Ceviz Islahındaki Gelişmeler

Ceviz Islahındaki

Gelişmeler

Sürdürülebilir Ceviz Üretimine Doğru (Juglans regia L.)

Özet

 Juglans regia L., meyve üretimi için yaygın olarak yetiştirilen Juglans cinsinin tek türüdür.

Son 20 yılda küresel ceviz üretimi, önde gelen üretici ülkeler olarak Çin, ABD ve İran ile birlikte yaklaşık %250 oranında artmıştır. Bu muazzam büyüme, yüksek besin değeri ve insan sağlığına sayısız yararı nedeniyle düzenli ceviz tüketimindeki artışa bağlanmaktadır.

 Ceviz ıslah programları, iklim değişikliği ve insan nüfusunun artması nedeniyle sürdürülebilir üretim artışı sorunu ile karşı karşıyadır. Bu bölümde, ceviz yetiştiriciliğine yönelik son girişimleri ve başarıları ekolojik ve ekonomik olarak gözden geçireceğiz. Bu doğrultuda, biyotik ve abiyotik streslere karşı genetik direnci olan yeni çeşitlerin geliştirilmesi, girdi tüketimini azaltmaya yönelik çözümlerin belirlenmesi ve cevizde genetik çeşitliliğin araştırılması ve korunması gibi konular üzerinde durulmuştur.

 Ceviz, 20'den fazla türü kapsayan ve Juglandaceae'nin botanik ailesine ait olan Juglans cinsinin herhangi bir ağacının meyvesi olarak tanımlanır. Juglans cinsine dahil olan bütün türler yenilebilir meyve üretmektedir, ancak İran veya İngiliz cevizi (J. regia L.) meyve üretimi için yaygın olarak yetiştirilen tek türdür ve bu bölümün ana odağı olacaktır.

 Cevizin evrimsel tarihi, insan ve biyocoğrafik güçlerin karmaşık etkileşimi ile şekillenmiştir.

İran cevizinin doğal yayılış alanının Orta Asya'da, özellikle Batı Himalayaların eteklerinde Keşmir bölgesinden Tacikistan ve Kırgızistan'a kadar olduğu tahmin edilmektedir. İpek Yolu ve Pers Kraliyet Yolu'ndan geçen insan göçü nedeniyle ceviz, özellikle Özbekistan'a, kuzey İran'a, Kafkasya bölgesine ve Türkiye'nin doğu bölgesine ve daha sonra da Doğu Hindistan'a, Kuzey Hindistan'a, Nepal'e ve Batı Çin'e yayıldı. Palinolojik veriler Son Buzul Dönemi'nde Avrupa ve Balkanlar'da J. regia'nın varlığını desteklese de, İran cevizinin Avrupa'ya nasıl ulaştığı hala tartışmalıdır. Son zamanlarda, Pollegioni ve ark. (2017), doğu Akdeniz'de bulunan cevizin buzul refugasının varlığını fosil, tarihsel ve genetik verileri birleştirerek doğrulamıştır. Balkanlardan, J. regia, Yunan ve Roma uygarlıkları tarafından yaygın olarak kullanılan ceviz kullanımının bir sonucu olarak M.Ö 2,500’den başlayarak Avrupa çapında yayılmıştır (Mercuri ve ark. 2013). Son olarak, 1. ve 2. yüzyıllar arasındaki Roma imparatorluğu döneminde ceviz yetiştiriciliği, 16. yüzyılda Amerika'ya gelen ingilizler tarafından getirilerek ‘İngiliz’ cevizi (J. regia) ismini almıştır. “İngiliz” ceviz ismi, Amerikan kolonistleri tarafından onu yerli Amerikan kara cevizinden (J. nigra) ayırmak için seçilmiştir.

Giriş

 Şu anda, İran cevizi, Kuzey, Orta ve Güney Amerika'dan Avrupa ve Kuzey Afrika'ya, Kafkasya'dan Çin ve Okyanusya'ya kadar geniş bir alanda yetişmektedir. 2016 yılında Çin'in ardından ABD, İran, Türkiye ve Ukrayna ilk beş sırayı almak üzere dünyada 3,7 milyon ton kabuklu ceviz üretildi. Amerika Birleşik Devletleri, 2016 yılında 460.101 ton kabuklu ceviz ihracatıyla lider olmuştur ve onu Şili (115.000 ton), Ukrayna (56.100 ton), Moldova (34.000 ton) ve Çin (19.000 ton) izlemiştir.

 Genel olarak, küresel ceviz üretimi son 20 yılda yaklaşık %250 oranında artmıştır. Bu muazzam büyüme, temel olarak insan sağlığına olan sayısız yararı nedeniyle düzenli ceviz tüketimindeki artışa bağlanıyor.

Ceviz içleri, yağları, proteinleri, vitaminleri ve mineralleri içerdiğinden dolayı besleyici madde bakımından zengin bir besindir (Martínez ve ark. 2010). Yağlar özellikle çoklu doymamış yağ asitleri olan linoleik asit ve (Alfa-linolenik asit toplam yağ asidi içeriğinin %78'ine kadar) cevizde en belirgin besin maddesidir. Alfa-linolenik asit, bitki bazlı bir esansiyel omega-3 yağ asididir ve antienflamatuar ve antiaterojenik etkilerin yanı sıra koroner kalp hastalığı için% 10 risk azalması ile ilişkilendirilmiştir.

Olumlu bir lipit profiline ek olarak, ceviz, en yüksek antioksidan etkinliği olan polifenolik bileşimi için diğer sert kabuklulardan daha üstündür. Ayrıca, ceviz tüketimi daha düşük tip 2 diyabet riski ve beyin sağlığının yaşlandıkça korunması ile ilişkilendirilmiştir.

