I believe that the secret to producing extremely drought-tolerant crops, which should go some way to providing food security in the world, lies in resurrection plants, pictured here, in an extremely droughted state. You might think that these plants look dead, but they're not. Give them water, and they will resurrect, green up, start growing, in 12 to 48 hours.
Bir şekilde dünyada gıda güvenliği sağlayacak olan, kuraklığa son derece dayanıklı tahıl yetiştirilmesinin sırrının son derece kurak durumda, bu resimde görüldüğü gibi, dirilen bitkilerde olduğuna inanıyorum. Bu bitkilerin oldukça ölü göründüğünü düşünüyor olabilirsiniz, fakat değiller. Onlara su verdiğinizde, 12 ila 48 saat içerisinde dirilecek, yeşerecek ve büyümeye başlayacaklar.
Now, why would I suggest that producing drought-tolerant crops will go towards providing food security? Well, the current world population is around 7 billion. And it's estimated that by 2050, we'll be between 9 and 10 billion people, with the bulk of this growth happening in Africa.
Şimdi neden kuraklığa dayanıklı tahıl üretiminin gıda güvenliği sağlayacağını iddia edeyim? Pekâlâ, dünya nüfusu şu an 7 milyar civarındadır. 2050 yılına kadar 9 ila 10 milyar arasında olacağı tahmin edilmektedir. Bu büyümenin çoğu Afrika'da olacaktır.
The food and agricultural organizations of the world have suggested that we need a 70 percent increase in current agricultural practice to meet that demand. Given that plants are at the base of the food chain, most of that's going to have to come from plants.
Dünyadaki gıda ve tarım kuruluşları oluşacak bu talebi karşılamak için mevcut tarımsal faaliyetlerin yüzde 70 oranında artışını önermektedirler. Bitkilerin gıda zincirinin altında olduğu düşünülünce bunların çoğunun bitkilerden gelmesi gerekir.
That percentage of 70 percent does not take into consideration the potential effects of climate change.
Bu yüzde 70 oranda iklim değişikliğinin olası etkileri göz önünde bulundurulmamıştır.
This is taken from a study by Dai published in 2011, where he took into consideration all the potential effects of climate change and expressed them -- amongst other things -- increased aridity due to lack of rain or infrequent rain. The areas in red shown here, are areas that until recently have been very successfully used for agriculture, but cannot anymore because of lack of rainfall. This is the situation that's predicted to happen in 2050. Much of Africa, in fact, much of the world, is going to be in trouble. We're going to have to think of some very smart ways of producing food. And preferably among them, some drought-tolerant crops.
Bu, Dai tarafından 2011 yılında yayınlanan bir çalışmadan alınmıştır, burada iklim değişikliğinin tüm olası etkilerini göz önünde bulundurarak ifade etmiş -- diğer şeyler yanında -- yağmurun olmaması veya seyrek olması yüzünden artan çoraklık. Burada kırmızı ile görülen alanlar son zamana kadar çok başarılı bir şekilde tarım için kullanılıyordu, fakat kuraklık nedeniyle artık kullanılamıyor. Bu durumun 2050 yılında olması öngörülüyordu. Afrika'nın çoğu bölgesinde, aslında dünyanın birçok bölgesinde durum kötü olacak. Gıda üretimi için birtakım akıllıca yollar düşünmek zorunda olacağız. Bunlar arasında tercihen bazı kuraklığa dayanıklı tahıllar var.
The other thing to remember about Africa is that most of their agriculture is rainfed.
Afrika hakkında hatırlanacak bir diğer şey de tarımlarının çoğunluğunun yağmura dayanmakta olduğu.
Now, making drought-tolerant crops is not the easiest thing in the world. And the reason for this is water. Water is essential to life on this planet. All living, actively metabolizing organisms, from microbes to you and I, are comprised predominately of water. All life reactions happen in water. And loss of a small amount of water results in death. You and I are 65 percent water -- we lose one percent of that, we die. But we can make behavioral changes to avoid that. Plants can't. They're stuck in the ground. And so in the first instance they have a little bit more water than us, about 95 percent water, and they can lose a little bit more than us, like 10 to about 70 percent, depending on the species, but for short periods only.
