun oluşumunu inhibe eder. Eksplant kenar hücreleri, kültür ortamındaki sitokine yanıt olarak somatik embriyolara farklılaşır. Doğrudan yolun etkinliği, genç yapraklardan gelen eksplantlarla da ilişkili görünmektedir. Öte yandan, doğrudan somatik embriyojenezde somaklonal varyasyonun ortaya çıkması, somatik embriyolar tek bir aşamada oluşturulduğundan küçük olma veya yok olma eğilimindedir.
Doğrudan yolda, kültür ortamındaki eksplantların aşılanmasından sonra, kültürün 15. günü civarında görselleştirilebilen embriyojenik yapıların oluşumu meydana gelir. Embriyojenik yapılar, dikdörtgen yaprak eksplantının ortalama bir veya iki tarafında oluşur. Normalde, bu yapıların boyutları 2 ila 4 mm arasında değişir ve ekimin sonuna kadar bu şekilde kalır. Kültivasyonun başlamasından yaklaşık 50 gün sonra yapılar oksitlenmeye başlar ve 150’ye gelindiğinde tamamen oksitlenir. Somatik embriyoların oluşumu genellikle 90 günlük ekimden başlar, ancak düşük miktarda ve yaklaşık 120 gün içinde bu sayı artma eğilimindedir. Eksplantların kenarlarında oluşmalarına ek olarak somatik embriyolar da embriyojenik yapıların yüzeyinde gelişir.
Somatik Embriyo
Somatik embriyojenezin ana ürünü somatik embriyodur. Somatik embriyolar, bir bitkininkine ulaşana kadar farklı gelişim aşamalarından geçen yapılardır. Bu gelişim aşamaları, zigotik embriyoların aynı gelişim aşamalarına karşılık gelen tüm morfolojik özelliklerle mükemmel bir şekilde organize edilmiştir, yani küresel, kalp ve fide olma. Somatik embriyolar, kök, hipokotil ve kotiledonları gösteren iki kutuplu morfolojik yapılardır. Endosperm farklılaşması göstermez, başlatma ve gelişimden sonra eksplant dokusundan bağımsızdır. Ayrıca zigotik embriyolarda olduğu gibi olgunlaşma veya kuruma aşamasından geçmez. Bu sistem, başlangıcı ve gelişimi sırasında annenin vasküler dokusuna veya eksplantına bağlı değildir. Dahası, doğrudan yolda, aynı eksplantta farklı gelişim aşamalarında somatik embriyolar bulmak mümkündür. Bu yanıt modeli, dolaylı nasırda da bulunabilir.
Doğrudan ve dolaylı yollarla oluşturulan somatik embriyolar çimlenme aşamasına aktarılır ve genellikle 20 g / L sakkaroz eklenmiş ve bitki büyüme düzenleyicileri olmadan MS / 2 kültür ortamı kullanır. Aynı ortam, embriyo büyümesi ve fide aşamasına kadar gelişimi için de kullanılabilir. Bu gözlemler, kahve somatik embriyolarının, gelişim aşamalarının farklılaşmasını destekleyen bir hormonal dengeye sahiptir. Ve sadece filizlenme, büyüme ve gelişme için bitki düzenleyiciler içermeyen kültür ortamından besinler gerektirebileceğini göstermektedir.
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