 Cevizin genetik gelişimi ancak 20. yüzyılda başlamıştır. Dünyadaki en önemli ceviz ıslah programları Kaliforniya, Fransa ve Çin'de bulunmaktadır. Hepsi, verimli ve yüksek albenisi olan, lezzet kalitesi iyi, kabuğu kolay kırılan, çiçeklenme ve hasat tarihi iyi adapte olmuş ve temel ceviz hastalıklarına karşı direnci hedeflemektedir. Son zamanlarda Bernard ve ark. (2018), dünyadaki ticari ceviz ıslah programlarının geçmiş ve mevcut hedeflerine kapsamlı bir genel bakış bildirmiştir. Ayrıca, ceviz ıslah programları da sürdürülebilir bir şekilde üretimi arttırma zorluğuyla karşı karşıyadır. Ceviz yetiştiriciliğini ekolojik ve ekonomik olarak kolaylaştıran, örneğin girdi tüketimini azaltmak (su ve kimyasallar), bitki çeşitliliğini artırmak ve korumak, ve biyotik ve abiyotik streslere karşı genetik dirençli yeni çeşitler geliştirmek gibi potansiyel olarak farklı uygulamalar vardır (Wezel ve ark. 2014). Bu bölümün temel amacı, ceviz ıslah programlarının sürdürülebilir ceviz üretimine yönelik son çabalarını ve kazanımlarını gözden geçirmektir.

1 Cevizde hastalık kontrolü için sürdürülebilir çözümler

 Ceviz yetiştiricileri için en büyük zorluklardan biri, yeni ve tekrarlayan zararlı ve patojen ile ilgili salgınları kontrol etmektir. Bugüne kadar, kimyasalların uygulanması hastalık önleme ve kontrolü için birincil strateji olmuştur. Fakat, sürdürülebilir tarım için artan talep, alternatif ve çevre dostu çözümler için araştırma yapılmasını gerektirmektedir.

 Dünyadaki Ceviz Islah Programları,

(1) kalıtsal hastalık dirençlerini belirlemek için in-situ ve ex-situ ceviz koleksiyonlarını tarama,

(2) konakçı-patojen etkileşimlerinin moleküler ve hücresel temellerini anlamak için moleküler biyolojiye yatırım yapmak

(3) kimyasal kontrolün çevreye daha uygun formları(iyi tarım uygulamaları gibi) biçimlerinin etkinliğini araştırma yapmak olarak görülmektedir.

1.1 Kiraz yaprak kıvırcıklığı virüsü

İran cevizin önemli bir hastalığı kiraz yaprak kıvırcıklığı virüsünün (CLRV) neden olduğu siyah çizgi hastalığıdır. CLRV polen kaynaklı olup enfeksiyon çiçeklenme sırasında meydana gelir. Enfekte olmuş İngiliz ceviz ağaçları genellikle dayanıklı anaçlara aşılanmadıkça semptomsuzdur. Virüs, kalem ile dirençli bir anaç arasındaki aşı bölgesine ulaştığında kalem nekrozuyla sonuçlanan aşırı duyarlı bir reaksiyon(HR) meydana gelir. Kaliforniya'da, siyah ceviz (J. hindsii) veya 'Paradox' melezleri (J. hindsii x J. regia) gibi tüm yaygın ve üstün anaçlar, son otuz yıl boyunca California Üniversitesinde Davis Ceviz Geliştirme Programı ile siyah çizgi hastalığına çözüm bulmak için yoğun bir şekilde çalışılmıştır.

 1982 yılında, Ceviz Geliştirme Programı iki ana amacı olan bir geriye melezleme ıslah programı başlattı:

(1) CLRV ile enfekte semptomsuz bir tepkiye sahip kuvvetli anaçların geliştirilmesi ve (2) Kuzey Kaliforniya siyah cevizden İngiliz cevizine CLRV direncinin aktarılması ve bu sayede aşı bölgesinde nekroz ve aşırı duyarlılığın önlenmesi. CLRV'ye aşırı duyarlılık için ayrılan ceviz melezlerinin ((J.

hindsii x J. regia) x J.regia) ilk gerimelez bireyleri (BC1), toplu segregant analizi yapmak ve buna bağlı olarak siyah çizgi direnç genleriyle ilişkili RAPD markörlerini tanımlamak için kullanıldı. İki RAPD parçası, tek bir baskın özellik olarak kalıtsal olan CLRV'ye aşırı duyarlılık ile ilişkilendirildi. İki RAPD markerından biri (OP-K15720) klonlandı, sıralandı ve yükseltilmiş bölge (SCAR) markerına özgü bir diziye dönüştürüldü. Bu lokus bugün, gelecek vaat eden kuşaklar için en umut verici bireyleri ebeveyn olarak seçmek için gerimelezleme programında CLRV'ye aşırı duyarlılığı taramak için hala kullanılmaktadır. 2017 yılında Ceviz Geliştirme Programı, virüse dayanıklılık, meyve kalitesi, hasat tarihi ve verim açısından 90 BC5 çöğürünü değerlendirmek için başlamıştır. Ayrıca, standart ve zaman alan saha test prosedürünü önlemek için serada CLRV direncinin taranması için yeni bir prosedür geliştirilmiştir. CLRV direncinin J. hindsii'den İngiliz cevizine girmesinin ana dezavantajlarından biri, siyah cevizlerin kalın kabuk ve sıkışık doku gibi meyve ile ilgili olumsuz özelliklerinin BC bitkilerinde tutulmasıdır. Bu, J. Hindsii’nin genetik temelini azaltmak için birkaç geriye melezleme işlemi gerçekleştirmeyi ve CLRV'ye karşı dayanıklı olan ve ticari ceviz üretimi için gerekli meyve kalitesine sahip bireyler elde etmeyi gerekli kılar.

