Somaklonal Varyasyon
Özet
Bitki doku kültürü, bitki hücre, doku ve organlarının aseptik koşullarda yapay besin ortamlarında in vitro olarak yetiştirilmesini kapsayan ve bitki biyoteknolojisinin temelini oluşturan bir tekniktir. Mikroçoğaltım başta olmak üzere hastalıksız bitki üretimi, genetik saflığın korunması, nadir türlerin muhafazası ve sekonder metabolit üretimi gibi birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak özellikle mikroçoğaltım süreçlerinde karşılaşılan somaklonal varyasyon, klonal çoğaltımda genetik bütünlüğün korunması açısından önemli bir sorun oluşturmaktadır. Somaklonal varyasyon, doku kültürü sırasında ortaya çıkan kalıtsal genetik veya epigenetik değişiklikler olarak tanımlanmakta olup; morfolojik, fizyolojik, biyokimyasal ve moleküler düzeylerde kendini gösterebilmektedir. Bu varyasyonlar bir yandan bitki ıslahında yeni genotiplerin, stres ve hastalıklara dayanıklı varyantların geliştirilmesine olanak sağlarken, diğer yandan ticari mikroçoğaltımda klonal saflığın bozulmasına ve ürün kalitesinin düşmesine neden olabilmektedir. Somaklonal varyasyonu etkileyen faktörler arasında eksplant tipi ve kaynağı, kullanılan in vitro kültür yöntemi, altkültür sayısı ve süresi, bitki büyüme düzenleyicilerinin türü ve konsantrasyonu, kültür koşulları, genotip farklılıkları ve özellikle oksidatif stres önemli rol oynamaktadır. Bu faktörler hücresel stres, DNA hasarı, kromozomal düzensizlikler ve epigenetik yeniden programlanmalar yoluyla varyasyon oluşumunu tetiklemektedir. Somaklonal varyasyonların mekanizması genetik (kromozomal değişiklikler, mutasyonlar, ploidi farklılıkları) ve epigenetik (DNA metilasyonu, histon modifikasyonları ve RNA aracılı düzenleme) olmak üzere iki ana grupta incelenmektedir. Ayrıca transpozon aktivasyonu ve kimerik yapıların açığa çıkması da bu sürece katkıda bulunmaktadır. Somaklonal varyasyonların tespitinde morfolojik gözlemler, fizyolojik ve biyokimyasal analizler, sitolojik yöntemler (flow sitometri, FISH) ve moleküler markırlar yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle DNA tabanlı moleküler markırlar (RAPD, AFLP, ISSR, SSR, SCoT, MSAP) çevresel faktörlerden bağımsız ve yüksek duyarlılığa sahip olmaları nedeniyle güvenilir sonuçlar sunmaktadır. Güncel olarak yeni nesil dizileme ve epigenetik yaklaşımlar, somaklonal varyasyonların daha ayrıntılı analiz edilmesine olanak tanımaktadır. Sonuç olarak, somaklonal varyasyon bitki doku kültürü uygulamalarında kaçınılmaz bir olgu olup, kullanım amacına bağlı olarak avantaj veya dezavantaj olarak değerlendirilmektedir. Ticari mikroçoğaltımda varyasyonların minimize edilmesi gerekirken, bitki ıslahında kontrollü şekilde değerlendirilmesi önemli fırsatlar sunmaktadır. Bu nedenle doku kültürü protokollerinin dikkatle planlanması ve varyasyonların uygun yöntemlerle izlenmesi büyük önem taşımaktadır.
Referanslar
Altındal, N., 2022. Somaklonal varyasyon ve patates ıslahında kullanımı. Doğa ve Mühendislik Bilimlerinde Güncel Tartışmalar 7, 48–56. Ankara: Bilgin Kültür Sanat Yayınları.