Kuraklığa dayanıklı tahıllar elde etmek dünyanın en kolay işi değil. Bunun nedeni ise sudur. Su gezegenimizde yaşam için vazgeçilmezdir. Mikroptan, size ve bana kadar, yaşayan, aktif olarak metabolize olan tüm organizmalar baskın olarak sudan oluşmaktadırlar. Tüm hayat reaksiyonları suda olur. Suyun küçük bir miktar kaybı ölümle sonuçlanır. Bizlerin yüzde 65'i sudan oluşmaktadır -- bunun yüzde 1'ini kaybettiğimizde ise ölürüz. Fakat bundan kaçınmak için davranışsal değişiklikler yapabiliriz. Bitkiler yapamazlar. Onlar toprağa sıkışmış durumdadırlar. İlk başta bizden biraz daha fazla suya sahiptirler, yaklaşık yüzde 95 kadar su ve bizden biraz daha fazlasını kaybedebilirler, türüne göre sadece kısa bir süreliğine yaklaşık yüzde 10 ila 70 kadar.
Most of them will either try to resist or avoid water loss. So extreme examples of resistors can be found in succulents. They tend to be small, very attractive, but they hold onto their water at such great cost that they grow extremely slowly. Examples of avoidance of water loss are found in trees and shrubs. They send down very deep roots, mine subterranean water supplies and just keep flushing it through them at all times, keeping themselves hydrated.
Çoğu ya su kaybına direnecek ya da önleyecektir. Çok dirençli olanlara örnek olarak sukulent (su depolayan bitkiler) verilebilir. Küçük ve çok çekicidirler, ama sularını öylesine büyük bir bedelle tutarlar ki son derece yavaş büyürler. Su kaybını önleyenlere örnek ağaçlarda ve çalılarda bulunabilir. Çok derinlere köklerini gönderip yer altındaki su tedariklerini bulurlar ve durmadan içlerinden dolaştırıp kendilerini sulu tutarlar.
The one on the right is called a baobab. It's also called the upside-down tree, simply because the proportion of roots to shoots is so great that it looks like the tree has been planted upside down. And of course the roots are required for hydration of that plant.
Sağdakine "baobab" adı verilmektedir. Baş aşağı ağaç adı da verilmektedir, nedeni ise köklerin sürgünlere oranı öylesine fazladır ki ağaç sanki baş aşağı dikilmiş gibi görünür. Elbette kökler o bitkinin sulu kalması için gereklidir.
And probably the most common strategy of avoidance is found in annuals. Annuals make up the bulk of our plant food supplies. Up the west coast of my country, for much of the year you don't see much vegetation growth. But come the spring rains, you get this: flowering of the desert.
Muhtemelen en çok görülen kaçınma stratejisi bir yıllık bitkilerde bulunur. Bir yıllıklar bitki besin tedariğinin çoğunluğunu oluştururlar. Ülkemin batı kıyılarında yılın büyük bir bölümünde bitki örtüsünün büyüdüğünü görmezsiniz. Ama bahar yağmurları gelince, bunu elde edersiniz: Çölün çiçek açması.
The strategy in annuals, is to grow only in the rainy season. At the end of that season they produce a seed, which is dry, eight to 10 percent water, but very much alive. And anything that is that dry and still alive, we call desiccation-tolerant.
Bir yıllıkların stratejisi sadece yağmurlu mevsimde büyümek. Mevsim sonunda kuru, yüzde 8 ila 10'unun su olduğu, ama canlı bir tohum üretirler. Kuru ve hâlâ canlı olan bir şeye kurumaya toleranslı denir.
In the desiccated state, what seeds can do is lie in extremes of environment for prolonged periods of time. The next time the rainy season comes, they germinate and grow, and the whole cycle just starts again.
Kuruma durumunda tohumların yapabildiği şey aşırı ortamlarda çok uzun süre durmak. Bir dahaki sefere yağmurlu mevsim geldiğinde, filizlenirler ve büyürler, bütün döngü yeniden başlar.
It's widely believed that the evolution of desiccation-tolerant seeds allowed the colonization and the radiation of flowering plants, or angiosperms, onto land.
Kurumaya toleranslı tohumların evriminin çiçeklenen bitkilerin ya da kapalı tohumlu bitkilerin toprakta kolonileşmesine ve yayılmasına yol açtığına inanılıyor.