 RNA’ya müdahele yoluyla gen susturma, siyah çizgi hastalığının kontrolü için geleneksel ıslah yöntemine alternatif bir yaklaşımdır. Bu, duyarlı geni baskılanmış ve bu nedenle CRLV'ye toleranslı yeni anaçların üretimine olanak tanıyacaktır. Sudarshana ve diğ. (2010), diğer türlerde iyi karakterize edilmiş R genlerine homolog olan ceviz genom dizilerinin tanımlanmasına odaklanmıştır. Gen baskılama yaklaşımı, RNAi yoluyla kalem ve anaç arasına aşılanmış modifiye edilmiş bir ara anaç ile CLRV'yi hedeflemek için uygun bir yaklaşım olabilir. Bu şekilde, CLRV enfeksiyonunun köklere ulaşmasını ve dolayısıyla siyah çizgiyi tetiklemesini önlemek mümkün olacaktır.

1.2 Taç Kanseri Hastalığı

 Taç Kanseri hastalığına Agrobacterium tumefaciens neden olur ve enfekte olmuş ağaçların büyümesini ve verimliliğini ciddi şekilde sınırlayabilir. A. tumefaciens enfeksiyonu sırasında, Agrobacterium-transfer DNA (T-DNA), tümör indükleyen plazmidden çıkarılır ve bitki genomuna yerleştirilir. Ur yapısı, T-DNA onkogenlerinin ekspresyonundan ve bitki hücrelerinin normal hormon hassasiyetini değiştiren yeni fitohormon yolu yapılarının biyosentezinden kaynaklanır. Normal tümör gelişimi için gereken iki iyi karakterize edilmiş T-DNA onkogenleri, oksinlerin ve sitokininlerin biyosentezinde yer alan triptofan monooksijenaz ve izopentenil transferaz genleridir.

 A. tumefaciens enfeksiyonunu önleyen yaygın agronomik uygulamalar, fümigasyon, bitki sağlığı ve biyolojik kontroldür. Ancak, bu önlemlerin etkinliği İngiliz cevizinde tutarlı olmamıştır. Escobar ve diğ. (2002), gal oluşumuna karşı direnç gösteren transgenik hat olan ‘Chandler’ çeşitlerini geliştirmişlerdir. 'Chandler' Amerika Birleşik Devletleri'nde bir anaç olarak kullanılmadığından, daha sonra aynı gen baskılama stratejisini kullanarak transgenik "Paradox" kök kanserine dirençli hatlar üretildi. Elde edilen hastalığa dayanıklı anaçlar, mevzuat ve tüketici kabul sorunları nedeniyle yetiştiriciler için piyasaya sürülememiştir. Taç kanserine dayanıklı cevizlerin gelişimi için bir başka yaklaşım ise A.

tumefaciens'e karşı doğuştan gelen direnç için Juglans gen kaynakları koleksiyonlarını taramaktır. J. microcarpa, J. major ve Pterocarya spp.’nin birkaç açıkta tozlanan bitkileri ve Ulusal Klonal Genkaynakları Deposunda bulunan Juglans genkaynakları koleksiyonunda yüksek düzeyde kök kanseri direnci göstermişlerdir.

Ceviz Bakteriyel Yanıklığı

 Ceviz bakteriyel yanıklığı, verimi ve meyve kalitesini olumsuz yönde etkileyen bir diğer önemli bakteri hastalığıdır. Geçici ajanı Xanthomonas arboicola pv. Juglandis (Xaj), yaprak, çiçek, meyve, tomurcuk ve genç dallara saldırır. Lezyonlar küçük koyu kahverengi lekeler olarak başlar, ardından enfeksiyon yayılınca geniş koyu ölü doku alanları ortaya çıkar. Yağmurlu hava ve erken çiçeklenme, Xaj enfeksiyonu riskini ve şiddetini artıran en önemli faktörlerdir. Ayrıca, bakteri enfekte olmuş dallarda, tomurcuklarda ve meyvelerde kışlar bu nedenle hastalık kontrolünü daha karmaşık hale getirir. Bakteriyel yanıklık hastalıklarından kaçınmanın etkili bir yolu dirençli bireyleri tanımlamak olacaktır. Bir ex-situ J. regia koleksiyonunun değerlendirilmesinde, doğal koşullarda Xaj toleransı için ayrım görülmüştür. Bu sonuç genç dalların, yaprakların ve çiçeklerin epidermindeki anatomik farklılıkların Xaj enfeksiyonuna toleransı ile ilişkili olabileceğini göstermektedir. Ayrıca, UC Davis WIP, yanıklık etkisi düşük olmasına ek olarak açık iç renkli, verimli, ağaç gelişimi iyi olan ve iri meyveli Gillet çeşidini piyasaya sürmüştür.

Bakteriyel yanıklık kontrolü için bir başka çözüm, erken ilkbaharda Xaj enfeksiyonu için elverişli çevresel koşullardan kaçabilecek geç çiçeklenen çeşitlerinin seçimidir. Ayrıca, Fransa'da 2017 yılının ortalarında, yerel gen kaynaklarındaki Xaj toleransıyla ilişkili fenotipik ve genetik çeşitliliği araştırmak için yeni bir araştırma projesi başlatılmıştır.

 Hem hastalığın erken biyo-markerlarla hem de bakır bazlı ilaçlara alternatif sürdürülebilir formülasyonların tanımlanması, Xaj salgınlarının önlenmesi için başka bir stratejidir. Son zamanlarda, Horibe ve ark. (2017), cevizdeki iki polifenol oksidaz (PPO) geninin aktivitesinin, Xaja duyarlılığı ile pozitif bir korelasyon gösterdiğini gözlemlemiştir. Bu nedenle, her iki PPO genini konakçı duyarlılığı için biyo-marker olarak önerdiler. Aynı zamanda, Horibe ve ark. (2017), biyolojik -polisilinin (EPL), Xaj tür 417'yi öldürmedeki etkinliğini doğruladı. EPL, doğal fermantasyon tarafından üretilen ve bazı ürünlerde koruyucu olarak kullanılan bir antimikrobiyal peptittir (AMP). EPL'nin kooper dirençli bir Xaj türünü öldürme kapasitesinin onaylanmış kapasitesi, ceviz bakteriyel yanıklığı kontrolü için toksik kimyasalların tamamen değiştirilmesi yönünde ümit verici bir sonuçtur.