Antony, J. J. J., Shamshir, R. A., Poobathy, R., Chew, B. L., Subramaniam, S., 2015. Somaclonal variations were not induced by the cryopreservation: levels of somaclonal variations of in vitro and thawed protocorms of Dendrobium Bobby Messina analysed by SCoT and TRAP DNA markers. South African Journal of Botany, 100, 148–157.
Bairu, M. W., Aremu, A. O., Van Staden, J., 2011. Somaclonal variation in plants: causes and detection methods. Plant Growth Regulation, 63(2), 147–173.
Bhojwani, S. S., Dantu, P. K., 2013. Somaclonal variation. In Plant tissue culture: an introductory text, 141–154. India: Springer India.
Cao, Z., Sui, S., Cai, X., Yang, Q., Deng, Z., 2016. Somaclonal variation in ‘Red Flash’ caladium: morphological, cytological and molecular characterization. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 126(2), 269–279.
Cassells, A. C., Curry, R. F., 2001. Oxidative stress and physiological, epigenetic and genetic variability in plant tissue culture: implications for micropropagators and genetic engineers. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 64(2), 145–157.
Chawla, H. S., 2000. Introduction to plant biotechnology. Science Publishers, Inc., Enfield.
Chen, W. H., Chen, T. M., Fu, Y. M., Hsieh, R. M., Chen, W. S., 1998. Studies on somaclonal variation in Phalaenopsis. Plant Cell Reports, 18(1), 7–13.
Çördük, N., Yücel, G., Akıncı, N., Tuna, M., 2017. Assessment of the genetic stability of indirect shoot organogenesis-derived plantlets of Digitalis trojana Ivanina by flow cytometry and cytological analyses. Tekirdağ Ziraat Fakültesi Dergisi, 14(1).
Deepthi, V. P., 2016. Role of plant growth regulators in grape production: a review. Int. J. Appl. and Nat. Sci., 6, 21–32.
Espinosa-Leal, C. A., Puente-Garza, C. A., García-Lara, S., 2018. In vitro plant tissue culture: means for production of biological active compounds. Planta, 248(1), 1–18.
Ferreira, M. D. S., Rebouças, T. A., Rocha, A. D. J., Oliveira, W. D. D. S., Santos, A. C. L. S. D., Jesus, J. P. F. L. D., Amorim, E. P., 2024. Selection and characterization of somaclonal variants of Prata banana (AAB) resistant to Fusarium wilt. Agronomy, 14(8), 1740.
Gao, D. Y., Vallejo, V. A., He, B., Gai, Y. C., Sun, L. H., 2009. Detection of DNA changes in somaclonal mutants of rice using SSR markers and transposon display. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 98(2), 187–196.
George, E. F., Hall, M. A., Klerk, G. J. D., 2008. Micropropagation: uses and methods. In Plant Propagation by Tissue Culture: Volume 1. The Background, 29–64. Dordrecht: Springer.
Grover, A., Sharma, P. C., 2016. Development and use of molecular markers: past and present. Critical Reviews in Biotechnology, 36(2), 290–302.
Gülşen, O., Mutlu, N., 2005. Bitki biliminde kullanılan genetik markırlar ve kullanım alanları. Alatarım, 4(2), 27–37.
Isah, T., 2015. Adjustments to in vitro culture conditions and associated anomalies in plants. Acta Biologica Cracoviensia Series Botanica, 57(2).
Kaçar, Y. A., 2024. Somaclonal variation in in vitro culture. In Book of Proceedings In: In vitro culture of woody crops: problem solving by new approaches. Sota V and Werbrouck S (eds). ISBN: 978-9934-38-084-6. Proceedings of the 2nd Conference of Cost Action CA21157 - COPYTREE. Bulduri, Latvia, 22–24 April 2024, 156.
Kado, C. I., Kleinhofs, A., 1961. Genetic modification of plant cells through uptake of foreign DNA. In International Review of Cytology, 11, 47–80. Academic Press.
Kaeppler, S. M., Kaeppler, H. F., Rhee, Y., 2000. Epigenetic aspects of somaclonal variation in plants. Plant Molecular Biology, 43(2), 179–188.