But back to annuals as our major form of food supplies. Wheat, rice and maize form 95 percent of our plant food supplies. And it's been a great strategy because in a short space of time you can produce a lot of seed. Seeds are energy-rich so there's a lot of food calories, you can store it in times of plenty for times of famine, but there's a downside. The vegetative tissues, the roots and leaves of annuals, do not have much by way of inherent resistance, avoidance or tolerance characteristics. They just don't need them. They grow in the rainy season and they've got a seed to help them survive the rest of the year.
Ancak ana besin kaynağımız olarak bir yıllıklara dönelim. Buğday, pirinç ve mısır bitkisel besin kaynağımızın yüzde 95'ini oluşturur. Bu çok iyi bir stratejiydi, çünkü kısa zamanda çok fazla tohum üretebilirsiniz. Tohumlar enerji yönünden zengindir, yani besin kalorisi çoktur, kıtlık zamanları için bolluk zamanında depolayabilirsiniz, ama bir dezavantajı var. Bir yıllıkların bitkisel dokuları, kökleri ve yaprakları kalıtımsal direnç, kaçınma ve tolerans özellikleri açısından çok fazla şeye sahip değildir. Onlara ihtiyaçları yoktur. Yağmurlu mevsimde büyürler ve yılın geri kalanında hayatta kalmalarına yardımcı olmak için tohumu vardır.
And so despite concerted efforts in agriculture to make crops with improved properties of resistance, avoidance and tolerance -- particularly resistance and avoidance because we've had good models to understand how those work -- we still get images like this. Maize crop in Africa, two weeks without rain and it's dead.
Tarımda ekinlerin daha iyi direnç, kaçınma ve tolerans özellikleri olmasını sağlamak için toplu çabalara rağmen -- özellikle de direnç ve kaçınma, çünkü bunların nasıl işlediğini anlamak için iyi modellerimiz vardı -- hâlâ bunun gibi görüntüler alırız. Afrika'daki mısır ekininde iki haftalık yağmursuzluk ve ölüler.
There is a solution: resurrection plants. These plants can lose 95 percent of their cellular water, remain in a dry, dead-like state for months to years, and give them water, they green up and start growing again. Like seeds, these are desiccation-tolerant. Like seeds, these can withstand extremes of environmental conditions. And this is a really rare phenomenon. There are only 135 flowering plant species that can do this.
Bir çözümü var: Dirilen bitkiler. Bu bitkiler yüzde 95 kadar hücresel sularını kaybedebilirler, kuru, ölüye benzer durumda aylar veya yıllar boyunca kalabilirler, onlara su verdiğinizde, yeşerirler ve tekrar büyümeye başlarlar. Tohumlar gibi bunlar da kurumaya toleranslıdır. Tohumlar gibi aşırı çevresel koşullara dayanabilirler. Bu gerçekten nadir bir olgu. Bunu yapabilecek sadece 135 çiçek açan bitki türü vardır.
I'm going to show you a video of the resurrection process of these three species in that order. And at the bottom, there's a time axis so you can see how quickly it happens.
Size sırayla bu üç türün dirilme süreciyle ilgili bir video göstereceğim. En altta ne kadar hızlı olduğuna dair bir zaman ekseni görebilirsiniz.
(Applause)
(Alkış)
Pretty amazing, huh?
Oldukça harika, değil mi?
So I've spent the last 21 years trying to understand how they do this. How do these plants dry without dying? And I work on a variety of different resurrection plants, shown here in the hydrated and dry states, for a number of reasons.
Son 21 senemi bunu nasıl yaptıklarını anlamaya çalışarak harcadım. Bu bitkiler ölmeden nasıl kuruyor? Birçok sebeple sulu ve kurumuş hâlleri burada gösterilen farklı türde dirilen bitkiler üzerinde çalıştım.
One of them is that each of these plants serves as a model for a crop that I'd like to make drought-tolerant.
Bunlardan birisi, bu bitkilerin her biri kuraklık toleranslı yapmak istediğim bir tahıl için bir model teşkil ediyor.
So on the extreme top left, for example, is a grass, it's called Eragrostis nindensis, it's got a close relative called Eragrostis tef -- a lot of you might know it as "teff" -- it's a staple food in Ethiopia, it's gluten-free, and it's something we would like to make drought-tolerant.