 Phytophthora kök boğazı ve kök çürüklüğü (PCRR), İran cevizinin en şiddetli hastalıklarından biridir. Ondan fazla Phytophthora türü PCRR'ye neden olan etmenler olarak tanımlanmıştır, ancak Phytophthora cinnamomi ve P. citricola özellikle en öldürücü olanlarıdır. Dikkatli toprak suyu yönetimi, PCRR'nin görülme sıklığını ve şiddetini asgariye indirebilir, ancak etmene dirençli anaçlar gereklidir. Gerçekten de, Kaliforniya'da ceviz yetiştiriciliği için kullanılan mevcut ticari anaçların çoğu P. cinnamoni ve P.

citricola'ya hassastır. Browne ve diğ. (2011), P. cinnamomi ve P. citricola'ya karşı direnç için yedi serbest tozlanan Pterocarya stenoptera seçiminden çöğürleri değerlendirdi. Test edilen tüm tohum cinsleri her iki patojene karşı yüksek dirençli olsalar da, popüler ceviz çeşitleriyle aşı uyuşmaları yoktu. 2010 yılında, UC Davis WIP, genkaynaklarında erken tarama ile PCRR'ye dirençli anaç çeşidi olan RX1'i (J. microcarpa x J. regia) piyasaya sürdü. Browne ve arkadaşları, (2015), patojen tarafından enfekte edilen ticari bir ceviz bahçesindeki "RX1" in P. cinnamomi 'ye olan direncini doğruladılar.

 Lezyon nematodları (Pratylenchus vulnus) İran cevizinin topraktaki diğer patojenleridir.

Genç ceviz kökleriyle beslenirler, gelişimlerini ciddi şekilde tehlikeye atarlar. dikimden önce fidanlıkları ve yeni meyve bahçelerini fumigasyona yönelik eski uygulamalar sürdürülebilir olmadığından, bu zararlıya karşı genetik bir çözümün belirlenmesi arzu edilmektedir. Fidancılardan elde edilen fideler, USDA NCGR koleksiyonunun çeşitli Juglans türleri ve WIP tarafından üretilen Paradox hibritleri dahil olmak üzere geniş bir genkaynakları koleksiyonunda nematod direnci için bir derinlemesine tarama sonucunda kök lezyon nematoduna toleranslı J hindsii x J. Regia melezi olan 'VX211 tanımladı.

“VX211”, nematod besleme baskısı altında çok güçlü bir büyüme göstermiştir ve 2010 yılında ticari bir anaç olarak piyasaya sürülmüştür.

Phytophthora spp. ve Nematodla İlişkili Hastalıklar

 1950'lerden bu yana tüm dünya yüzey ısınması ve aşırı iklim olayları yaşamıştır. Gelecekteki iklim değişikliği için tahminler, tüm iklimde daha fazla ısınma ve uzun süreli değişiklikler şeklindedir. Bu tür senaryolar şüphesiz su artışını, donma-çözülme olaylarını ve haşere çeşitlerinin genişlemesini içeren tarımı etkileyecektir. Buna göre, cevizdeki son araştırmalar çevresel faktörlere, özellikle de su, sıcaklık ve besin maddelerine verilen fizyolojik tepkilere odaklanmıştır.

 Gauthier ve Jacobs (2011), son 35-60 yıl içinde ceviz stresi fizyolojisi ile ilgili yapılan çalışmaları özetleyerek, iklim değişikliğinin ceviz üzerindeki potansiyel etkilerinin büyüklüğüyle ilgili hala belirsizliğin bulunduğunu vurguladı. Küresel ısınmaya adaptasyonun ilk işareti, bitki yaşam döngüsü boyunca fenolojik olayların zamanlamasının değişmesidir. Genel gözlem, ilkbahar bitki fenolojik olaylarının çoğunun Avrupa, Kuzey Amerika ve Asya'da daha erken eğilimde olduğu şeklindedir.

Bununla birlikte, bahar olaylarının bu ileriye dönük ilerleyişi evrensel değildir: bazı bitki türleri, artan bahar sıcaklığından daha fazla kış soğukluğunun eksikliğine tepki gösteriyor. Pope ve diğ. (2013), vejetatif tomurcuk patlama zamanını ve ‘Payne çeşidinin erkek çiçeklenmeyi ayarlamak için 60 yıllık bir veri seti kullandı. Erkek çiçeklenme tarihini, ilkbaharda ileriye çekmek için gereken soğuklama gereksinimlerine göre ilerledi. Vejetatif tomurcuk patlaması 60 yıl boyunca eğilimleri değiştirdi. 1994 yılı civarında soğuklama, yaprak dökümü tarihini geciktiren düşük seviyedeydi. Bu nedenle, küresel sıcaklık arttıkça, kış soğuklaması azalır ve tomurcuk patlaması için daha fazla bahar ısısı gerekir. Bu bulgular, bazı ceviz yetiştirme bölgelerinin ceviz yetiştiriciliği için uygun olamayacağına işaret ederken, halihazırda çok soğuk olarak değerlendirilen bölgeler ceviz yetiştiriciliği için iklim gereksinimlerini ortaya çıkarabilir.

Cevizde çevresel değişikliklere adaptasyon

 İklim değişikliğinin ceviz üretimindeki bir başka sonucu da don zararı riskinin artması olabilir. Ceviz yaprak döken bir ağaçtır ve kış dinlenmesine maruz kalır. Erken ilkbaharda sıcaklık ihtiyacı karşılandığında tomurcuk uyanmaya başlar.

Bu yıllık döngü donu önlemeyi sağlar. İran cevizinde tomurcuklar kasım ayında uyku durumuna girer ve soğuklama gereksinimlerini tamamladıktan sonra mart- nisan ayında dormansiden çıkar(Şekil 2).