Karp, A., 1991. On the current understanding of somaclonal variation. Oxford Surveys of Plant Molecular and Cell Biology, 7, 1–58.
Karp, A., 1994. Origins, causes and uses of variation in plant tissue cultures. In Plant cell and tissue culture, 139–151. Dordrecht: Springer Netherlands.
Kordrostami, M., Rahimi, M., 2015. Molecular markers in plants: concepts and applications. Genet. 3rd Millenn, 13, 4024–4031.
Krishna, H., Alizadeh, M., Singh, D., Singh, U., Chauhan, N., Eftekhari, M., Sadh, R. K., 2016. Somaclonal variations and their applications in horticultural crops improvement. 3 Biotech, 6(1), 54.
Kumar, N. S., Gurusubramanian, G., 2011. Random amplified polymorphic DNA (RAPD) markers and its applications. Sci Vis, 11(3), 116–124.
Larkin, P. J., Scowcroft, W. R., 1981. Somaclonal variation—a novel source of variability from cell cultures for plant improvement. Theoretical and Applied Genetics, 60(4), 197–214.
Leela Sahijram, L. S., Soneji, J. R., Bollamma, K. T., 2003. Invited review: analyzing somaclonal variation in micropropagated bananas (Musa spp.). In Vitro Cellular & Developmental Biology – Plant, 39, 551–556.
Leva, A. R., Petruccelli, R., Rinaldi, L. M. R., 2012. Somaclonal variation in tissue culture: a case study with olive, 123–150. In Recent advances in plant in vitro culture. InTech.
Li, R., Bruneau, A. H., Qu, R., 2010. Tissue culture-induced morphological somaclonal variation in St. Augustinegrass [Stenotaphrum secundatum (Walt.) Kuntze]. Plant Breeding, 129(1), 96–99.
Linacero, R., Rueda, J., Esquivel, E., Bellido, A., Domingo, A., Vázquez, A. M., 2011. Genetic and epigenetic relationship in rye, Secale cereale L., somaclonal variation within somatic embryo-derived plants. In Vitro Cellular & Developmental Biology – Plant, 47(5), 618–628.
Majumder, S., Igamberdiev, A. U., Debnath, S. C., 2025. Somaclonal variation and clonal fidelity in commercial micropropagation: challenges and perspectives. Agronomy, 15(6), 1489.
Manchanda, P., Sharma, D., Kaur, G., Kaur, H., Vanshika, 2025. Exploring the significance of somaclonal variations in horticultural crops. Molecular Biotechnology, 67(6), 2185–2203.
Manchanda, P., Sharma, D., Kaur, G., Kaur, H., Vanshika, 2025. Exploring the significance of somaclonal variations in horticultural crops. Molecular Biotechnology, 67(6), 2185–2203.
Martínez-Estrada, E., Caamal-Velázquez, J. H., Salinas-Ruíz, J., Bello-Bello, J. J., 2017. Assessment of somaclonal variation during sugarcane micropropagation in temporary immersion bioreactors by intersimple sequence repeat (ISSR) markers. In Vitro Cellular & Developmental Biology – Plant, 53(6), 553–560.
Miguel, C., Marum, L., 2011. An epigenetic view of plant cells cultured in vitro: somaclonal variation and beyond. Journal of Experimental Botany, 62(11), 3713–3725.
Mo, X. Y., Long, T., Liu, Z., Lin, H., Liu, X. Z., Yang, Y. M., Zhang, H. Y., 2009. AFLP analysis of somaclonal variations in Eucalyptus globulus. Biologia Plantarum, 53(4), 741–744.
Mujib, A., 2005. Colchicine induced morphological variants in pineapple. Plant Tissue Culture and Biotechnology, 15(2), 127–133.
Ngezahayo, F., Dong, Y., Liu, B., 2007. Somaclonal variation at the nucleotide sequence level in rice (Oryza sativa L.) as revealed by RAPD and ISSR markers, and by pairwise sequence analysis. Journal of Applied Genetics, 48(4), 329–336.