Örneğin, en üst solda çim var, "Eragrostis nindensis" adı verilir, "Eragrostis tef" adında yakın bir akrabası var -- çoğunuz "teff" olarak bilebilirsiniz -- Etiyopya'da temel bir gıdadır, glutensizdir ve kuraklığa dayanıklı yapmak istediğimiz bir şey.
The other reason for looking at a number of plants, is that, at least initially, I wanted to find out: do they do the same thing? Do they all use the same mechanisms to be able to lose all that water and not die?
Birçok bitkiye bakmamızın bir diğer sebebi, en azından başında, şunu bulmak istedim: Aynı şeyi mi yapmak istiyorlar? Bütün o suyu kaybedip ölmemeyi başarmak için aynı mekanizmayı mı kullanıyorlar?
So I undertook what we call a systems biology approach in order to get a comprehensive understanding of desiccation tolerance, in which we look at everything from the molecular to the whole plant, ecophysiological level.
Kurumaya toleransı kapsamlı olarak anlamak için sistem biyolojisi yaklaşımı denen şeyi benimsedim, ki bununla molekülden bitkinin tamamına ekofizyolojik seviyede her şeye bakarız.
For example we look at things like changes in the plant anatomy as they dried out and their ultrastructure. We look at the transcriptome, which is just a term for a technology in which we look at the genes that are switched on or off, in response to drying. Most genes will code for proteins, so we look at the proteome. What are the proteins made in response to drying? Some proteins would code for enzymes which make metabolites, so we look at the metabolome.
Örneğin, kurudukça bitkinin anatomisindeki değişim ve ince yapı gibi şeylere bakarız. Transkriptoma bakarız, ki bu kurumaya karşı açılıp kapanan genlere baktığımız teknoloji için bir ifadedir. Çoğu gen proteinler için kodlayacaktır, bu yüzden proteoma bakarız. Kurumaya karşı proteinler ne yapar? Bazı proteinler metabolitleri oluşturan enzimler için kodlayacaktır, bu yüzden metaboloma bakarız.
Now, this is important because plants are stuck in the ground. They use what I call a highly tuned chemical arsenal to protect themselves from all the stresses of their environment. So it's important that we look at the chemical changes involved in drying.
Bu önemlidir, çünkü bitkiler yere çakılıdır. Çevrenin tüm stresinden kendilerini korumak için çok iyi ayarlanmış kimyasal bir depo dediğim şeyi kullanırlar. Yani kurumaya dâhil olan kimyasal değişikliklere bakmamız önemli.
And at the last study that we do at the molecular level, we look at the lipidome -- the lipid changes in response to drying. And that's also important because all biological membranes are made of lipids. They're held as membranes because they're in water. Take away the water, those membranes fall apart. Lipids also act as signals to turn on genes.
Yaptığımız son araştırmada moleküler seviyede lipidoma bakıyoruz -- kurumaya karşılık olarak lipit değişiyor. Bu da önemli, çünkü tüm biyolojik membranlar lipitlerden oluşmuştur. Membran olarak tutulurlar, çünkü suyun içindeler. Suyu alırsanız, bu membranlar bozulur. Lipitler genleri açmak için sinyal olarak da davranır.
Then we use physiological and biochemical studies to try and understand the function of the putative protectants that we've actually discovered in our other studies. And then use all of that to try and understand how the plant copes with its natural environment.
Sonra esasında diğer çalışmalarımızda keşfettiğimiz varsayılan koruyucuların fonksiyonunu anlayabilmek için fizyolojik ve biyokimyasal çalışmaları kullanıyoruz. Sonra da bitkinin doğal çevresiyle nasıl başa çıktığını anlayabilmek için tüm bunları kullanıyoruz.
I've always had the philosophy that I needed a comprehensive understanding of the mechanisms of desiccation tolerance in order to make a meaningful suggestion for a biotic application.
Biyotik bir uygulamaya anlamlı önerilerde bulunmak için kurumaya tolerans mekanizmasını kapsamlı olarak anlamaya ihtiyacım olduğu felsefesine hep sahiptim.
I'm sure some of you are thinking, "By biotic application, does she mean she's going to make genetically modified crops?" And the answer to that question is: depends on your definition of genetic modification.
Eminim bazılarınız şöyle düşünüyor, "Biyotik uygulamayla genetik olarak değiştirilmiş tahılları mı kastediyor?" Bu soruya cevap şu: Genetik değişiklik tanımınıza göre değişir.