 Soğuğa uyum, düşük sıcaklık stres toleransını iyileştirmek için bitkinin biyokimyasal ve fizyolojik durumundaki büyük değişiklikleri içeren donma hasarını önlemek için başka bir mekanizmadır. Dormansi ve soğuğa uyum kısa fotoperyod ve düşük sıcaklıklar gibi aynı çevresel sinyallerden kaynaklanır. Böylece, endodormancy kış aylarında meydana gelirken, ağaçlar da soğuğa en dayanıklı haldedir. Çeşitler arasında varyasyon olduğu için hem dormansi hem de soğuk aklimasyon kalıtsaldır. Charrier ve diğ. (2011), dormansi ve soğuğa uyum farklılıkların, aynı bahçe koşullarında yetişen ceviz ağaçlarını karşılaştırarak çevresel ve genetik etkilerle ne derece ilişkili olduğunu değerlendirmiştir. Özellikle, meyvesi için yetiştirilen 4 J.

regia çeşidi ile ('Chandler', 'Franquette,' 'Lara' ve 'Serr') ve kerestesi için üretilen iki melezin (J. regia x J. nigra) tomurcuklanma tarihini, soğuklama ve ısı gereksinimlerini ova ve dağ bölgelerindeki iki kış ölçtüler.

Don Toleransı

Şekil. Cevizde endodormancy'den tomurcuk patlamasına kadar fenolojik olaylar ve sıcaklık uyumu. Don ve emboli risklerinin zamanlaması da belirtilmiştir.

 Soğuklara dayanıklılık üzerinde güçlü bir genotipik etki, ancak endodormancy olayının bitmesiyle gözlenmiş, ceviz ağaçları arasındaki tomurcuk patlama tarihindeki farklılıklar açıklanmıştır. Özellikle, erkenci genotipler geçci olanlara göre daha kısa sürede soğuğa dayanıklılığı azalır ve geçcilere göre daha hızlı gelişir. Bu bulgular, daha önce yetiştirilen çeşitlerde çoğunlukla tomurcukların ve yeni yaprakların soğuklara daha önce maruz kalmasından dolayı don hasarı riskindeki artışı vurgulamaktadır. Aynı araştırma grubu, küçük saksı ve olgun meyve bahçesi İngiliz ceviz ağaçlarının farklı organlarını ve dokularını farklı yıllarda kış soğuklarına dayanıklılıkta mevsimsel değişiklikler açısından karşılaştırmıştır.

Donmaya en hassas olan tomurcukları ve en dirençli olan tomurcuklarıyla tüm yerüstü dokularında soğuk uyumu ve uyumsuzluğunu gözlemlediler. Ayrıca, Charrier ve ark. (2013) dona dayanıklılık ile iki fizyolojik parametre, yani su ve çözülebilir karbonhidrat (glukoz, fruktoz, sukroz: GFS) içeriği arasındaki ilişkiyi araştırmıştır. Nitekim, soğuğa alışma sürecinde, bitki dokularının su içeriği, hem topraktan daha az su alma hemde su kaybının azalmasından dolayı azalmaktadır. Ağaçlar aynı anda prolin ve GFS gibi çözünür bileşikler sentezler. Bu metabolitler, her tür biyolojik molekül için su emici bir ortamı koruyarak ve sitozol donma noktasını düşürerek, su ikamesi görevi görür. Charrier ve diğerlerinin (2013) dona dayanıklılık için en iyi modele dayanarak, kış soğuklarına dayanıklılık su içeriği ve GFS'nin etkileşimli etkisinden kaynaklanmaktadır.

 Genetik değişkenlik ve kış soğuklara dayanıklılığın kalıtımsallığının değerlendirilmesi, adaptif özellikler için gelecekteki ıslah için çok önemlidir. Guàrdia ve diğ. (2016) sonbahar ve kış soğuklarına dayanıklılık için İran cevizinin bir soy testini gerçekleştirmiştir. Sonbahar donlarına dayanıklılık kalıtım derecesi 0.68, kış soğuklarına dayanımın kalıtım derecesi ise 0.77'dir. Bu tür yüksek kalıtım derecesi değerleri cevizdeki bu özellikler için ümit verici seleksiyon ve ıslah göstergeleridir.

Kuraklık Toleransı

 İklim değişikliğinin bir etkisi, optimum büyüme ve verimlilik için yüksek miktarda su isteyen ceviz gibi bir ürün için su varlığını azaltabilir. Cevizde su stresinin yaprak dökülmesi, sürgün büyümesinin azalması, güneş yanığı ve sonunda ağaç ölümü gibi etkileri vardır. Kuraklık adaptasyonu ile ilgili olarak, cevizler yapraktan havaya hava basıncı açığı (VPD) veya düşük yaprak su potansiyeli altında, ksilemde boşluk oluşumunu önlemek için stomaları kapatarak kuraklıktan kaçınmaktadır. Ayrıca, kuraklığa tepki olarak ağaçlar, prolin, şekerler ve polioller gibi çeşitli organik bileşikler biriktirir. Naser ve ark., (2010), kuraklık toleransında yer alan mekanizmaları incelemek için polietilen glikol-6000 kullanarak İran ceviz genotiplerinde su stresi yaratmıştır. Birkaç J. regia genotipinin (‘Lara’, ‘Panegine20’, ‘Serr’ ve ‘Chandler’ın) çöğürlerinde farklı su potansiyellerinde biriken prolin ve şeker miktarını belirlediler. Tüm genotiplerde, kuraklık stresi altında tohum çimlenmesinde bir azalma gözlenmiştir. Bununla birlikte, ‘Panegine20’ ve Chandler’

çeşitleri, prolin ve çözünür şekerlerin birikmesi ve nişasta içeriğinin azalması ile ilişkili olarak en yüksek kuraklık toleransını göstermiştir. Bu nedenle, Naser ve diğerleri, (2010) cevizde kuraklık stresi seviyesinin biyokimyasal markerlerı olarak prolin ve çözülebilir şeker konsantrasyonları önermiştir.