Polanco, C., Ruiz, M. L., 2002. AFLP analysis of somaclonal variation in Arabidopsis thaliana regenerated plants. Plant Science, 162(5), 817–824.
Prado, M. J., Rodriguez, E., Rey, L., González, M. V., Santos, C., Rey, M., 2010. Detection of somaclonal variants in somatic embryogenesis-regenerated plants of Vitis vinifera by flow cytometry and microsatellite markers. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 103(1), 49–59.
Puente, R., González, A. I., Ruiz, M. L., Polanco, C., 2008. Somaclonal variation in rye (Secale cereale L.) analyzed using polymorphic and sequenced AFLP markers. In Vitro Cellular & Developmental Biology – Plant, 44(5), 419–426.
Rahman, M., Rajora, O., 2001. Microsatellite DNA somaclonal variation in micropropagated trembling aspen (Populus tremuloides). Plant Cell Reports, 20(6), 531–536.
Rajan, R. P., Singh, G., 2021. A review on application of somaclonal variation in important horticulture crops. Plant Cell Biotechnol. Mol. Biol, 22, 161–175.
Ranghoo-Sanmukhiya, V. M., 2020. Somaclonal variation and methods used for its detection. In Propagation and genetic manipulation of plants, 1–18. Singapore: Springer Singapore.
Saker, M. M., Bekheet, S. A., Taha, H. S., Fahmy, A. S., Moursy, H. A., 2000. Detection of somaclonal variations in tissue culture-derived date palm plants using isoenzyme analysis and RAPD fingerprints. Biologia Plantarum, 43(3), 347–351.
Sales, E. K., Butardo, N. G., 2014. Molecular analysis of somaclonal variation in tissue culture derived bananas using MSAP and SSR markers. Int J Biol Vet Agric Food Eng, 8(6), 615–622.
Sarasan, V., Cripps, R., Ramsay, M. M., Atherton, C., McMichen, M., Prendergast, G., Rowntree, J. K., 2006. Conservation in vitro of threatened plants—progress in the past decade. In Vitro Cellular & Developmental Biology – Plant, 42(3), 206–214.
Skirvin, R. M., Janick, J., 1976. Tissue culture-induced variation in scented Pelargonium spp. 1. Journal of the American Society for Horticultural Science, 101(3), 281–290.
Skirvin, R. M., McPheeters, K. D., Norton, M., 1994. Sources and frequency of somaclonal variation. HortScience, 29(11), 1232–1237.
Smith, M. K., Drew, R. A., 1990. Current applications of tissue culture in plant propagation and improvement. Australian Journal of Plant Physiology, 17(3), 267–289.
Steward, F. C., Mapes, M. O., Mears, K., 1958. Growth and organized development of cultured cells. II. Organization in cultures grown from freely suspended cells. American Journal of Botany, 705–708.
Taha, M. A., Tawfik, A. A., Mahmoud, A. M., Mohamed, M. F., 2024. Assessment of somaclonal variants of Salvia splendens at different subcultures using molecular markers. Assiut Journal of Agricultural Sciences, 55(3), 78–96.
Taşpınar, M. S., Tosun, M., 2002. İzoenzim elektroforez tekniğinin bitki ıslahında kullanımı. Research in Agricultural Sciences, 33(4).
Thorpe, T. A., 2007. History of plant tissue culture. Molecular Biotechnology, 37(2), 169–180.
Us-Camas, R., Rivera-Solís, G., Duarte-Aké, F., De-la-Peña, C., 2014. In vitro culture: an epigenetic challenge for plants. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 118(2), 187–201.
Vos, P., Hogers, R., Bleeker, M., Reijans, M., van de Lee, T., Hornes, M., Zabeau, M., 1995. AFLP: a new technique for DNA fingerprinting. Nucleic Acids Research, 23(21), 4407–4414.