All of the crops that we eat today, wheat, rice and maize, are highly genetically modified from their ancestors, but we don't consider them GM because they're being produced by conventional breeding. If you mean, am I going to put resurrection plant genes into crops, your answer is yes.
Bugün yediğimiz tüm mahsuller, buğday, pirinç ve mısır atalarına göre genetik olarak hayli değiştirilmişlerdir, ama onları genetik olarak değiştirilmiş saymayız. Çünkü geleneksel üretimle üretilmektedirler. Eğer dirilen bitkilerin genlerini tahıllara koyacağımı düşünüyorsanız, cevabım evet.
In the essence of time, we have tried that approach. More appropriately, some of my collaborators at UCT, Jennifer Thomson, Suhail Rafudeen, have spearheaded that approach and I'm going to show you some data soon.
Zaman içinde bu yaklaşımı denedik. Daha da önemlisi, UCT'de bazı işbirliği yaptığım kişiler, Jennifer Thomson, Suhail Rafudeen bu yaklaşıma önayak oldular ve size yakında bazı veriler göstereceğim.
But we're about to embark upon an extremely ambitious approach, in which we aim to turn on whole suites of genes that are already present in every crop. They're just never turned on under extreme drought conditions. I leave it up to you to decide whether those should be called GM or not.
Ancak son derece hırslı bir yaklaşıma girişmek üzereyiz, ki her tahılda hâlihazırda mevcut olan gen takımının hepsini açmayı hedefliyoruz. Çok kurak koşullarda hiç açılmadılar. Bunlara genetik modifiyeli denip denmemesine karar vermeyi size bırakıyorum.
I'm going to now just give you some of the data from that first approach. And in order to do that I have to explain a little bit about how genes work.
Şimdi size bu ilk yaklaşımdan bazı veriler sunacağım. Bunu yapmak için genlerin nasıl işlediğini biraz açıklamam lazım.
So you probably all know that genes are made of double-stranded DNA. It's wound very tightly into chromosomes that are present in every cell of your body or in a plant's body. If you unwind that DNA, you get genes. And each gene has a promoter, which is just an on-off switch, the gene coding region, and then a terminator, which indicates that this is the end of this gene, the next gene will start.
Muhtemelen hepiniz biliyorsunuz ki genler çift sarmallı DNA'dan oluşmuştur. Vücudunuzdaki veya bir bitkinin gövdesindeki her hücrede mevcut olan kromozomlara sıkıca bağlıdırlar. Eğer bu DNA'yı açarsanız, genleri bulursunuz. Her genin, sadece bir açma-kapama düğmesi olan bir başlatıcısı, gen kodlama bölgesi ve sonra bu genin sonu olduğunu ve diğer genin başladığını belirten bir sınırlayıcısı var.
Now, promoters are not simple on-off switches. They normally require a lot of fine-tuning, lots of things to be present and correct before that gene is switched on. So what's typically done in biotech studies is that we use an inducible promoter, we know how to switch it on. We couple that to genes of interest and put that into a plant and see how the plant responds.
Başlatıcılar basit açma-kapama düğmeleri değildir. Normalde çok fazla ince ayar gerektirirler, gen açılmadan önce birçok şey mevcut ve doğru olmalı. Biyoteknoloji araştırmalarında tipik olarak yapılan şey, nasıl açılacağını bildiğimiz uyarılabilir bir başlatıcı kullanmak. Bunu ilgilendiğimiz genle birleştirip bir bitkiye koyarız ve bitkinin nasıl cevap verdiğine bakarız.
In the study that I'm going to talk to you about, my collaborators used a drought-induced promoter, which we discovered in a resurrection plant. The nice thing about this promoter is that we do nothing. The plant itself senses drought. And we've used it to drive antioxidant genes from resurrection plants. Why antioxidant genes? Well, all stresses, particularly drought stress, results in the formation of free radicals, or reactive oxygen species, which are highly damaging and can cause crop death. What antioxidants do is stop that damage.