 Cevizde kuraklık toleransı taramasının alternatif ve ucuz bir yolu, yaprak dokusunun karbon izotop bileşimini, dolaylı bir su kullanım etkinliği endeksi olarak değerlendirmektir.

Bitkiler stoma difüzyonu ve fotosentez sırasında 13 Carbon’a karşı ayrım yaparlar. Bununla birlikte, eğer CO2 asimilasyonu artarsa ​​veya stoma iletkenliği (gs) azalırsa, mevcut hücre içi C02'de bir eksiklik meydana gelir ve bitki 13 Carbon’a karşı ayrım yapmayı azaltmaya zorlanır.

 İç su kullanım etkinliği (WUE), asimilasyonun stoma iletkenliğine veya transpirasyona (A / gs) oranı olarak ifade edilebildiğinden, karbon izotop ayrımı (-13C), stoma iletkenliğinin veya transpirasyonun hücre içi CO2 konsantrasyonları üzerindeki etkisi ile iç su kullanım etkinliğine bağlanır: WUE, stoma kapanması (gs azalması) veya A'da bir artış nedeniyle artarken, hücreler arası CO2 ve 13C azalır. Bu nedenle, düşük 13C değerleri yüksek su kullanım verimliliğini göstermektedir. Aleta ve diğ. (2009), İspanya'da yedi bölge kaynaklı 22 J. regia serbest tozlanan bitkiler için yaprakda 13C'deki genetik çeşitliliği değerlendirmiş ve bu değişimin aynı zamanda yerel habitatların iklim göstergeleri ile korele olup olmadığını araştırmıştır. İspanya'da kuraklık eğilimli bölgelerden gelen ve su kullanımında en verimli genotiplere sahip familyalar arasında karbon izotop bileşimindeki genetik değişim gözlendi.

Ayrıca, bu çalışma, J. regia'daki büyüme ve kuraklık toleransı arasındaki değişimin varlığına da vurgu yaptı.

 Famula ve diğ. (2018), UC Davis WIP'in 60 bireyinde karbon izotop ayrımını ve yaprak azot konsantrasyonunu karakterize etmiştir. Genomik ilişkileri kullanan bir Bayesian analizinde, en az su kullanımı etkinliği en düşük olan "Chandler" ve son zamanlarda piyasaya sürülen iki çeşitte ise su kullanım etkinliği en yüksek ise "Solano" ve "Tulare" ortaya çıktı. Ayrıca, 13C ile ilişkili dört lokusu tanımlayan 126K'dan fazla Tek Nükleotid Polimorfizmini (SNP) kullanarak bir ilişkilendirme testi gerçekleştirildi. Bu moleküler markerler, abiyotik streslere cevap olarak yer alan genlerle bağlantı dengesizliği (LD) içinde idi. Ek olarak, M. Arab, İran'ın sıcak ve kurak illerinden toplanan 95 ceviz ağacından oluşan bir popülasyonu genotiplemek için yeni Axiom® Walnut700K SNP dizisini (Affymetrix, Santa Clara, CA) kullandı. Nüfus yapısı analizi, doğal kuraklık açısından oldukça farklı olan coğrafi köken tarafından tanımlanan beş genetik alt grubu tanımlamıştır. 95 genotiplenmiş ağacın bitkileri morfolojik, fizyolojik ve biyokimyasal kuraklığa toleransla ilgili özellikler için geniş ölçüde fenotiplendirilmiş, su eksikliği koşullarında hayatta kalma kabiliyetine sahip 15 genotip ortaya çıkmıştır. 95 ağaç kuraklık toleransı için marker-özellik ilişki analizi yapmak için kullanılacaktır.

Verim

 Tarım sadece ekolojik ve çevresel açıdan değil, aynı zamanda insan yaşamındaki gelişmeler konusunda da sürdürülebilir olabilir. Cevizin kalorisi ve besin içeriği nedeniyle, tüm insanlığa erişilebilirliğini arttırmak gerekli olacaktır. Ceviz ıslah programlarının ana hedefleri arasında daha yüksek ve daha istikrarlı bir verim vardır. İran cevizde verim üç faktörle ilişkilidir:

üretilen dişi çiçeklerin sayısı, meyve tutum oranı ve meyvelerin iriliği.

Üretilen dişi çiçeklerin sayısı, her yıl yeni tomurcukların sayısına ve sürgün başına düşen çiçeklerin sayısına bağlıdır. Ceviz ağaçları (i) terminal tomurcuklarından (uç dallarda meyve verme; Şekil 3), (ii) terminal ve alt tomurcuklarından (uç ve orta dallarda meyve verme) veya (iii) terminal, alt ve aksiller tomurcuklardaki (uç orta ve yan dallarda meyve verme) sürgünlerde çiçekler üretilir. Bu nedenle, bir yıllık sürgünlerin tüm uzunluğu boyunca meyve veren yan dal verimli çeşitlerinin genç ağaçları çok daha yüksek bir verime sahiptir. Yan dal verimli ağaçlar en çok Batı Çin ve Orta Asya bölgelerinde bulunur, ancak zaman zaman başka yerlerde tanımlanmıştır . Yan dal verimi dünyadaki çoğu ceviz ıslah programlarının odak noktası olmuştur. Kaliforniya'da, bu özellik için seçilen ilk çeşit, daha sonra ıslah programlarında yan dal verimlilik kaynağı olarak yoğun olarak kullanılan “Payne” idi. Germain (1990), Fransız çeşidi ‘Franquette’in geç yapraklanma tarihini, düşük yanıklık hassasiyetini ve meyve kalitesini Kaliforniya'daki çeşitlerin yan dal verimiyle birleştirerek bir araya getirmeye çalıştı. 720 çöğür popülasyonundan 32 hibrid, istenen karakterlerin bir kombinasyonunu göstermesine rağmen, bu ıslah girişimi, lateral meyvenin geç yapraklanma ve yanıklık direnci ile negatif yönde nasıl bir korelasyon

gösterdiğini göstermiştir. Şekil. Cevizde meyve verme tipleri (J. regia L.)

 Son zamanlarda, Martínez-García ve ark. (2017), hem verim hem de yan dal verimi için ıslah değerlerini ve genetik parametreleri tahmin etmek için UC Davis WIP'in tarihsel soy ağacı ve soylarını fenotipik verilerini kullandı. Islah değeri, bir bireyin genetik yapısının ek niteliği, diğer bir deyişle, bir neslin neslindeki bir özelliğin fenotipik değerine katkıda bulunan genetik yapısının oranıdır. Verimde tekrarlanabilirlik 0,82 kalıtsallık 0,54 ile daha düşük iken yan dal verimde 0.96 ve 0.75 lik bir değer göstermiştir. Verimde sadece genetik etki önemli değil çevresel faktörlerinde etkisi varken yan dal veriminde genetik etki daha fazla rol oynamaktadır. Bireyleri ıslah değerlerine göre sıralayarak, Martínez-García et al. (2017), gelecek ıslah döngülerinde ebeveyn olarak kullanılabilecek, verim ve yan dal verim için ayrı ayrı yirmi bireyi seçmiştir. Verim ve yan dal verim için seçimin etkinliği, altta yatan genlere sıkıca bağlanmış moleküler markörlerin tanımlanmasıyla arttırılabilir. Dvorak ve diğ. (2015), yakın zamanda, UC Davis WIP'deki bir F2

“Chandler” x “Chandler” dölündeki LB1 genini haritalandırmaya başlamıştır. Bu proje klasik fenotip bazlı seçim ile karşılaştırıldığında zamandan ve kaynaklardan tasarruf sağlayabilen cevizde yan dal verim için marker destekli seçim (MAS) yolunda atılan ilk adımdır.

 Cevizin meyve verme davranışı, bir ağacın ömrü boyunca meyve ağırlığını ve homojenliğini etkiler. Uçta meyve veren çeşitlerin yıllara göre meyve ağırlığında değişimin daha az olduğu saptanmış oysa yan dal verimli ağaçlarında ağaç yaşlandıkça meyve ağırlığı ve verim azalmış ve meyveler arasında heterojenite artmıştır. Bu nedenle yan dallarda meyve veren çeşitlerde budamaya ekstra dikkat edilmelidir. Kelc ve diğ. (2007), bir yaşlı ve şuanki yıllık sürgünlerin meyve ağırlığı ile ölçülebilir özellikleri arasındaki farklı meyve tutumlarında dört genotip (’Franquette' (terminal verimli), 'Zdole-59’ (intermediate verimlik), ' Lara ‘(lateral verimli ve yoğun dallı) ve' Fernor ‘(lateral verimli ve seyrek dallı) arasındaki ilişkiyi araştırdılar:. Büyük ve ağır meyvelerin yalnızca uzun ve kalın çok çiçekli sürgün koşullarında bulunabileceğini gözlemlediler. Bu, bu tür sürgünlerde mevcut olan yüksek seviyede su ve besin taşıma, gaz değişimi ve karbonhidrat kaynakları ile açıklanabilir. Ayrıca, güçlü sürgünler üzerinde geliştirilen morfolojik özelliklerin sayısı ve türü, ağacın meyve verme karakterine bağlıdır.

 Bu çalışma, yalnızca uçta meyve veren çeşit olan ‘Franquette’ in meyve ağırlığının mevcut yıldaki sürgünlerdeki meyve sayısından etkilendiğini göstermiştir. Yan dal verimli kültür çeşitlerinde mevcut yıldaki sürgünlerdeki meyve sayısı ile meyve ağırlığı arasındaki korelasyon da negatif ancak önemli değildi. Son olarak, Kelc ve ark. (2007), uçda meyve veren çeşitlerde, meyve ağırlığının bir yaşlı(geçen yılın) sürgün çapı ile tahmin edilebildiği, yoğun dallı sürgünlere sahip yan dal verimli çeşitlerde ise, mevcut yeni sürgünlerin uzunluğu ve meyvelerin sayısı en faydalı olabileceği sonucuna varılmıştır.

 Valdebenito ve diğ. (2017), sürgünün morfolojik özellikleri ile meyve sayısı ve iriliği arasındaki kuvvetli pozitif ilişkiyi doğrulamıştır. Araştırmacılar Şili'deki üç farklı bahçedeki olgun “Chandler” ağaçlarının üç kanopi bölgesinde (üst, alt ışığa maruz kalmış ve gölgeli) bulunan yıllık sürgünler üzerinde çalışmışlardır. Meyve sayısının ve iriliğinin yaprak alanının yanı sıra sürgün çapı ve uzunluğuna bağlı olduğu görülmüştür. Özellikle, daha geniş yapraklı bir alana sahip daha uzun ve daha kalın sürgünler daha fazla meyve üretecek, fakat daha küçük bir meyve çapı olacaktır. Üstelik, sürgünün kanopi içindeki konumu, üretilen meyvelerin sayısı ve büyüklüğü ile ilişkili gibi görünüyordu: ağacın dış ve üst bölgelerinde bulunan sürgünler, kanopinin iç bölümlerinde yer alan sürgünlerden daha fazla ve daha büyük meyveler üretir. Üst bölgede ve alt bölgede ışığa maruz kalan sürgünlerin daha fazla ürün yükü, daha önce Lampinen ve arkadaşları (2014). tarafından önerildiği gibi, daha yüksek maruz kalma ve ışığın tutulması ile ilgilidir. Dolayısıyla budama, ışığın kanopi içerisine daha fazla girebilmesine olanak tanıyarak meyve verim ve kalitesini olumlu etkilemesi açısından önem arz etmektedir.