Size bahsedeceğim çalışmada, işbirliği yaptığım kişiler dirilen bir bitkide keşfettiğimiz kuraklık uyarılmış başlatıcıları kullandılar. Bu başlatıcı ile ilgili olarak güzel olan şey bir şey yapmamamız. Bitkinin kendisi kuraklığı hissediyor. Bunu dirilen bitkilerden antioksidan genleri sürmek için kullandık. Neden antioksidan genler? Bütün stresler, özellikle de kuraklık stresi serbest radikallerin veya reaktif oksijen türlerinin oluşmasıyla sonuçlanır, ki bunlar oldukça zarar vericidir ve ekin ölümlerine neden olabilir. Antioksidanların yaptığı şey, bu zararı durdurmaktır.
So here's some data from a maize strain that's very popularly used in Africa. To the left of the arrow are plants without the genes, to the right -- plants with the antioxidant genes. After three weeks without watering, the ones with the genes do a hell of a lot better.
İşte burada Afrika'da çok kullanılan bir mısır türünden birtakım veriler var. Okun solunda gensiz bitkiler var, sağda -- antioksidan genleri olan bitkiler. Su vermeden geçen üç haftadan sonra, genleri olanlar çok daha iyi durumda.
Now to the final approach. My research has shown that there's considerable similarity in the mechanisms of desiccation tolerance in seeds and resurrection plants. So I ask the question, are they using the same genes? Or slightly differently phrased, are resurrection plants using genes evolved in seed desiccation tolerance in their roots and leaves? Have they retasked these seed genes in roots and leaves of resurrection plants?
Şimdi de son yaklaşım. Araştırmam, tohumlarda kuruma toleransı ile dirilen bitkilerin mekanizmasında dikkat çekici benzerlikler olduğunu gösterdi. Bundan dolayı şu soruyu soruyorum, aynı genleri mi kullanıyorlar? Ya da biraz farklı ifade edersek, dirilen bitkiler kökleri ve yapraklarında tohum kuruma toleransıyla evrilmiş genleri mi kullanıyorlar? Dirilen bitkilerin kökleri ve yapraklarında bu tohum genleri tekrar mı görevlendirilmiş?
And I answer that question, as a consequence of a lot of research from my group and recent collaborations from a group of Henk Hilhorst in the Netherlands, Mel Oliver in the United States and Julia Buitink in France. The answer is yes, that there is a core set of genes that are involved in both.
Bu soruyu grubumda yapılan bir sürü araştırmanın ve Hollanda'dan Henk Hilhorst, Birleşik Devletler'den Mel Oliver ve Fransa'dan Julia Buitink'ten oluşan bir grupla yeni yapılan bir işbirliğinin sonucu olarak cevaplıyorum. Cevap evet, her ikisinde de mevcut ana gen seti bulunuyor.
And I'm going to illustrate this very crudely for maize, where the chromosomes below the off switch represent all the genes that are required for desiccation tolerance. So as maize seeds dried out at the end of their period of development, they switch these genes on. Resurrection plants switch on the same genes when they dry out. All modern crops, therefore, have these genes in their roots and leaves, they just never switch them on. They only switch them on in seed tissues.
Bunu mısır için kabaca göstereceğim, ki burada kapama düğmesinin altındaki kromozomlar kuruma toleransı için gerekli genlerin tümünü temsil eder. Mısır tohumları gelişim dönemlerinin sonunda kuruduklarında, bu genleri açarlar. Dirilen bitkiler aynı genleri kuruduklarında açarlar. Bundan dolayı tüm modern tahılların kökleri ve yapraklarında bu genler bulunmaktadır, ama bunları hiç açmazlar. Sadece tohum dokularında açarlar.
So what we're trying to do right now is to understand the environmental and cellular signals that switch on these genes in resurrection plants, to mimic the process in crops.
Şu an yapmaya çalıştığımız şey, tahıllarda bu süreci taklit etmek için dirilen bitkilerdeki bu genleri açan çevresel ve hücresel sinyalleri anlamak.
And just a final thought. What we're trying to do very rapidly is to repeat what nature did in the evolution of resurrection plants some 10 to 40 million years ago.
Ve son bir görüş. Hızlıca yapmaya çalıştığımız şey, dirilen bitkilerin evriminde doğanın 10 ila 40 milyon yıl kadar önce yaptığı şeyi tekrar etmek.
My plants and I thank you for your attention.
Bitkilerim ve ben dikkatiniz için teşekkür ederiz.
(Applause)
(Alkış)