 Son iki yüzyıl boyunca, hem doğal seleksiyon hem de bitki ıslahçıları için mevcut olan genetik havuzu tehlikeli şekilde daraltan, ürün genetik çeşitliliğinde çarpıcı bir kayıp meydana geldi.

Mevcut genetik çeşitliliğin araştırılması ve korunması, çevresel ve demografik değişikliklerle baş etmek için çok önemlidir. Dünya üzerinde cevizin yetiştiği alanlar boyunca doğal popülasyonlarda korunan genetik çeşitlilik üzerine birçok çalışma yapılmıştır. Bu çalışmalar yabani J. regia'da önemli bir çeşitlilik olduğunu ortaya koydu. Ayrıca, İran'dan J. regia popülasyonları, acil koruma eylemlerinin bu alan için gerekli olduğunu düşündüren benzersiz aleller açısından özellikle zengindir. Özellikle meyve verme alışkanlığı ve meyveyle ilgili özellikler açısından analiz edilen doğal koleksiyonların hemen hepsinde ilginç morfolojik ve fenolojik farklılıklar gözlenmiştir. Bu bulgular, cevizde genetik erozyonu önlemek için doğal kaynakları araştırmak ve insitü-exsitü koruma programları geliştirmek için daha fazla çaba harcamayı teşvik eder.

 SSR, cevizdeki genetik çeşitliliği araştırmak için en yaygın kullanılan marker olmuştur. Woeste ve diğ. (2002) ilk olarak üç siyah ceviz genotipinden otuz SSR lokusu geliştirmiş, ceviz araştırma topluluğuna, genkaynakları koleksiyonlarındaki genetik çeşitliliği karakterize etmek ve önemli çeşitlerin kimliğini doğrulamak için kolay ve uygun maliyetli bir araç sunmaktadır.

Daha yakın zamanlarda, ‘Chandler’ çeşidinin (48K yüksek kaliteli Bac End Sequences (BESs) belirlenmesi) çeşitliliğini incelemek için yeni bir kaynak sağladı. BESs, Tek Nükleotit Polimorfizmlerini (SNP) tanımlamak ve ceviz için ilk 6K SNP Infinium iSelect BeadChip'i (Illumina, San Diego) geliştirmek için kullanılmıştır. Bu SNP dizisi, İngilizlerin 'Chandler' x 'Idaho’ melezlerinden 425 F1 ağacının büyük bir ceviz popülasyonunu genotiplemek ve bir ceviz BAC klonu temelli fiziksel harita elde etmenin ilk önkoşulu olarak yoğun bir genetik harita oluşturmak için kullanılmıştır(Luo ve diğ. 2015).

Cevizde genetik çeşitlilik ve gelecek perspektifi

 Cevizdeki genetik kaynaklar, J. regia genom dizisinin ilk versiyonunun Martínez-García ve arkadaşları, (2016) tarafından piyasaya sürülmesiyle yeni bir seviyeye ulaştı. Ceviz genomunda (667 Mb) 32K'dan fazla gen öngörülmüş ve bu durum cevizlerin fenolik bileşimi gibi önemli ceviz fenotiplerinin genetiği hakkında fikir vermektedir. Bir ceviz referans genomunun mevcudiyeti, her genik lokustaki herhangi bir alel varyantını keşfetme fırsatı sunarak türiçi genetik varyasyonu incelemek için kullanılabilecek yaklaşımı değiştirir. Son zamanlarda Neale ve diğerleri, (2016), dünyanın farklı yerlerinden (yani Fransa, Çin, Afganistan) ithal edilen UC Davis WIP'in kurucularının bütün genomunu sıraladı. Sekansın ceviz referans genomu üzerine okunması, yeni Ceviz 700K Axiom® SNP dizisini oluşturmak için daha sonra kalite ile ilgili parametrelere göre filtrelenen 17.8M SNP'lerin tanımlanmasına izin verdi. Bu genom temelli aracın geliştirilmesi, klasik fenotip tabanlı ıslahın marker destekli ıslaha (MAS) evrimleştiği ceviz genetiğinde yeni bir aşama açmıştır. Bu yeni genomik araç ceviz koleksiyonlarının geniş çapta genotiplenmesini sağlayacak ve böylece cevizdeki verim ve su kullanım etkinliği gibi önemli özelliklerin genetik temellerinin tanımlanmasını sağlayacaktır.Aynı zamanda, cevizin giriş yaptığı alanlar arasında en farklı olan bölgeleri izleyerek, genomdaki genetik çeşitliliğe genel bir bakış edinmeyi kolaylaştıracaktır. Ayrıca, genom genişliğine sahip markörlerin, genom seçimi (GS) kullanılarak yapılan ceviz ıslah popülasyonlarındaki bireylerin genel performansını tahmin etmesinde kullanılabilir. GS, tüm büyük ve küçük kantitatif özellik lokuslarının (QTL'ler) hedef özellikler için etkilerini yakalayarak ıslah döngüsünü hızlandırabilir.

 Epigenetik, gelecekteki ceviz araştırmalarına ilgi duyacak bir başka konudur. Epigenetik, bitki gen ekspresyonunu düzenleyen ve çevresel uyarıcılara cevap olarak fenotipleri modüle eden tüm moleküler mekanizmaların birleşimidir. DNA metilasyonu, kromatin özelliklerinde dinamik değişiklikler ve küçük RNA'ların biyojenezi, başlıca epigenetik mekanizmalar arasındadır. Bitkisel üretim ve stres uyarlaması gibi önemli tarımsal özellikler için güçlü bir çeşitlilik kaynağı olarak çalışabilsin için yeni kalıtsal genetik varyantlar (epialler) oluşturabilirler. Bu nedenle, epigenetik mekanizmaların cevizdeki fenotipik çeşitlilik ve plastisiteye olan katkısını ve kullanımının ceviz ıslah programlarına sürdürülebilir tarıma nasıl fayda sağlayabileceğini anlamak önemlidir.